研究探索：低品质硅灰在普通混凝土中的应用技术要点探究
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本文选自《商品混凝土》杂志2024年第5期
低品质硅灰在普通混凝土中的应用技术要点探究
王士坤
［摘要］本文的研究对象——低品质硅灰，主要是指 SiO含量在 70%～85% 之间、二氧化硅含量不符合 GB/T 27690—2023《砂浆和混凝土用硅灰》中 SF85 和 SF95 等级的硅灰。此类硅灰主要为硅铁合金厂的烟道硅灰。对此类硅灰按照等量代换掺入普通混凝土中，对掺入后混凝土的拌合物性能、力学性能以及耐久性能进行测试，并在实际生产过程中进行批量应用。经对应用各技术要点总结，结果表明：低品质硅灰作为掺合料应用于普通混凝土，可以明显改善混凝土的拌合性能，显著提高混凝土的流动性，利于泵送混凝土坍落度保持，混凝土早期强度增长明显，抗碳化性能良好，生产综合成本更趋于合理。
［关键词］低品质硅灰；普通混凝土；应用技术要点
前言
优质硅灰作为物理改性矿物外加剂和掺合料在高强高性能混凝土中的应用技术已经非常成熟。硅灰活性高、细度达纳米级，掺入高强高性能混凝土在降低混凝土胶凝材料总量、改善混凝土拌合物性能、提高混凝土抗渗抗侵蚀性能方面效果显著。长期以来，硅灰作为高强高性能混凝土掺合料的相关研究与应用较多。但是由于新冠疫情，硅灰出口受限，低品质硅灰更是无人问津，成为大量积压的固废，低品质硅灰价格低至水泥O42.5价格以下。笔者所在地的混凝土技术人员以此为契机，纷纷开展了低品质硅灰的试验应用。但是受限于试验检测条件以及对于硅灰认知，多数企业没有能力对二氧化硅含量进行检测，无法识别无良供应商的掺假硅灰；对于硅灰活性过分迷信，超量取代（1:3）水泥，由此造成混凝土开裂、强度不足等一系列问题。为此笔者对于本地区硅灰开展了调查研究，对市场上流通的硅灰进行了取样检测，对硅灰掺入混凝土的各项性能进行了测试，并在企业生产中进行了成功应用。在各项数据分析总结基础上，结合应用中遇到问题的解决方法，总结出低品质硅灰在普通混凝土中应用的工艺技术要点和条件。
主要研究目标
）对本地区市场流通硅灰调研，分产地、厂家进行取样检测，测定二氧化硅含量分布范围。
）试验低品质硅灰掺入普通混凝土的拌合物性能、力学性能和耐久性能，确定适宜的最大掺量（在国标要求10%范围内）。
）实践生产应用检测不同加密硅灰解密方式的不同对混凝土性能的影响。
硅灰检测项目和方法
硅灰的检测项目及检测方法列于表
2023月至202310月，总计跟踪检测硅灰抽样45组，其中内蒙20组、陕西10组、宁夏15组。其硅灰检测结果汇总如表
经过对上述检测结果分析主要得出：（）硅铁合金厂产生的硅灰比金属硅厂产生的硅灰所含二氧化硅含量要低；（）二氧化硅含量与活性指数呈正比相关。
掺入硅灰替代水泥后混凝土试验配合比及试验结果
3.1等量取代
C40C50两个强度等级混凝土进行试验验证，配合比及力学性能结果见表、图1，工作性能见表、图2。
3.2不同比例取代
C30C40C50三个强度等级混凝土进行试验验证，配合比和力学性能见表、图3，混凝土拌合物的工作性能测试结果见表6、图4。
通过试验结果可以表明，混凝土性能和硅灰掺量、取代系数有以下规律：
）硅灰掺量与聚羧酸外加剂掺量正相关；
）低品质硅灰掺量达8%时，混凝土强度增长低于基准混凝土；
）低品质硅灰超量取代系数为1:3时，混凝土早期强度和28d强度均低于基准混凝土强度；
）作为改善混凝土和易性的矿物外加剂，不分强度等级、无差别等量替代水泥20kg/m，对拌合物性能影响明显，坍落度筒倒置排空时间均在10s以内，对硬化强度性能没有不利影响。
实际生产应用情况
4.1应用情况
根据前述各项试验结果，综合考虑，采用不分强度等级（C25C50）等量替代每方混凝土20kg水泥的方式投入生产。
目前企业按照此方式，已经使用硅灰一年半，使用硅灰100余吨。实现了泵送运输效率双提升。其中泵送综合油耗较往年节省0.2/m，工地混凝土状态调整车次明显减少，退车率2023年全年为万分之三。
由于硅灰对混凝土和易性的显著改善，保坍性能增强，工地工人加水现象减少。
4.2生产实践中遇到的主要问题
实际应用中，硅灰运输距离较长。为提高运输效率，降低运输成本，硅灰厂家出厂时均对硅灰进行了加密。也导致在混凝土中应用时，需要对输送入仓、计量等环节加以关注。
）硅灰卸料存储方式有差别：吨包吊运敞口入筒仓，弊端主要是扬尘和抛洒；吨包拆包卸入散灰罐车吹入筒仓，弊端是吹灰时间长。这里也提示一点，硅灰气泵吹入筒仓内时间较长，一般在1.5小时左右，掺假硅灰由于掺了粉煤灰或石粉，吹灰时间明显缩短。所以通过吹灰时间也可以在一定程度上判断硅灰掺假与否。
）输送计量方式主要有两种：筒仓设在骨料斜皮带侧面，通过螺旋机、计量斗将硅灰卸在斜皮带上骨料同时投入预存料斗，如图利用既有水泥或掺合料筒仓计量投料。通过实践应用，改装需要注意的问题主要是螺旋角度不宜过大，螺旋输送距离不宜过长；利用既有水泥筒仓时应调整控制程序。
两种不同的输送计量方式实践应用比较，卸在骨料皮带上与骨料一同投料的方式比，直接螺旋输送方式解密加密硅灰效果要好。
结论
）低品质硅灰在混凝土中掺量适度、两倍超量取代的情况下，混凝土的抗压强度以及拌合物和易性能够达到标准规范要求，可以作为混凝土的掺合料使用。
）硅灰的品质与其前端生产工艺相关，使用前需甄别其生产工艺和来源。
）现在混凝土应用的主要为加密硅灰，要注意生产过程中的输送方式、上料方式、计量精度等，确保硅灰发挥其活性作用；
）无差别在各强度等级混凝土中每方等量掺入20kg硅灰，能够显著改善混凝土拌合物保坍性能、增强混凝土的可泵性。
参考文献
[1] 王文卓，蒋玉川，吴文军．不同二氧化硅含量硅灰对混凝土抗压强度的影响[J]．中国建材科技，2020,29 (06): 59-62
[2] 马艳芳，李宁，常钧．硅灰性能及其再利用的研究进展[J]．无机盐工业，2009,41(10): 8-10
[3] 何小芳，卢军太，李小楠，等．硅灰对混凝土性能影响的研究进展[J]．硅酸盐通报，2013,32(03): 423-428
供稿人：王士坤
编辑员：李海亮
审核人：孙继成，宁夏
【标准规范】
【会议培训】
第十届全国建筑固废和尾矿泥浆处理及资源化利用大会暨中国砂石协会建筑固废利用分会年会
2025第二十一届全国商品混凝土可持续发展论坛暨2025中国商品混凝土年会
【咨询服务】
预拌混凝土质量追溯研究
高速公路及桥涵高性能混凝土技术咨询
课题研究
研发中心建设
[绿满庭院]《HJ建筑围护结构自保温技术体系》推广等
【建材“双碳”业务】
低碳胶凝材料研发与制备
复合掺合料和再生复合掺合料研发与制备
建筑垃圾处置与资源化利用
建筑垃圾再生砂粉应用技术
建筑垃圾再生轻粗骨料技术
碳化再生骨料制备技术
【期刊著作】
《常见预拌混凝土质量事故分析百例》图书
《预拌混凝土企业标准化试验室建设指南》图书
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中心每年参与多个混凝土技术咨询和技术服务项目，包括雄安新区混凝土项目咨询、河北省多个高速公路高性能混凝土技术咨询、固废基胶凝材料和再生复合掺合料研发和制备技术，以及数十个混凝土企业的技术服务工作。开展预拌混凝土绿色产品认证和科技成果评价工作。
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