硅灰的研究始于斯堪的纳维亚国家,尽管20世纪50年代人们对硅灰作用就有所认识和初步的研究,但应用于实际工程中是从70年代开始的,首先是挪威和瑞典等国家在港口码头、北海油田及地下矿井中部分采用了硅灰混凝土,1982 年,挪威在伏诺维斯坝上正式采用了硅灰混凝土筑坝, 20世纪80 年代初加拿大在魁北克建立了硅灰混凝土,并对大体积硅灰混凝土进行试验研究,拌制高标号混凝土1 万立方米,1983年美国用硅灰混凝土修补了奥里夫尼河上的卡查坝消力池,效果良好。世界上其它国家也都加紧研究和应用。而我国对硅灰的研究历史不长,仅仅10多年时间,1985年水电部东勘院科研所和水电部第十工程局首次在四川渔子溪二级电站中试用了硅灰混凝土,在厂房混凝土中掺硅灰3 %~7 %,以提高早期强度,加快模板周转,达到预期效果,另外,在引水隧洞喷射混凝土中,掺硅灰715 %,以减少混凝土的回弹量,南科院在大伙房水库工程、龙羊峡泄水建筑物和葛洲坝泄水闸修补等工程中都采用了硅灰混凝土,效果较好,水科院对硅灰混凝土的耐久性能及硅灰水泥水藻灌浆材料进行了一些研究,并在二滩水电站基础固结灌浆中,潘家大坝溢流面修复工程、安康及四川秋达电站导流泄洪洞修补等工程中使用了硅灰混凝土,硅灰水泥灌浆。所有这些,说明硅灰混凝土作为一种高性能混凝土在工程中的应用日显重要,所以对其性能特别是其强度与耐久性的研究也倍受关注。生产的微硅粉平均粒径度为0.1um,仅为水泥平均粒径的几百分之一,掺入水泥混凝土后能很好地填充于水泥颗粒空隙之中,使浆体更致密。微硅粉还具有火山灰反应,即微硅粉接触拌合水后,首先形成富硅的凝胶,并吸收水分,凝胶在尚未水化的水泥颗粒间聚集,逐渐包裹水泥颗粒,水化产物Ca(OH)2与上述硅凝胶的表面反应生成C-S-H凝胶,该水化物凝胶强度高于Ca(OH)2晶体。C-S-H凝胶的产生多处于水泥水化的C-S-H凝胶孔隙中,大大提高了混凝土的结构密度。因此具有优异的火山灰效应和微粒效应,能改善新拌混凝土的泌水和粘聚性。主要作用表现为:①增加强度:用微硅粉代替部分水泥加到混凝土中,增加了密度和凝聚力,使混凝土抗压抗折强度大大增强,掺入5%~10%的微硅粉,抗压强度可提高10%~30%,抗折强度提高10%以上。②增加致密度:微硅粉可均匀地充填于水泥颗粒空隙之中,使混凝土更加致密,克服了混凝土常见的空隙弊病,对渗水性、碳化深度进行测试,结果表明,抗渗性可提高5~18倍,抗碳化能力提高4倍以上[4]③抗冻性:测试表明微硅粉混凝土在经过300~500次快速冻融循环,相对动弹性模量降低1%-2%,而普通混凝土仅通过25~50次循环,相对动弹性模量降低36%~73%。[4]④早强性:微硅粉加入混凝土后,与游离的Ca(OH)2结合,从而降低Ca+2和OH-的浓度,使诱导期缩短,促进C2S水化,表现了微硅粉使混凝土早强的特性,有资料介绍,微硅粉能将混凝土18小时强度可提高30%。⑤抗冲磨、抗空蚀性:我国水工建筑物60%以上受不同程度的冲磨、空蚀破坏。经测试表明,微硅粉混凝土比普通混凝土抗冲磨能力高0.5~2.5倍,抗空蚀能力提高3~16倍[4]。 微硅粉用于混凝土,具有以下独特优点:
1.制造高标号混凝土(C70以上),显著提高混凝土的强度和泵送性能;
2.制造高抗渗(≥P30)、结构自防水混凝土,用于地铁、隧道、高层建筑物的地下室;
3.在水利、桥梁工程项目中,混凝土不仅需要上述基本指标,更对其耐磨、耐冲刷有非常苛刻的要求,掺入微硅粉成为必要;
4.制造海工和化工混凝土,由于其高致密性能,有效阻止硫酸盐及氯离子对混凝土的渗透、侵蚀,避免混凝土钢筋受到腐蚀,从而延长混凝土的寿命;
5 .快速施工需要的早强、高强混凝土;
6 .隧道、地铁、大型基坑结构施工过程中用于支护的高强喷射混凝土;
7.高速公路、大型桥梁的路面混凝土。
8 .水下施工项目(如:桥墩、大坝、钻井平台等)用的混凝土;
微硅粉应用于耐火材料具有下列特点:
1.提高浇注型耐火材料的流动性、减少用水量,使其易于成型,生产效率大为提高;
2.由于其超微结构的填隙作用,耐火材料的致密性和强度获得大幅度提高;
3.微硅粉具有高活性,在三氧化二铝(Al2O3)成份存在的前提下,更易生成莫来石相,使耐火材料的的高温强度、热震性明显提高。目前除在浇注型耐火材料中普遍使用之外,在电熔和烧结型耐火材料中亦正获得大量应用。