普通硅灰在混凝土中应用的试验研究

唐荣，徐朝阳，白琴琴，周杰

（西安高科新达混凝土有限责任公司，陕西 西安 710000）

0 引言

随着国家基础建设的不断发展，混凝土的需求量与日俱增，使得生产混凝土的各组分原材料增加，导致自然资源的过量开采，造成环境破坏严重。为实现自然资源与环境的可持续发展，硅灰开始应用于普通混凝土生产中。硅灰是在冶炼硅铁合金和工业硅时产生的 SiO2和 Si 气体与空气中的氧气迅速氧化并冷凝，从烟气净化装置中回收的超细硅质粉体材料。硅灰与各种碱性物质反应，使水化体系碱度降低，降低碱骨料反应。用于混凝土中的硅灰其 SiO2的含量一般在 90% 以上，成本较高，出于经济性考虑通常只在配制高强混凝土或高强度、高性能混凝土时才使用。本文中使用的硅灰中 SiO2含量在 85%～90%，价格较优质硅灰降低 27% 左右。考虑到在混凝土中掺入少量的硅灰可以大大改善混凝土的工作性能以及大幅度提高物理力学性能，使混凝土的性价比显著，在混凝土掺入普通硅灰可以降低单方混凝土中的水泥用量，从而降低混凝土成本。

1 研究方法和步骤

1.1 试验原材料

（1）水泥：采用尧柏实丰水泥厂生产的强度等级为 P·O42.5 的水泥，主要性能指标见表1 所示。

表1 水泥的主要物理性能

（2）超细粉煤灰：采用陕西正元粉煤灰综合利用有限公司生产的超细粉煤灰，45μm 方孔筛筛余 0.4%，需水量比 91%，28 天活性指数 85%。

（3）普通硅灰：采用陕西蓝枫林化工有限公司生产的硅灰，主要性能指标见表2 所示。

表2 普通硅灰的主要性能

（4）细骨料：采用黑河采砂厂提供的中砂，主要性能指标见表3 所示。

表3 中砂的主要性能

（5）粗骨料：采用泾阳采石厂提供的 5～25mm 连续级配碎石，其主要性能见表4 所示。

表4 石子的主要性能

（6）外加剂：采用陕西渤海化工有限公司提供的聚羧酸泵送剂，其主要性能见表5 所示。

表5 聚羧酸泵送剂的主要性能

1.2 试验配比

以公司现有的 C35、C40 配合比作为基准配合比，掺入 20kg 硅灰代替混凝土中的水泥用量，采用 2 组试验。用 20kg 硅灰分别取代 30kg、40kg 水泥，计算水泥用量；保持降低一个等级的水灰比、胶凝材料总量和用水量不变，计算超细粉煤灰的用量；保持和基准配合比相同砂率调整砂石用量；然后适当调整外加剂的掺量保证其工作性能。

混凝土的基准和试验组配合比见表6。

表6 混凝土的基准和试验组配合比 kg/m3

1.3 试验结果与分析

按照上述配合比设计方案拌制混凝土，并进行混凝土试件的制作成型及标准养护，拌合物的和易性试验结果与抗压强度试验结果如表7 所示。

表7 混凝土性能试验结果

从表7 中的试验结果得出，第一试验组混凝土的7d、28d、60d 强度和基准配合比强度相近并达到 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》的要求，耐久性、坍落度以及和易性符合 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性性能试验方法标准》的要求，因此用 20kg 普通硅灰取代 30kg 水泥是可行的；第二试验组混凝土的 7d、28d、60d 强度明显降低不符合相应混凝土强度等级设计值，所以用 20kg 普通硅灰取代 40kg 水泥不可行的。

第一试验组维持降低一个等级的胶凝材料不变却可以达到该等级的强度要求，在一定程度上大大降低了水泥用量，这是由于硅灰的比表面积介于 15000～25000m2/kg（采用氮吸附法，即 BET 法测定），硅灰的粒径小于 1μm，平均粒径为 0.1μm 左右，是水泥颗粒直径的 1/100，所以硅灰能高度分散于混凝土中，填充在水泥颗粒之间而提高密实度，同时硅灰具有很高的活性，能更快更全面地与水泥水化产物 Ca(OH)2反应生成胶凝产物——水化硅酸钙，从而提高其强度，使微观结构致密，渗透性降低。

2 结论

（1）维持降低一个等级的水胶比和胶凝材料不变的同时用 20kg 普通硅灰减少 30kg 的水泥用量，并且可以达到相应的强度要求。

（2）在混凝土中掺入适当的普通硅灰可以采用降低一个等级的胶凝材料配制该等级的混凝土，减少了胶凝材料的用量。