硅灰超量取代水泥对新拌混凝土性能的影响

李 伟 蒋 勇

(1.四川华西绿舍宏泰混凝土有限公司，四川 德阳 618303；2.绵阳职业技术学院，四川 绵阳 621000)

多年来建筑行业的蓬勃发展使得地球资源急剧的消耗，同时也造成了很多的环境污染问题。如何在不过度使用资源的情况下，保证建筑行业的长久发展使我们目前亟待解决的问题[1]。而解决这个问题最直接的方法就是开发新型的绿色材料，而用工业废料硅灰替代水泥掺入混凝土中[2-4]，不仅可以减少水泥的用量，从而间接的保护了环境，节约了资源，同时也可以改善混凝土本身的性能，达到一举多得的效果，拥有巨大的市场潜力[5]。因此，本文在这样的大背景下，主要基于混凝土搅拌站中生产C50等级混凝土的生产配合比作为基准配合比，在保证容重一致的前提下进行研究不同掺量硅灰以不同比例取代混凝土中的水泥，而按照不同比例取代就会产生一定的差量，分别把差量用其它组分进行补足，对新拌混凝土性能进行相关研究。

1 实验部分

1.1 实验原材料

水泥为重庆富普集团旗下生产的富皇P.O.42.5水泥；聚羧酸减水剂，减水率为21%；粗骨料采用G5～10mm的瓜米石和G10-20的碎石两种级配碎石搭配使用，压碎指标为2.8%；砂为中砂；粉煤灰为安稳一级粉煤灰，矿粉为S95级钰宏矿粉，石灰石粉MB值为1.1。

本文所用硅灰为乐山金口河硅灰，针对混凝土用硅灰的相关要求进行了相应的化学及物理性能检测，相关检测数据如表1、表2所示。表2中对照组为水泥基准。

表1 硅灰化学检测

表2 硅灰物理性能检测

1.2 实验方法

本文首先根据查阅相关资料以及文献，初步确定了硅灰的大致掺量，设立一个硅灰的掺量梯度进行替代，然后按照不同的掺量逐一按照不同比例取代水泥，进行相关实验研究。按照研究内容及方法可以确定硅灰的掺量分别为15kg/m3，20kg/m3和25kg/m3三个梯度，然后分别以1∶2，1∶2.5，1∶3三种比例替代水泥，而由于取代水泥后会造成混凝土的容重下降，会对混凝土的后期发展造成不利影响，因此选择混凝土中的其他组分进行单一变量补足。具体的制备方法如下。

首先按照配合比准备好相应的材料，将准备好的胶凝材料和砂石骨料一起倒入搅拌锅内，预制搅拌10s，使胶凝材料和砂石骨料能够充分的搅拌均匀，然后加入水和富皇聚羧酸减水剂，启动搅拌机连续搅拌3min，使减水剂能够充分发挥作用，而又不至于长时间的搅拌造成混凝土坍落度的损失。搅拌过后将新拌的混凝土倒出再进行相应的数据检测，主要检测内容为实际容重、倒坍时间、扩展度、坍落度等。

2 结果与分析

硅灰对新拌混凝土的影响主要从新拌混凝土的出机时性能和静置2.5h后的相关性能来分析，掺入硅灰后，由于圆形硅灰粉末的填充作用会使得混凝土的和易性有较好的改善，因此检测新拌混凝土实际容重、倒坍时间、扩展度、坍落度。对比分析对混凝土性能的影响。硅灰分别为15kg/m3，20kg/m3和25kg/m3三个梯度的掺量，然后分别以1∶2，1∶2.5，1∶3三种比例替代水泥后，会造成容重的降低，为保持容重不变，因此分别采用骨料和矿物掺合料进行补充。

2.1 用砂石补足容重(图1～3)

掺量为15kg/m3的硅灰按1∶2，1∶2.5，1∶3的比例进行替代，得到相应的配合比如表3所示。

表3 配合比kg/m3

按照不同比例替代后进行混凝土的拌和，出机后分别测定混凝土的倒坍时间、坍落度、扩展度和实际容重，测定完毕后将混凝土静置2.5h后再次测量混凝土的坍落度和扩展度，比较混凝土的损失情况，得到以下实验数据(表4)。

表4 实验数据

通过对比发现，硅灰掺量在15kg/m3以不同比例替代水泥对于新拌混凝土的和易性来说你呈现一种正相关关系，且随着替代比例的增高，混凝土的和易性明显增强，特别是静置2.5h后，在基准组混凝土流动性较小的情况下使用一定量硅替换水泥会降低水泥水化放热，减小混凝土的塌损，为施工提供了时间。

掺量为20kg/m3的硅灰按1∶2，1∶2.5，1∶3的比例进行替代，得到相应的配合比如表5所示。

表5 配合比kg/m3

按照不同比例替代后进行混凝土的拌和，出机后分别测定混凝土的倒坍时间、坍落度、扩展度和实际容重，测定完毕后将混凝土静置2.5h后再次测量混凝土的坍落度和扩展度，比较混凝土的损失情况，得到以下实验数据(表6)。

表6 实验数据

通过对比发现，硅灰掺量在20kg/m3以不同比例替代水泥对于新拌混凝土的和易性来说你呈现一种正相关系，且随着替代比例的增高，混凝土的和易性有增强趋势，静置2.5h后，对比基准组混凝土，基准组流动性较小的情况下随着硅灰取代水泥的比例增高，胶凝材料用量的减少，混凝土的塌损会减小，延长了可施工时间。

掺量为25kg/m3的硅灰按1∶2，1∶2.5，1∶3的比例进行替代，得到相应的配合比如下表7所示。

表7 配合比kg/m3

按照不同比例替代后进行混凝土的拌和，出机后分别测定混凝土的倒坍时间、坍落度、扩展度、以及实际容重，测定完毕后将混凝土静置2.5h后再次测量混凝土的坍落度和扩展度，比较混凝土的损失情况，得到以下实验数据(表8)。

表8 实验数据

通过对比发现，硅灰掺量在25kg/m3以不同比例替代水泥对于新拌混凝土的和易性有较大的提高，随着取代比例的提高，新拌混凝土的初始性能有一定的提高，静置2.5h后，对比基准组的塌损，超量取代后并没有明显的减少混凝土的塌损。

综合对比硅灰分别为15kg/m3，20kg/m3和25kg/m3三个梯度的掺量，然后分别以1∶2，1∶2.5，1∶3三种比例超量取代水泥后，会造成容重的降低，降低的重量用砂石进行补充，保持容重不变的试验可以发现，以15kg/m3，20kg/m3和25kg/m3三个梯度的掺量超量取代水泥后对的新拌混凝土出机性能有较好的提升，特别是15kg/m3，20kg/m3的硅灰掺量以1∶3的比例超量取代后，静置2.5h的塌损最小，对于工地施工来说，2.5h塌损较小能够满足一般情况下从混凝土搅拌站到工地入泵的时间，在混凝土的泵送时能够有效地减少堵管问题的发生，可以很好地节约人力物力。

2.2 用矿物掺合料补足容重

根据2.1的试验情况及结果，最终选择硅灰为20kg/m3的掺量，然后以1∶3的比例替代水泥，降低的重量用矿粉、石灰石粉、粉煤灰进行补充，保持容重不变。计算得到相应配合比后开始准备材料，制备混凝土，得到的配合比如表9。

表9 配合比kg/m3

按照不同胶凝材料补充容重后进行混凝土的拌和，出机后分别测定混凝土的倒坍时间、坍落度、扩展度和实际容重，测定完毕后将混凝土静置2.5h后再次测量混凝土的坍落度和扩展度，比较混凝土的损失情况，得到以下实验数据(表10)。

表10 实验数据

通过对比矿粉，石灰石粉和粉煤灰来补足容重后对混凝土影响可以发现，对新拌混凝土来说，除了矿粉会让混凝土粘度增加，使倒坍时间增长外，其余使用石灰石粉和粉煤灰均会使新拌混凝土更加柔和，但对比坍落度和扩展度可以发现，使用安稳一级粉煤灰后会使扩展度降低，需水量增加，矿粉和粉煤灰比表面积较大且具有一定活性，在混凝土的拌和过程中会使用水量增加，且静置2.5h后使用矿粉和粉煤灰补足容重会造成塌损更大，在施工过程中可能会造成一些不利影响。

2.3 水胶比对混凝土性能的影响

由于硅灰属于超细粉末，比表面积远大于水泥或其他胶凝材料，用硅灰取代水泥后，混凝土的需水量会增加，用水量的增加会对混凝土的性能造成一定的影响。因此根据3.1的试验情况及结果，最终确定硅最终确定硅灰为20kg/m3的掺量，然后以1∶3的比例替代水泥，所产生的差量用砂石补足之后改变水胶比，探究水胶比对混凝土性能的影响。改变用水量，得到以下配合比(表11)。

表11 配合比kg/m3

通过逐渐增加用水量之后再进行混凝土的试配，出机后分别测定混凝土的倒坍时间、坍落度、扩展度、以及实际容重，测定完毕后将混凝土静置2.5h后再次测量混凝土的坍落度和扩展度，比较混凝土的损失情况，得到以下实验数据(表12)。

表12 实验数据

从实验数据可以发现，硅灰20kg/m3的掺量，然后以1∶3的比例超量取代水泥，增大水胶比后，混凝土流动性会有一定程度的增大，对比倒坍时间来看，增加用水倒坍时间会减小，且随着用水量的增加，实际容重也会随着下降。同时增加用水量也会使混凝土的初始和2.5h后的扩展度均有所增加，根据试配情况来看，水胶比为0.43时，扩展度达到700mm，混凝土有轻微的泌浆现象。

3 结 论

通过综合分析可以得到以下结论：

(1)硅灰分别为15kg/m3，20kg/m3和25kg/m3三个梯度的掺量，然后分别以1∶2，1∶2.5，1∶3三种比例超量取代水泥后，会造成容重的降低，降低的重量用砂石进行补充，保持容重不变，以15kg/m3、20kg/m3和25kg/m3三个梯度的掺量超量取代水泥后对的新拌混凝土出机性能有较好的提升，特别是15kg/m3、20kg/m3的硅灰掺量以1∶3的比例超量取代后，静置2.5h的塌损最小。

(2)采用石灰石粉和粉煤灰来补足容重后，混凝土粘度增加，倒坍时间增长。对在使用安稳一级粉煤灰后则会使扩展度降低，需水量增加，且静置2.5h后使用矿粉和粉煤灰补足容重会造成塌损更大，在施工过程中可能会造成一些不利影响。

(3)当硅灰以20kg/m3的掺量时，以1∶3的比例超量取代水泥，增大水胶比后，混凝土流动性会有一定程度的增大，且随着用水量的增加，实际容重也会随着下降。当扩展度达到700mm，混凝土有轻微的泌浆现象。