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硅灰對(duì)高性能混凝土的耐久性的影響
混凝土的耐久性包括了混凝土的抗凍性、抗?jié)B性、抗化學(xué)侵蝕性、抗鋼筋銹蝕能力和抗沖磨性能。
a.抗凍性
當(dāng)硅灰摻量少時(shí)，硅灰混凝土的抗凍性與普通混凝土基本相同，當(dāng)硅灰摻量超過15%時(shí)，它的抗凍性較差。通過大量的試驗(yàn)，這種觀點(diǎn)基本上被證實(shí)了，主要原因是當(dāng)硅灰超過15%時(shí)，混凝土膨脹量增大，相對(duì)彈性模數(shù)降低，抗壓強(qiáng)度急劇下降，從混凝土內(nèi)部方面特征看，比表面積小，間距系數(shù)大。
b.抗?jié)B性
混凝土是一種透水材料，它的滲透性與它的孔隙率、孔隙分布及孔隙連通性有關(guān)。振搗密實(shí)的混凝土水灰比愈小，養(yǎng)護(hù)齡期愈長(zhǎng)，則滲透性愈小。在混凝土中摻入引氣劑也可降低滲透性。一般地水灰比小于0.50的混凝土，它的滲透系數(shù)可以達(dá)到1×10-11m/s。在海水中的混凝土它的滲透性是決定混凝土工程耐久性的***重要的因素，滲透性高的混凝土在海水中很易遭破壞。由于硅灰顆粒小，比水泥顆粒小20～100倍，可以充填到水泥顆粒中間的空隙中，使混凝土密實(shí)，同時(shí)硅灰的二次水化作用，新的生成物堵塞混凝土中滲透通道，故硅灰混凝土的抗?jié)B能力很強(qiáng)，混凝土的滲透性隨水膠比的增加而增大，這是因?yàn)樗冶然炷恋拿軐?shí)性相對(duì)差些。
c.抗化學(xué)侵蝕性
一般硅灰減少滲透性的效果要大于強(qiáng)度的增加，特別硅灰以小摻量摻入低強(qiáng)混凝土。對(duì)于摻入一定量硅灰的高性能混凝土，水膠比通常小于0.4，且有超細(xì)微粒填充，因此，摻入硅灰的高性能混凝土具有非常好的抗?jié)B能力。因?yàn)榧尤牍杌铱梢悦黠@地降低混凝土滲透性及減少游離的Ca(OH)2，從而提高了混凝土抗化學(xué)侵蝕能力。在混凝土中摻入硅灰，能減少Ca(OH)2含量，增加混凝土密實(shí)性，有效提高弱酸腐蝕能力，但在強(qiáng)酸或高深度的弱酸中不行，因混凝土中的C-S-H在酸中分解。另外，它還能抗鹽類腐蝕，尤其是對(duì)氯鹽及硫酸鹽類。它之所以能抗酸鹽侵蝕，原因是硅灰混凝土較密實(shí)，孔結(jié)構(gòu)得到改善，從而減少了有害離子傳遞速度及減少了可溶性的Ca(OH)2和鈣礬石的生成，而增加水化硅酸鈣晶體的結(jié)果。
d.抗堿集料反應(yīng)
堿集料反應(yīng)必須具備3個(gè)條件：混凝土中的集料具有活性、混凝土中含有一定量可溶性堿、有一定的濕度。排除這三個(gè)條件中的任何一個(gè)都可達(dá)到控制堿集料反應(yīng)的目的?；炷林屑尤牍杌?，因?yàn)楣杌伊Ｗ犹岣咚嗄z結(jié)材料的密實(shí)性，減少了水分通過漿體的運(yùn)動(dòng)速度，使得堿集料膨脹反應(yīng)所需的水分減少，也由于減少水泥漿孔隙液中堿離子的濃度，因此，減少了堿集料反應(yīng)的危險(xiǎn)。
e.抗鋼筋銹蝕的能力
混凝土高堿性給普通鋼筋混凝土中的鋼筋提供了形成鈍化膜的條件，一旦鈍化膜破壞，鋼筋就會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，腐蝕速度取決于水分以及氧氣進(jìn)入混凝土的速度。加入硅灰可以改善密實(shí)性增加電阻率，所以，抵抗鋼筋銹蝕的性能得到很大改善，硅灰改善電阻率是隨著硅灰含量的增加而增加。
f.抗磨蝕性
水工結(jié)構(gòu)中的高速水流泄水建筑物護(hù)面材料具有高抗沖磨與抗空蝕要求。在混凝土中加入硅灰可以改善混凝土的抗磨蝕性。加入硅灰改善了混凝土的抗磨蝕性是由于改善了漿體自身的抗磨性和硬度，以及改善水泥漿骨料界面的粘結(jié)，從而使粗骨料在受到磨損作用時(shí)難以被沖蝕。
在需要特殊高強(qiáng)度混凝土的場(chǎng)合，硅灰作為摻和料配制高強(qiáng)混凝土，其強(qiáng)度等級(jí)可以達(dá)到100 MPa。國(guó)外許多重要的高層建筑物，如美國(guó)南瓦克大廈和德國(guó)法蘭克福BfG大廈都是采用了硅灰做混凝土的增強(qiáng)摻和劑。在發(fā)達(dá)國(guó)家的一些重要混凝土水利水電工程中如海洋石油鉆井平臺(tái)、大跨度橋梁、隧洞等工程摻加硅灰可以改善防滲、抗沖磨、防腐等性能，如挪威北海石油鉆井平臺(tái)，挪威Stolma跨海橋（301m跨徑LC60輕骨料混凝土建造），丹麥大貝爾特海峽大橋，連接丹麥與瑞典的厄勒（ORESUND）海峽大橋，美國(guó)Kinzua大壩防滲混凝土面板、進(jìn)水閘、遂洞、主廠房下部結(jié)構(gòu)等。硅灰混凝土用于公路路面和飛機(jī)跑道中，可以大大提高混凝土早期強(qiáng)度和耐磨性能，在公路路面的維護(hù)和搶修中，可以提前通車時(shí)間，增加經(jīng)濟(jì)效益，如歐洲E-6和E－18高速公路（瑞典），以及倫敦非金屬處理廠高耐磨地面處理。
硅灰自1942年問世以來，只到19世紀(jì)70年代才被國(guó)外廣泛應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)對(duì)硅灰的使用也正處在發(fā)展階段，近幾年，由于國(guó)家對(duì)環(huán)保的重視，逐步加強(qiáng)了對(duì)污染企業(yè)的管理，特別是國(guó)內(nèi)對(duì)高強(qiáng)混凝土需求的增加，許多鐵合金生產(chǎn)企業(yè)配備了收塵設(shè)備，并開發(fā)、引進(jìn)了加密技術(shù)。我國(guó)硅灰產(chǎn)品發(fā)展很迅速，在該領(lǐng)域與國(guó)外的差距正在縮小。高強(qiáng)度混凝土、硅灰噴射混凝土、復(fù)合增強(qiáng)密度劑、硅灰砂漿、低水泥澆注料等科研成果都已通過了部級(jí)或省、市級(jí)技術(shù)鑒定，并已在許多工程中應(yīng)用，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著。
a.抗凍性
當(dāng)硅灰摻量少時(shí)，硅灰混凝土的抗凍性與普通混凝土基本相同，當(dāng)硅灰摻量超過15%時(shí)，它的抗凍性較差。通過大量的試驗(yàn)，這種觀點(diǎn)基本上被證實(shí)了，主要原因是當(dāng)硅灰超過15%時(shí)，混凝土膨脹量增大，相對(duì)彈性模數(shù)降低，抗壓強(qiáng)度急劇下降，從混凝土內(nèi)部方面特征看，比表面積小，間距系數(shù)大。
b.抗?jié)B性
混凝土是一種透水材料，它的滲透性與它的孔隙率、孔隙分布及孔隙連通性有關(guān)。振搗密實(shí)的混凝土水灰比愈小，養(yǎng)護(hù)齡期愈長(zhǎng)，則滲透性愈小。在混凝土中摻入引氣劑也可降低滲透性。一般地水灰比小于0.50的混凝土，它的滲透系數(shù)可以達(dá)到1×10-11m/s。在海水中的混凝土它的滲透性是決定混凝土工程耐久性的***重要的因素，滲透性高的混凝土在海水中很易遭破壞。由于硅灰顆粒小，比水泥顆粒小20～100倍，可以充填到水泥顆粒中間的空隙中，使混凝土密實(shí)，同時(shí)硅灰的二次水化作用，新的生成物堵塞混凝土中滲透通道，故硅灰混凝土的抗?jié)B能力很強(qiáng)，混凝土的滲透性隨水膠比的增加而增大，這是因?yàn)樗冶然炷恋拿軐?shí)性相對(duì)差些。
c.抗化學(xué)侵蝕性
一般硅灰減少滲透性的效果要大于強(qiáng)度的增加，特別硅灰以小摻量摻入低強(qiáng)混凝土。對(duì)于摻入一定量硅灰的高性能混凝土，水膠比通常小于0.4，且有超細(xì)微粒填充，因此，摻入硅灰的高性能混凝土具有非常好的抗?jié)B能力。因?yàn)榧尤牍杌铱梢悦黠@地降低混凝土滲透性及減少游離的Ca(OH)2，從而提高了混凝土抗化學(xué)侵蝕能力。在混凝土中摻入硅灰，能減少Ca(OH)2含量，增加混凝土密實(shí)性，有效提高弱酸腐蝕能力，但在強(qiáng)酸或高深度的弱酸中不行，因混凝土中的C-S-H在酸中分解。另外，它還能抗鹽類腐蝕，尤其是對(duì)氯鹽及硫酸鹽類。它之所以能抗酸鹽侵蝕，原因是硅灰混凝土較密實(shí)，孔結(jié)構(gòu)得到改善，從而減少了有害離子傳遞速度及減少了可溶性的Ca(OH)2和鈣礬石的生成，而增加水化硅酸鈣晶體的結(jié)果。
d.抗堿集料反應(yīng)
堿集料反應(yīng)必須具備3個(gè)條件：混凝土中的集料具有活性、混凝土中含有一定量可溶性堿、有一定的濕度。排除這三個(gè)條件中的任何一個(gè)都可達(dá)到控制堿集料反應(yīng)的目的?；炷林屑尤牍杌?，因?yàn)楣杌伊Ｗ犹岣咚嗄z結(jié)材料的密實(shí)性，減少了水分通過漿體的運(yùn)動(dòng)速度，使得堿集料膨脹反應(yīng)所需的水分減少，也由于減少水泥漿孔隙液中堿離子的濃度，因此，減少了堿集料反應(yīng)的危險(xiǎn)。
e.抗鋼筋銹蝕的能力
混凝土高堿性給普通鋼筋混凝土中的鋼筋提供了形成鈍化膜的條件，一旦鈍化膜破壞，鋼筋就會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，腐蝕速度取決于水分以及氧氣進(jìn)入混凝土的速度。加入硅灰可以改善密實(shí)性增加電阻率，所以，抵抗鋼筋銹蝕的性能得到很大改善，硅灰改善電阻率是隨著硅灰含量的增加而增加。
f.抗磨蝕性
水工結(jié)構(gòu)中的高速水流泄水建筑物護(hù)面材料具有高抗沖磨與抗空蝕要求。在混凝土中加入硅灰可以改善混凝土的抗磨蝕性。加入硅灰改善了混凝土的抗磨蝕性是由于改善了漿體自身的抗磨性和硬度，以及改善水泥漿骨料界面的粘結(jié)，從而使粗骨料在受到磨損作用時(shí)難以被沖蝕。
在需要特殊高強(qiáng)度混凝土的場(chǎng)合，硅灰作為摻和料配制高強(qiáng)混凝土，其強(qiáng)度等級(jí)可以達(dá)到100 MPa。國(guó)外許多重要的高層建筑物，如美國(guó)南瓦克大廈和德國(guó)法蘭克福BfG大廈都是采用了硅灰做混凝土的增強(qiáng)摻和劑。在發(fā)達(dá)國(guó)家的一些重要混凝土水利水電工程中如海洋石油鉆井平臺(tái)、大跨度橋梁、隧洞等工程摻加硅灰可以改善防滲、抗沖磨、防腐等性能，如挪威北海石油鉆井平臺(tái)，挪威Stolma跨海橋（301m跨徑LC60輕骨料混凝土建造），丹麥大貝爾特海峽大橋，連接丹麥與瑞典的厄勒（ORESUND）海峽大橋，美國(guó)Kinzua大壩防滲混凝土面板、進(jìn)水閘、遂洞、主廠房下部結(jié)構(gòu)等。硅灰混凝土用于公路路面和飛機(jī)跑道中，可以大大提高混凝土早期強(qiáng)度和耐磨性能，在公路路面的維護(hù)和搶修中，可以提前通車時(shí)間，增加經(jīng)濟(jì)效益，如歐洲E-6和E－18高速公路（瑞典），以及倫敦非金屬處理廠高耐磨地面處理。
硅灰自1942年問世以來，只到19世紀(jì)70年代才被國(guó)外廣泛應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)對(duì)硅灰的使用也正處在發(fā)展階段，近幾年，由于國(guó)家對(duì)環(huán)保的重視，逐步加強(qiáng)了對(duì)污染企業(yè)的管理，特別是國(guó)內(nèi)對(duì)高強(qiáng)混凝土需求的增加，許多鐵合金生產(chǎn)企業(yè)配備了收塵設(shè)備，并開發(fā)、引進(jìn)了加密技術(shù)。我國(guó)硅灰產(chǎn)品發(fā)展很迅速，在該領(lǐng)域與國(guó)外的差距正在縮小。高強(qiáng)度混凝土、硅灰噴射混凝土、復(fù)合增強(qiáng)密度劑、硅灰砂漿、低水泥澆注料等科研成果都已通過了部級(jí)或省、市級(jí)技術(shù)鑒定，并已在許多工程中應(yīng)用，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著。
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