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摘要：混凝土的性能受各种因素的影响，特别是活性硅灰的加入，可以提高混凝土的性能，延长其使用寿命，提高工程质量。综述了硅灰及含硅灰混合物对混凝土耐久性和力学性能的影响，并对硅灰改善混凝土性能的研究前景进行了展望。
关键词：硅灰；混凝土；耐久性；力学性能
硅灰是硅铁合金厂和金属厂冶炼硅铁合金或金属硅时从烟尘中收集的一种粉煤灰。硅灰年产量比较大。如果不能合理利用，就会直接排放到环境中，对环境造成严重污染。因此，近年来硅灰的回收利用以及硅灰废渣的资源化利用受到了材料研究者的广泛关注。
混凝土是由胶凝材料、水和粗细骨料按适当比例混合而成，并硬化一段时间后制成的人造石材。由于其优良的性能、丰富的原材料和低廉的价格，已成为应用最广泛和最重要的土木工程材料之一。
1.硅灰改进混凝土性能的微观机理
与普通混凝土相比，含有硅灰的混凝土的主要特点之一是更均匀的微观结构。在低水胶比时，掺入硅灰，则水泥石中的微结构主要由结晶不良的水化物，形成低孔隙率的更加致密的基质构成。随硅灰含量增加，Ca（OH）2转变为硅酸钙水化物的量增加，也就是说，水泥石中的CH含量随硅灰掺量的增大而降低。剩余的CH与不含硅灰的硅酸盐水泥相比，易于形成更细小的晶粒。在普通硅酸盐水泥中掺入硅灰，水化物中Ca/Si减小，水化物能与其他离子结合，结果使水泥石抗离子侵入和抑制碱-骨料反应的能力提高。同时掺有硅灰的混凝土能使骨料周围充满致密的无定形的C-S-H相，从而使粗料与水泥石之间的界面过渡区得到明显改善。李建权等研究了含有10%的硅灰对水泥砂浆微观结构的影响，研究发现，水化28d后的试样总孔隙率较不加硅灰的提高了8%。同时硅灰与Ca（OH）2的火山灰反应分布也很均匀，没有集中在界面区域，而主要发生在浆体的毛细结构中，这在很大程度上堵塞了浆体内部的毛细结构，降低了孔隙率，提高了试样硬化后期的强度。
2.硅灰对混凝土材料性能的影响
1. 硅灰对新拌混凝土性能的影响
新拌混凝土为水泥、水、集料及外加剂的混合物。新拌混凝土的性能既影响浇筑工程的质量又影响混凝土的耐久性。新拌混凝土的性能主要包括和易性和流变性。王振军研究发现硅灰能使混凝土拌合物的密实性增强，但是当硅灰的掺量达到4%以上时混凝土拌和物的黏聚性明显增加，流动性开始变差，研究表明较为合理的硅灰掺量为水泥总用量的2%。Duval等研究发现，在水灰比为0.35时，在停止搅拌后的0～50 min内任何一个时间测得的坍落度都随着硅灰增加而增加。宋中南等研究发现，硅灰的掺量为6%时，混凝土的坍落度，扩展度都达到最大值，即6%的硅灰能很好改进混凝土的流变性能。
2. 硅灰对混凝土抗渗透性的影响
混凝土材料的渗透性主要指液体和气体对其渗透的性质。抗渗性能高的混凝土，其耐久性就高，混凝土的抗渗性是表征其耐久性的一个重要指标。
Song等通过硅灰对混凝土微观结构的影响理论分析与计算，提出了一种新的程序方法，很好的预测出硅灰对混凝土渗透性的影响，并通过实验验证了这一理论方法。他们计算出，在水胶比为0．4的条件下，硅灰替代比为8%到15%范围内，混凝土的渗透率几乎为零，但超过15%时，混凝土的渗透率又开始增加。
通过对比不同水胶比下，硅灰对混凝土渗透性的影响，发现12%的硅灰替代比为最佳硅灰替代比。与此同时硅灰的细度也会对混凝土的渗透性产生影响，如果细度增加，渗透性也会降低。
3.硅灰对混凝土力学性能的影响
强度是新拌混凝土硬化后的重要力学性质，也是混凝土质量控制的主要指标。研究发现，掺入硅灰能影响混凝土的强度（抗压强度，抗拉强度，弯曲强度）。
Murat等认为硅灰的添加提高了混凝土的早期抗压强度，但是降低了混凝土的长期抗压强度。Tahir Gonen通过研究硅灰与粉煤灰及硅灰和粉煤灰混合物对混凝土抗压强的性能对混凝土抗压强度的影响发现，硅灰最显著地提高了混凝土的抗压强度，且在28 d时，混凝土的强度为72 MPa。王洪等研究发现，在水胶比为0.3时，当硅灰的掺量在一定范围内（约为5%～9%）时，混凝土的抗压强度呈增长趋势。若同不掺硅灰的混凝土抗压强度对比，不管是7 d还是28 d的抗压强度，掺入3%的硅灰，混凝土的抗压强度基本没有变化；掺量大于9%后，混凝土的抗压强度呈下降趋势。掺入硅灰后，混凝土的劈裂抗拉强度总体同样呈增长趋势。
4.复合掺料对混凝土性能的影响
一种掺料的性质是单一的，将两种或两种以上的掺料混合在一起形成具有多种性质的复合掺料，也许能更好的改进混凝土的性能，例如：复掺粉煤灰和硅灰。硅灰属火山灰质材料，其颗粒极细（＜1μm），且具有高度分散性，具有填充效应、火山灰效应和孔隙溶液化学效应。将矿物掺合料复掺后会产生各组分之间的物理及化学复合效应，主要表现为火山灰复合效应和微集料复合效应，对混凝土的渗透性、过渡带结构、抗裂性能等均有良好的改善作用，从而使混凝土的抗硫酸盐侵蚀作用显著改善。因此近年来许多学者探究了复合掺料对混凝土性能的影响。张笑等探究了硅灰和超塑化剂掺量对高性能混凝土强度及流动性的影响，研究发现高性能混凝土的最优配比应为硅灰替代率10%，超塑化剂掺量1．1%，此时混凝土28 d的抗压强度为92．7MPa，扩展度170 mm。唐明等通过混料设计，研究了同一水胶比下水泥、矿渣、粉煤灰和硅灰混料因子对混凝土7、28 d抗压强度和28 d电通量的影响，通过多元回归分析，综合考虑，粉煤灰掺量和矿渣掺量应都为50%。周述光等研究发现粉煤灰、硅灰和引起剂复合使用时能够抑制ASR，当砂浆中只加入10%的粉煤灰，5%的硅灰时，24 h后的膨胀率为0．18%，而还加有0．04%引气剂的砂浆24 h后的膨胀率仅为0．08%，即三种复合时效果更明显。
总结
硅灰具有良好的活性，添加到混凝土中可以提高混凝土的性能。然而，影响混凝土性能的因素复杂，很难确定硅灰的最佳替代率来提高混凝土的整体性能。因此，今后利用多元回归分析的方法研究硅灰对混凝土整体性能的影响，提出硅灰的最佳替代比，提高混凝土整体性能，将是今后的研究方向。
参考文献：
[1]郭文华.硅灰对再生混凝土性能影响的研究[J].山西建筑，2020，46（13）：84-86.
[2]范晓鹏.硅灰对混凝土性能的影响研究[J].科技风，2019（24）：115.
[3]林振涛.硅灰掺量对喷射混凝土性能的影响试验研究[J].黑龙江水利科技，2019，47（03）：1-3+8.
[4]汤永学.掺硅灰对混凝土性能影响的试验分析[J].四川水泥，2018（06）：5.
[5]袁继峰，冷捷，段文峰，钱伟，李步远.硅灰对再生混凝土性能影响的试验研究[J].吉林建筑大学学报，2017，34（01）：31-35.