硅灰混凝土性能研究现状及其应用

周鸣 靳丁帅男 周钰鑫 施佳汇

摘要：硅灰是工业冶炼过程中的副产物，将硅灰掺入混凝土中会影响混凝土的性能，在不同类型的混凝土中，难以得到相对统一的最佳配合比，掺入硅灰制成高性能混凝土已经在工程中得到广泛应用。本文分析总结了硅灰对混凝土各项性能的影响的研究现状以及在一些工程中的应用。

关键词：硅灰、混凝土、力学性能、工作性能、工程应用

1.引言：

2020年，我国前三季度国内工业硅产量为142.3万吨，而伴随其产生的硅灰亦是数量庞大。将废料硅灰掺入混凝土中，不仅降低了水泥的消耗，同时也能加强混凝土的性能，这使得它成为一种优秀的建筑材料，对于不同类型的混凝土，硅灰的掺量对混凝土各项性能的影响不尽相同。

2.硅灰对混凝土性能影响的研究现状

2.1硅灰对混凝土力学性能研究

李晓妮[1]研究了混凝土中掺入硅灰对道路混凝土的影响。实验中，采用内掺法用硅灰等量取代水泥制成混凝土，通过提高用水量保持混凝土塌落度稳定。实验结果表明，混凝土中掺入硅灰能提高混凝土的抗压、抗折强度等，掺量从0-6%，混凝土力学性能提升很大，最佳掺量为6%。

李波[2]等研究了硅灰对机制砂混凝土的力学性能的影响。硅灰按0%、3%、6%、9%、12%取代水泥制成试块。测出不同掺量时试块的抗压强度、劈裂强度以及抗折强度。试块的抗压强度随着硅灰掺量的增加先缓慢增强，再迅速增强，在9%时达到最高强度，之后则迅速下降。劈裂强度在6%时达到最强，之后则缓慢降低。然而硅灰的掺入对混凝土抗折强度影响甚微。

2.2硅灰对混凝土的工作性能的影响

杨林[3]等将硅灰掺入混凝土中进行混凝土工作性能的研究。试验中硅灰掺量按0%增加到40%分别取代等量水泥，测出不同掺量时的坍落度、扩展度以及泌水率。试验结果表明，混凝土的坍落度在掺量0%到10%变化不大，在10%到20%有明显下降，而扩展度度几乎是线性下降，泌水率随着硅灰掺量的增加有着明显的减小，呈先快后慢趋势。这很大程度上是由于硅灰使得混凝土内部的孔隙的减少，从而使得混凝土的流动性和渗透性下降。

通过上述学者的研究，不同掺量的硅灰对混凝土的工作性能的影响是不尽相同。这是因为一方面硅灰的比表面积大等使得水泥反应不充分，降低流动性;而另一方面，混凝土反应生成的凝胶物质又起到了润滑作用使得流动性增加。

2.3硅灰对混凝土耐久性的影响

杨万斌[4]等研究了在混凝土中掺入硅灰对其抗冻性的影响。通过改变水胶比和硅灰的掺量制成不同的混凝土，进行抗冻性试验。试验结果表明，在冻融次数250次以内，硅灰对相对动弹模量影响不大，但当次数超过后，未掺的试件迅速下降，并在300次时冻融破坏，而掺硅灰的试件仍未被破坏。掺硅灰的混凝土质量损失率都比未掺的低，同时混凝土的质量损失率随硅灰掺量增加呈下降趋势。得出水胶比为0.3，硅灰掺量为5%时混凝土的抗冻性最佳。

3.工程应用

在深圳盐田港码头工程[5]中，采用硅灰粉煤灰复合掺入和加入高效减水剂制成高性能混凝土，见表2，有效的提高了混凝土的密实性和抗渗性，从而降低了混凝土内钢筋与氯盐接触而发生电化学反应，使得混凝土在氯盐环境下有着较强的抵抗性，保证了混凝土50年以上的使用寿命。

在东海大桥工程[6]中，要求混凝土的寿命基准期为100年，这是普通混凝土不能满足的。通过掺入硅灰等掺合料（表3）配合上高强度水泥和高效减水剂制成的高性能混凝土（表4）。该混凝土能较好的保持混凝土的坍落度稳定，具有较高的耐久性，能有效防止物质的渗透，延长结构的寿命。

结束语

将硅灰掺入混凝土中，一方面，对资源的再利用减少了水泥的消耗，也避免了将硅灰排入环境引起种种污染问题;另一方面，硅灰粒径小且具有火山灰活性，对混凝土性能有很好的提高。但是，从目前的研究来看，在不同的混凝土体系中，各样材料、配合比等都不尽相同，这些都使得我们很难得到一个能使混凝土各项性能都很好发挥的硅灰掺量。所以如何通过现有的技术确定各混凝土体系硅灰的最佳掺量是一个重要的研究方向。

参考文献

[1]李晓妮.硅灰对道路水泥混凝土性能的影响[J].公路交通科技（应用技术版），2020，16（08）：1-3.

[2]李波，周海龙，吕振国，宋幸芳，王建国.高强机制砂混凝土工作性及力学性能的试验研究[J].硅酸盐通报.2020（06）：1765-1771+1797

[3]杨林，宋帅奇，杨静.硅灰对塑性混凝土工作性能和强度的影响[J].混凝土.2012（12）：43-45+49

[4]李理，杨万斌，刘茉莉.硅灰对混凝土抗冻性能影响的试验研究[J].河北省科学院学报.2012（02）：63-65+70

[5]熊建波，黄明东，陈爱芝.高性能混凝土在盐田港三期工程中的应用[A].2004：8.

[6]李建刚，罗忠良，邱琼海，郑机.东海大桥近島段工程高性能混凝土与普通混凝土优劣性对比[J].桥梁建设，2005（S1）：38-40.

项目号：南京工程学院2021年度大学生科技创新基金项目：TB20210917;江苏省大学生创新创业训练计划项目：202111276021Z