硅灰是鐵合金廠在冶煉硅鐵合金或金屬硅時，從煙塵中收集的一種飛灰，亦稱硅粉。當硅石、熱炭和生鐵在電爐中共冶，溫度達到1700～2000C以上，部分硅與空氣中的氧反應生成一氧化硅，一氧化硅煙氣在上升過程，}『進一步氧化成一氣化硅，并冷卻凝聚成細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90%以上，通過氮吸附法測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用能達到節(jié)能、經(jīng)濟、環(huán)境保護和節(jié)省資源的目的，摻入硅灰可得到綠色混凝土及高強度混凝土，井對混凝上的堿骨料反應有一定的預防控制作用，可提高結構物的安全度，延長使用壽命。
一、綠色硅灰混凝土：
隨著人口爆炸、生產(chǎn)發(fā)展，地球承受的負擔劇增，其中以資源枯竭、環(huán)境破壞最為嚴重，使人類生存受到威脅。1992年里約熱內(nèi)廬世界環(huán)境會議后，綠色事業(yè)受到全世界的重視。綠色的涵義隨著認識的提高不斷擴大，主要包括：
(1)節(jié)約資源、能源;
(2)不破壞環(huán)境，更應有利于環(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。
長期以來，人們對混凝土進行了大量的研究工作，但大多是為了滿足人類對棍凝上材料性能的需求。而對于如伺考慮自然環(huán)境的因素，使混凝土的生產(chǎn)和使用有利于環(huán)境保護和生態(tài)平衡，盡量減輕給環(huán)境造成的負擔，從自然環(huán)境、生態(tài)平衡的角度出發(fā)進行的研究很少。進入20世紀80年代后期以來，保護地球環(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15億噸，混凝上年產(chǎn)量超過120億噸，對資源、能源的需求和對環(huán)境的影響十分巨大。而作為混凝上主要原料的水泥實是一種不可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)品，是人所周知的污染源。
制造水泥時石灰石分解牛成石灰。同時排出大量的二氧化碳、粉塵和. 二氧化硫等，給地球環(huán)境造成負擔。生產(chǎn)1噸水泥大約要排出1噸CO2，日前個世界勺年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)生溫室效應氣體的大戶。同時水泥的燒成反應所需要能量在我國是由化石類燃料燃燒獲得的，何燒制1噸水泥熟料耗標準煤178kg，由此還將產(chǎn)土CO2和SO2等有害氣體。以溫室效應和酸雨的形式增加對地球環(huán)境的負荷。而溫室效應的結果是地球變暖。氣候反常，物種滅絕，疾病流行，給人類帶來巨火的危害。因此。混凝土能否長期維持作為最上要的建筑結構材料。關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。
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，向且有利十環(huán)境保護。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嚴重污染環(huán)境。目前，國內(nèi)外廠家充分認識到硅灰的實用價值及對環(huán)境的影響，已采取各種措施進行回收和處理。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。同時硅灰本身也是一種工業(yè)廢灰，它的重新利用對改善環(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，它不但有利十開辟建材新資源節(jié)約水泥，而且對減少人氣污染、環(huán)境污染和保護入體健康一也是十分有利的。
二、高強硅灰混凝土：
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，配制出高強和超高強混凝土。試驗證明，硅灰是配制高強和高性能混凝土的優(yōu)質(zhì)超細粉摻合料。
硅灰對水泥漿體的作用機理
計算表明，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，它們可以在很早的幾小時發(fā)生火山灰反應，使水泥漿集料界面變得密實。在硅酸鹽水泥水化時，硅灰將以細分散的無定形富硅的形態(tài)存在于Ca（OH）2中，鈣離子與硅經(jīng)過火山性的反應化合形成硅—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構，使混凝土致密，物哩力學性能大大提高。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性。
三、對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，對需水量影響不大，但若再增加摻量則需水量呈直線上升，一可達130%。但它可用摻高效減水劑來抵消。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、凝結時間和水化熱
摻硅灰混凝土比同強度的末摻硅灰的凝結時間長，特別是硅灰摻一r}.較多時。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，特別是水膠比低時更顯著。
四、對硬化混凝土性能的影響
1、強度
硅灰混凝土的相對強度發(fā)展通常稍慢，但硅灰使得混凝土的絕對強度大大提高。在常溫養(yǎng)護時，硅灰對混凝土強度發(fā)展的主要作用在3d到28d，硅灰混凝土28d的抗壓強度一般較高。表l為幾種水泥漿體的級配和與其相應的混凝土(集料總質(zhì)量不變，配比有調(diào)整)的抗壓強度。
隨著硅灰摻.入量的增加，早期強度也得到了明顯的改善，大大地改進了單獨摻入粉煤灰引起的強度增進緩慢，早期強度低的缺點。硅灰混凝土的抗壓強度與硅灰摻量呈正比關系，但硅灰摻量最多不得超過35環(huán)。如硅灰混凝土和高效減水劑同時使用，可配制出高性能的混凝土，即高強、大流動性混凝土。
2、耐久性
硅灰的摻入使混凝土的密實度明顯提高，從而滲透性降低，抗化學侵蝕性提高，預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、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)濟效果和社會效益。利用高強混凝土的高強、早強和高變形模量的特點，可以大幅度縮減建筑物墻、柱的截面并增加建筑使用面積，同時提高了結構剛度、減少高層房屋的壓縮量與水平荷載下的橫向位移。如美國芝加哥一幢77層大廈建設中，下部1/3采用C80硅灰混凝土，使柱子斷面尺寸由原來(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，同時使可使用空間大大增加，安全度大大提高。實踐證明，硅灰混凝土能增加建筑物的使用壽命，降低平時的維修費用。
五、硅灰對混凝土堿骨料反應的預防控制作用
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％氧化鈉當量（即Na2O+0.658K2O）作為預防堿骨料反應的安全界限。當然，低堿水泥本身并不能控制堿－集料反應。
2、 確定最小水泥用量。在滿足工程要求的強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，目前已為許多國家所接受。如我國正在建設的南水北調(diào)中線工程，對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，否則應對骨料進行堿活性檢驗，如檢驗判定為堿活性材料，則不能使用，或經(jīng)試驗將其于非活性骨料按一定比例混合后確定對工程無損害的，方可使用。
5、采用摻合料，用硅粉、粉煤灰、火山灰或磨細礦渣微粉取代水泥拌制混凝土。硅灰添加量為5％～1O％時混凝土的膨脹量可減少1O％～2O％，其控制效果根據(jù)反應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，它們對水泥的置換率不應小于25％，最大取代率宜控制在40％左右，因為高摻量既給施工造成困難，又使混凝土早期強度降低。
6、 隔絕水和潮濕空氣。在可能發(fā)生堿骨料反應的部位采取措施有效地隔絕水和空氣的來源，可以緩和堿骨料反應對工程的損害。
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，增加其中的細微孔隙，可以容納一些反應物，從而緩解堿骨料反應的膨脹壓力，減輕堿骨料反應對工程的損害。
由堿骨料反應引起的混凝土破壞已逐漸被工程界人士認知，為了有效預防南水北調(diào)中線工程發(fā)生堿骨料反應破壞,中國水利水電科學研究院專門編制了南水北調(diào)中線干線工程標準《預防混凝土工程堿骨料反應技術條例(試行) 》。在今后的建筑工程中，希望工程技術人員對堿骨料反應問題給予應有的重視，采取可能做到的各種措施，預防堿骨料反應對工程的損害。
