硅灰是鐵合金廠在冶煉硅鐵合金或金屬硅時(shí)，從煙塵中收集的一種飛灰，亦稱硅粉。當(dāng)硅石、熱炭和生鐵在電爐中共冶，溫度達(dá)到1700～2000C以上，部分硅與空氣中的氧反應(yīng)生成一氧化硅，一氧化硅煙氣在上升過(guò)程，}『進(jìn)一步氧化成一氣化硅，并冷卻凝聚成細(xì)微的球狀顆粒用收塵器加以回收，就得到硅灰。它為暗灰色的粉狀顆粒，平均粒徑為0.1um左右，密度為2.2g/cm3，松堆密度為0.18~0.23g/m3，空隙率高達(dá)90%以上，通過(guò)氮吸附法測(cè)定的比表而積大約為25一35m2/g，比水泥的上比表面積(約0.4m2/g)大50～
100倍。硅粉在棍凝上中的應(yīng)用能達(dá)到節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境保護(hù)和節(jié)省資源的目的，摻入硅灰可得到綠色混凝土及高強(qiáng)度混凝土，井對(duì)混凝上的堿骨料反應(yīng)有一定的預(yù)防控制作用，可提高結(jié)構(gòu)物的安全度，延長(zhǎng)使用壽命。
一、綠色硅灰混凝土：
隨著人口爆炸、生產(chǎn)發(fā)展，地球承受的負(fù)擔(dān)劇增，其中以資源枯竭、環(huán)境破壞最為嚴(yán)重，使人類生存受到威脅。1992年里約熱內(nèi)廬世界環(huán)境會(huì)議后，綠色事業(yè)受到全世界的重視。綠色的涵義隨著認(rèn)識(shí)的提高不斷擴(kuò)大，主要包括：
(1)節(jié)約資源、能源;
(2)不破壞環(huán)境，更應(yīng)有利于環(huán)境;
(3)可持續(xù)發(fā)展，保證人類后代能健康、幸福地生存下去。
長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)混凝土進(jìn)行了大量的研究工作，但大多是為了滿足人類對(duì)棍凝上材料性能的需求。而對(duì)于如伺考慮自然環(huán)境的因素，使混凝土的生產(chǎn)和使用有利于環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡，盡量減輕給環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)，從自然環(huán)境、生態(tài)平衡的角度出發(fā)進(jìn)行的研究很少。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后期以來(lái)，保護(hù)地球環(huán)境，尋求與自然的和諧，走可持續(xù)發(fā)展之路成為全世界共同關(guān)心的課題。水泥混凝土作為最大示的人造材料，到2000止世界水泥年產(chǎn)量超過(guò)15億噸，混凝上年產(chǎn)量超過(guò)120億噸，對(duì)資源、能源的需求和對(duì)環(huán)境的影響十分巨大。而作為混凝上主要原料的水泥實(shí)是一種不可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)品，是人所周知的污染源。
制造水泥時(shí)石灰石分解牛成石灰。同時(shí)排出大量的二氧化碳、粉塵和. 二氧化硫等，給地球環(huán)境造成負(fù)擔(dān)。生產(chǎn)1噸水泥大約要排出1噸CO2，日前個(gè)世界勺年CO2的排放量大約為100億噸，由于生產(chǎn)水泥而產(chǎn)生的CO2氣體約占1/10，是產(chǎn)生溫室效應(yīng)氣體的大戶。同時(shí)水泥的燒成反應(yīng)所需要能量在我國(guó)是由化石類燃料燃燒獲得的，何燒制1噸水泥熟料耗標(biāo)準(zhǔn)煤178kg，由此還將產(chǎn)土CO2和SO2等有害氣體。以溫室效應(yīng)和酸雨的形式增加對(duì)地球環(huán)境的負(fù)荷。而溫室效應(yīng)的結(jié)果是地球變暖。氣候反常，物種滅絕，疾病流行，給人類帶來(lái)巨火的危害。因此。混凝土能否長(zhǎng)期維持作為最上要的建筑結(jié)構(gòu)材料。關(guān)鍵在十能否成為綠色材料。綠色高性能混凝上是混凝十發(fā)展的方向，是混凝土的未來(lái)。
以部分工業(yè)廢料或其它摻合料代替水泥后。配制出的混凝上不僅經(jīng)濟(jì)，向且有利十環(huán)境保護(hù)。硅灰為鐵合金廠生產(chǎn)的工業(yè)廢料，如不加處理就排放出去會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。目前，國(guó)內(nèi)外廠家充分認(rèn)識(shí)到硅灰的實(shí)用價(jià)值及對(duì)環(huán)境的影響，已采取各種措施進(jìn)行回收和處理。在水泥混凝上中摻入硅灰后，減少了水泥熟料的用量，節(jié)省了礦物質(zhì)資源。同時(shí)硅灰本身也是一種工業(yè)廢灰，它的重新利用對(duì)改善環(huán)境、減少二次污染起到了很重要的作用。因此，硅灰混凝上為綠色混凝上，它不但有利十開(kāi)辟建材新資源節(jié)約水泥，而且對(duì)減少人氣污染、環(huán)境污染和保護(hù)入體健康一也是十分有利的。
二、高強(qiáng)硅灰混凝土：
硅灰作為有效的摻合料摻人新拌混凝土中后，可改善混凝士的和易性，配制出高強(qiáng)和超高強(qiáng)混凝土。試驗(yàn)證明，硅灰是配制高強(qiáng)和高性能混凝土的優(yōu)質(zhì)超細(xì)粉摻合料。
硅灰對(duì)水泥漿體的作用機(jī)理
計(jì)算表明，用15%的硅灰代替水泥，在混凝土拌合物中，每64.8mg硅酸鹽水泥大約有2000000粒硅灰。硅灰顆粒如此之細(xì)，它們可以在很早的幾小時(shí)發(fā)生火山灰反應(yīng)，使水泥漿集料界面變得密實(shí)。在硅酸鹽水泥水化時(shí)，硅灰將以細(xì)分散的無(wú)定形富硅的形態(tài)存在于Ca（OH）2中，鈣離子與硅經(jīng)過(guò)火山性的反應(yīng)化合形成硅—鈣水化物。這些水化硅酸凝膠體的形成，改善了水泥石的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土致密，物哩力學(xué)性能大大提高。在硬化混凝土中，硅灰粒子由于填充了水泥顆粒之間的空空隙，從而增加了固體材料之間的密實(shí)性。
三、對(duì)新拌混凝土性能的影響
1、和易性
水泥硅灰混凝土的用水星，隨硅灰摻星的增加而增大。在用水量不變的情況下，隨著硅灰的摻人和摻.的增加，混凝土的坍落度明顯減小。一般硅灰摻量在5%左右時(shí)，對(duì)需水量影響不大，但若再增加摻量則需水量呈直線上升，一可達(dá)130%。但它可用摻高效減水劑來(lái)抵消。硅灰的摻入使混凝土的粘聚性好，目離析傾向小，泌水作用大幅度下降。
2、凝結(jié)時(shí)間和水化熱
摻硅灰混凝土比同強(qiáng)度的末摻硅灰的凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，特別是硅灰摻一r}.較多時(shí)。部分水泥由硅灰代替后，通常使前3d的水泥速度和溫度升高加快，但最終水化熱有所降低，特別是水膠比低時(shí)更顯著。
四、對(duì)硬化混凝土性能的影響
1、強(qiáng)度
硅灰混凝土的相對(duì)強(qiáng)度發(fā)展通常稍慢，但硅灰使得混凝土的絕對(duì)強(qiáng)度大大提高。在常溫養(yǎng)護(hù)時(shí)，硅灰對(duì)混凝土強(qiáng)度發(fā)展的主要作用在3d到28d，硅灰混凝土28d的抗壓強(qiáng)度一般較高。表l為幾種水泥漿體的級(jí)配和與其相應(yīng)的混凝土(集料總質(zhì)量不變，配比有調(diào)整)的抗壓強(qiáng)度。
隨著硅灰摻.入量的增加，早期強(qiáng)度也得到了明顯的改善，大大地改進(jìn)了單獨(dú)摻入粉煤灰引起的強(qiáng)度增進(jìn)緩慢，早期強(qiáng)度低的缺點(diǎn)。硅灰混凝土的抗壓強(qiáng)度與硅灰摻量呈正比關(guān)系，但硅灰摻量最多不得超過(guò)35環(huán)。如硅灰混凝土和高效減水劑同時(shí)使用，可配制出高性能的混凝土，即高強(qiáng)、大流動(dòng)性混凝土。
2、耐久性
硅灰的摻入使混凝土的密實(shí)度明顯提高，從而滲透性降低，抗化學(xué)侵蝕性提高，預(yù)防混凝土中鋼筋的銹蝕，使混凝土的耐.久性大大改善。
3、含氣量
隨著硅灰取代率的增加，為獲得所要求的含氣量，引氣劑的用一I r將顯著增大。這是由于硅灰用量增加，其總比表面積顯著增加以及含碳量也增大所造成的。
硅灰混凝土現(xiàn)已在高層建筑、廠房的大跨度梁、海上鉆井平臺(tái)、高速公路、隧洞、橋梁以及大壩消能池等上程中大量使用，收到了明顯的經(jīng)濟(jì)效果和社會(huì)效益。利用高強(qiáng)混凝土的高強(qiáng)、早強(qiáng)和高變形模量的特點(diǎn)，可以大幅度縮減建筑物墻、柱的截面并增加建筑使用面積，同時(shí)提高了結(jié)構(gòu)剛度、減少高層房屋的壓縮量與水平荷載下的橫向位移。如美國(guó)芝加哥一幢77層大廈建設(shè)中，下部1/3采用C80硅灰混凝土，使柱子斷面尺寸由原來(lái)(C30混凝土)的70×70(Cm2)減小到42.5×42.5（cm2），截面積減小60%以上，節(jié)約了成本，同時(shí)使可使用空間大大增加，安全度大大提高。實(shí)踐證明，硅灰混凝土能增加建筑物的使用壽命，降低平時(shí)的維修費(fèi)用。
五、硅灰對(duì)混凝土堿骨料反應(yīng)的預(yù)防控制作用
1、 控制水泥堿含量，優(yōu)先選用堿含量小于0.6％的低堿水泥。一般情況下，把水泥堿含量低于0.6％氧化鈉當(dāng)量（即Na2O+0.658K2O）作為預(yù)防堿骨料反應(yīng)的安全界限。當(dāng)然，低堿水泥本身并不能控制堿－集料反應(yīng)。
2、 確定最小水泥用量。在滿足工程要求的強(qiáng)度及耐久性前提下選擇合適的水泥用量。
3、 控制混凝土中總含堿量。混凝土中堿的來(lái)源不僅有水泥，還包括混合材、外加劑、水以及骨料等，因此控制混凝土中各種原材料總堿量比單純控制水泥含堿量更為科學(xué)，目前已為許多國(guó)家所接受。如我國(guó)正在建設(shè)的南水北調(diào)中線工程，對(duì)具有堿活性或疑似堿活性的集料，規(guī)定干燥環(huán)境下的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類工程，其混凝土中總堿量不得大于3.0 Kg/m3；潮濕環(huán)境下的Ⅰ類工程混凝土總堿量不大于3.0 Kg/m3，Ⅱ、Ⅲ類不大于2.5Kg/m3。
4、避免使用活性骨料。如果混凝土的含堿量低于3.0 Kg/m3，可以不做骨料堿活性檢驗(yàn)，否則應(yīng)對(duì)骨料進(jìn)行堿活性檢驗(yàn)，如檢驗(yàn)判定為堿活性材料，則不能使用，或經(jīng)試驗(yàn)將其于非活性骨料按一定比例混合后確定對(duì)工程無(wú)損害的，方可使用。
5、采用摻合料，用硅粉、粉煤灰、火山灰或磨細(xì)礦渣微粉取代水泥拌制混凝土。硅灰添加量為5％～1O％時(shí)混凝土的膨脹量可減少1O％～2O％，其控制效果根據(jù)反應(yīng)性骨料及硅灰的種類而不同。摻用粉煤灰或火山灰質(zhì)材料時(shí)，它們對(duì)水泥的置換率不應(yīng)小于25％，最大取代率宜控制在40％左右，因?yàn)楦邠搅考冉o施工造成困難，又使混凝土早期強(qiáng)度降低。
6、 隔絕水和潮濕空氣。在可能發(fā)生堿骨料反應(yīng)的部位采取措施有效地隔絕水和空氣的來(lái)源，可以緩和堿骨料反應(yīng)對(duì)工程的損害。
7、 摻用外加劑。如鋰鹽外加劑可有效的減少ASR膨脹破壞，引氣劑可使混凝土具有4％-5％的含氣量，增加其中的細(xì)微孔隙，可以容納一些反應(yīng)物，從而緩解堿骨料反應(yīng)的膨脹壓力，減輕堿骨料反應(yīng)對(duì)工程的損害。
由堿骨料反應(yīng)引起的混凝土破壞已逐漸被工程界人士認(rèn)知，為了有效預(yù)防南水北調(diào)中線工程發(fā)生堿骨料反應(yīng)破壞,中國(guó)水利水電科學(xué)研究院專門(mén)編制了南水北調(diào)中線干線工程標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)防混凝土工程堿骨料反應(yīng)技術(shù)條例(試行) 》。在今后的建筑工程中，希望工程技術(shù)人員對(duì)堿骨料反應(yīng)問(wèn)題給予應(yīng)有的重視，采取可能做到的各種措施，預(yù)防堿骨料反應(yīng)對(duì)工程的損害。
