硅灰对混凝土性能的影响_赛普森硅灰

     国外学者对硅灰性能的研究已经有数十年时间，很全面、很深入，其中混凝土材料领域是硅灰研究早的领域，也是应用广的领域。现阶段，在这些国家，硅灰己被广泛的应用于建筑、冶炼、化肥生产等行业。硅灰具有的高火山灰活性和微集料填充性能等这些物化优点，我们用其等量替代水泥制备高强高性能混凝土，不仅可以减少混凝土中水泥的使用和降低生产水泥造成的环境污染及资源浪费，同时对混凝土的力学性能和耐久性会有正面的作用。圆球形和细粒径的硅灰对高强高性能混凝寸二的有利作用主要体现在物理化学两个方面:微集料填允的物理作用和在水化期水化过程中起晶核作用，并有较高的火山灰活性。

1.微集料填充作用和高火山灰活性共同提高混凝土强度
     硅灰的单体颗粒粒径为0.1-1um，平均粒径为0.15um，因此可以填充在水泥粒子的孔隙之间以及水泥浆体与粗骨料之间的界面过渡区，减小孔隙尺寸，即具有微集料填充作用，能够从更微观的尺度增加水泥浆体系的密实度和骨料一水泥浆界面的密实度.大量的资料表明，硅灰的掺量控制在5%-10%范围内时，可以获得良好的掺加效果，但硅灰应与减水剂复合使用，以保证硅灰和水泥颗粒充分分散。硅灰的火山灰活性表现为硅灰替代水泥加入混凝土后，它虽不能直接与水起化学反应，但可以与水泥的水化产物C(OH)2发生如下二次水化反应(即火山灰反应)，使水泥中的大孔隙、粗粒径水化产物Ca(OH)2结晶体和钙矾石明显减少，C-S-H凝胶明.显增多，此外，硅灰还能与水泥水化的另一种产物高碱性水化硅酸钙反应生成低碱性的水化C-S-H凝胶来提高混凝土强度。

     当混凝上中硅灰与高效减水剂复合使用时，可使混凝土的低水胶比降至0.13-0.18，未反应硅灰的微集料填充作用及二次水化产物C-S-H凝胶的填充作用，使混凝土结构更加密实，抗压强度为不掺硅粉的数倍。不过有研究表明，若硅粉的掺量过高，混凝土强度则会降低。

2.改善混凝土离析和泌水功能
    混凝土搅拌成型振动后，会有水分从混凝土底部离析出来，并在面部形成一层明亮的水膜，我们通常称这为浮浆，它会使混凝土上层分布不均匀，对结构成型的质量不利。己有研究表明，硅灰取代水泥的量越大，混凝上结构越不容易离析和泌水。当硅灰取代水泥的量达到15%时，即使混凝土坍落度达到150mm-200mm，也很难离析和泌水;而当取代水泥的用量达到20%-30%时，即使将该混凝土直接放入自来水中也不产生离析。硅灰可以明显改善混凝土的离析和泌水性，因此我们通常将硅灰用于人坝、跨海大桥等水下混凝土工程。

3，提高混凝土的抗渗性、抗化学腐蚀性
    混凝土中掺入硅灰后，大大减少了混凝土中水泥颗粒之间和水泥颗粒与粗骨料之间的孔隙分布，使混凝土结构更加密实，所以提高了硅灰混凝土的抗渗性、抗化学腐蚀性。它可以有效地阻止混凝土使用环境中酸碱离子的侵入和腐蚀，从而减缓混凝土中钢筋的锈蚀，对结构的承载力和长期安全使用有益。

4.提高混凝土结构抗冻性
   国内外的大量研究表明，混凝土硅灰取代水泥的掺量介于5%-10%时，可以提高混凝土结构的抗冻性，但当硅灰掺量超过20%时则对混凝土的抗冻性不利。高强高性能混凝土中，我们通常把硅灰的取代量控制在胶凝材料用量的10%以内，这时可以减少混凝土结构的早期塑性收缩和干缩，在密实混凝土的同时减小收缩开裂从而降低环境中各种水分和物质的侵入，降低膨胀，提高混凝土结构的抗冻性。

5.抑制混凝土中的碱集料反应
   碱集料反应指是集料中的活性氧化硅和混凝上中的碱(以K2O、Na2O)为主，主要来自水泥、矿物掺合料、粗细集料)发生化学反应，反应生成物又吸水膨胀，体积增大，导致混凝土开裂的现象，它是混凝上卞要的耐久性指标之一。由于碱集料反应大多发生在混凝土浇筑成型后，这个过程反应缓慢、容易引起混凝土开裂破坏，并且混凝土一旦破坏后很难修补，这些原因使得碱集料反应有了混凝土“癌症”的称号。

   硅灰能够有效的抑制混凝土中的碱集料反应，主要是因为硅灰替代水泥后降低了水泥的用量，并且发生的二次水化反应使得混凝土中Ca(OH)2的含量大大减少，从而减轻了碱的侵蚀:其次，硅灰可以吸附混凝土中的CA+和K+，由于金属离子浓度的降低，对混凝土的碱侵蚀作用也减弱:硅灰的填充作用及生成的C-S-H凝胶使混凝士中的孔洞减小，毛细孔不连续。一般认为，硅灰的有效替代量为水泥用量的10%-15%。