硅灰因其较小的粒径、较高的火山灰活性而被广泛应用于超高性能混凝土中。为便于硅灰的运输和存储,通常需对其进行压实处理,这将导致硅灰团聚现象的发生,从而影响水泥基材料的水化过程及微观结构发展。实际情况下,硅灰的团聚较难控制,因此目前硅灰对水泥基材料结构与性能的影响机制仍不清楚。为考虑水泥熟料的四种矿物组成、水化过程的不同阶段以及火山灰反应,本文基于计算机模型μic建立了水泥水化微观结构模型及水泥-硅灰水化微观结构模型,并以此研究硅灰团聚粒径、掺量及水胶比对水泥基材料水化及微观结构发展的影响。新建模型中,水泥四相均参与水化反应,硅灰被视作由活性二氧化硅和惰性材料所组成的球形颗粒,其在水化过程中主要发挥物理填充作用及火山灰效应。利用新建模型对水泥水化过程进行模拟,将模拟所得水化程度、氢氧化钙含量以及孔隙率等数据与纯水泥体系及水泥硅灰混合体系的实验结果对比,初步确定所建模型的适用性与准确性。基于所建立的数值模型,对不同水胶比下水泥-硅灰体系的反应程度、水化产物含量、孔隙率及微观结构演变过程进行探究,并重点研究硅灰的团聚粒径与掺量对低水胶比水泥基材料的影响。研究发现:硅灰团聚会影响其对水泥基材料的改善效果,团聚粒径越大,硅灰的改善效果越不明显,团聚粒径过大时甚至会产生不利影响。对不同粒径分布的硅灰团聚体,其掺量对水泥基材料的影响也会存在一定差异。这为实验中硅灰的加入未达到预期效果及存在相关分歧的现象做出了合理解释。为此,在水泥基材料中使用硅灰时,掺量要控制在一定范围之内,且要对硅灰进行良好的分散,避免出现较大的团聚体而影响水泥基材料的微观结构与宏观性能。
