浅谈硅灰在高强度等级混凝土中的应用

张津翔

摘要：本文对硅灰简要概述，探讨硅灰在混凝土的应用原理，并论述硅灰在提升混凝土强度及耐久性、抗冻性等方面的作用。

关键词：硅灰;混凝土;应用

我国社会高速发展背景下，建筑事业发展速度进一步提升，建筑行业对提升我国人民生活质量具有重要影响，有利于满足人们对性能的追求。硅灰在高强度等级混凝土中应用，有利于使建筑耐久性进一步提升。因此在本次研究，将对硅灰在高强度等级混凝土中的应用展开探讨，以下为详细分析。

一、硅灰

硅灰是冶炼硅铁合金或工业硅时的副产品，通过烟道排出的硅蒸汽使其氧化并冷收尘而得。硅灰主要成分不同，与冶炼时影响因素存在联系，硅灰主要成分中包括SIO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O，含量占比为92%、80%、30%、40%、30%、20%、90%，在硅灰主要成分中可以发现，成分中占比最大的非晶态二氧化硅，能占据其中的90%以上。SIO2性质中与活火山的特性较为类似，硅灰在与混凝土混合后容易产生剧烈反应。硅灰为肉眼可见的白色颗粒物体，碳含量的差异使得硅灰颜色产生变化，颗粒具有细致特点，许多颗粒直径在1μm以下，经过相关研究显示，平均粒径在0.1μm左右，不足水泥粒径的几百分之一，硅灰密度则是在2200g/cm³左右。

硅灰比表面积为13000-23000左右，能够反映其弥散性较大，掺入混凝土中后，可利用有效产生弥散反应。见表1.

二、硅灰在混凝土中的应用原理

硅灰自身具有化学性质及物理性质，掺入混凝土中后，会产生良好的填充效应，从而使混凝土强度得以提升。水泥混凝土在搅拌过程中，需要加入适量的水，从而保障良好的施工流动性。若水分较多则容易降低水泥粘稠度，使其中的胶力减弱。且在混凝土中产生水泡，水泡容易导致混凝土凝结后出现孔隙，从而使混凝土力学性能减弱。

硅灰在填充至水泥中，需要进入水泥颗粒缝隙，硅灰在水泥颗粒中作为水泥缝隙的补充。硅灰颗粒直径较大，所体现的填充效果更加显著。硅灰有利于防止混凝土泌水，有利于控制水分在其中集聚，使水泥浆与骨料胶着使其密实度提升，将区域范围厚度缩减。硅灰能够提升水泥及骨料的密实度，发挥的作用优于普通填充物。

硅灰接触拌合水后，首先形成富硅的凝胶，并吸收水分，凝胶在尚未水化的水泥颗粒间聚集，逐渐包裹水泥颗粒，水化产物Ca（OH）2与上述硅凝胶的表面反应生成C-S-H凝胶，该水化物凝胶强度高于Ca（OH）2晶体。C-S-H凝胶的产生多处于水泥水化的C-S-H凝胶孔隙中，大大提高了混凝土的结构密度，因此具有优异的火山灰效应和填充效应。

硅灰与混凝土混合后，会产生空隙溶液化学反应，该反应使水化产物中的硅酸钙含量缩减，随着碱金属离子浓度降低，空隙溶液PH值随之下降，使得碱性反应减少。

三、硅灰在高强度等级混凝土中的作用

（一）提升混凝土强度

硅灰掺入混凝土中后，混凝土早期强度及最终强度得以改善，相关报道显示，硅灰掺量在10%以下的情况下，混合硅灰混凝土蒸汽养护抗压强度是常规混凝土的2倍以上。采取蒸压养护方式，混合硅灰混凝土抗压能力则是常规混凝土的3倍以上，利用普通混凝土养护方法，混凝土强度会得到进一步提升，但硅灰掺量与混凝土强度具有直接关联，从而说明混凝土中的硅灰含量越大，混凝土强度会不断改善，但最大掺量不宜超过10%。

个别国家在混凝土中掺入硅灰已经实现C100高强度混凝土，且制作工艺较为简单，成本比较节省。

（二）调整混凝土和易性

混凝土中掺入硅灰，混凝土的需水量会有提升，在实际生产拌合过程中，需要足够的水量，导致混凝土坍落度下降，混凝土中硅灰掺量在5%情况下，硅灰会使混凝土用水量保持正常，但硅灰的量不断提升，混凝土中需要加入更多的用水，但最大用水量在130%左右。需加入高效减水剂来控制，使得水分调节变得更加可控，高效减水剂及硅灰为制作高强度混凝土提供了可能。混凝土出现浮浆问题情况下，混凝土在浇筑后，容易出现渗水问题，使得混凝土表面浮现一层水膜。

浮浆问题的出现，表示混凝土表层出现不规则分布，使得混凝土性能受到影响。发达国家表示，硅灰掺入量增加，混凝土离析及沁水概率变低。硅灰掺量在10%左右时，混凝土坍落度为15-20cm，混凝土中基本不会产生离析及沁水现象。硅灰掺量为5-8%，一般不良反应都不会产生。

（三）提升混凝土耐久性及抗冻性

硅灰中与混凝土结合后，使得混凝土中的内部微小空隙变得狭窄，从而改善混凝土密实度，硅灰加入混凝土后，使得结构的抗渗透能力改善，且加入硅灰使得外部溶液不会进入结构中，从而控制化学反应的产生。相关报道中显示，硅灰摄入量在10%情况下，使得混凝土抗渗透及抗化学反应能力得以改善，使得混凝土结构中对钢的腐蝕性减轻。硅灰具有较高的比电阻，在混凝土搅拌过程中，容易改善混凝土比电阻。

研究人员利用多种混凝土与硅灰的混合实验，观察硅灰对混凝土抗冻能力的影响，但影响并非正比关系。硅灰掺量的不断提升，混凝土抗冻能力存在一定程度的下降。硅灰掺量的不断提升，混凝土抗冻能力从而减弱。硅灰含量在10%以下的情况下，硅灰与混凝土混合使得抗冻能力改善。若硅灰含量在15%左右时，硅灰的融入使得混凝土抗冻能力不会产生较大变化，但超出20%则会使得混凝土结构抗冻能力减弱。

四、结语：

建筑工程是我国城市化进程推动力，建筑工程中必备的原料为混凝土。提升混凝土强度有利于改善建筑性能，提升建筑的耐久性及抗冻性，改善工程质量，满足人们对建筑工程的要求。因此在混凝土中加入一定量的硅灰，有利于改善工程质量，提升混凝土强度，耐久性及密实度。

参考文献：

[1]赵帅.硅灰掺加方式对混凝土阻尼性能影响[J/OL].内蒙古公路与运输，2018（05）：20-24+28[2018-12-19].

[2]张江泳.硅灰在超高强混凝土中的应用[J].国外建材科技，2008（02）：12-15.