|
硅灰又稱凝聚硅灰或硅粉，是電弧爐冶煉硅金屬或硅鐵合金時的副產品。即硅鐵廠在冶煉硅金屬時，將高純度的石英、焦炭投到電弧爐內，在溫度高達 2000 ℃ 下，石英被還原成硅的同時，約有 10 ％～ 15 ％的硅化為蒸氣，在煙道內隨氣流上升遇氧結合成一氧化硅 (SiO) 氣體，逸出爐外時， SiO 遇冷空氣后再氧化成 SiO 2 ，最后冷凝成極微細的顆粒。這種 SiO 2 顆粒，日本稱“活性硅”，法國稱“硅塵”，比較多的國家稱“冷凝硅煙灰”，我國統稱為“硅灰”。
硅灰的主要成分中， SiO 2 含量達 85 ％以上，絕大部分是非晶態的無定形 SiO 2 ，其他成分含量都較少，氧化鐵、氧化鈣、氧化硫的含量隨礦石的成分不同稍有變化，一般不超過 1 ％，燒失量約為 1.5 ％ ~3 ％。
由于硅灰的生成條件特別，因而其具有顆粒細 ( 平均粒徑為 0.1~0.2μm) ，比表面積大 ( 一般為 20000 ～ 25000m 2 /kg 的特點，同時硅粉還具有極高的火山灰活性。
由于硅灰特別細，比表面積特別大，因此，在通常情況下摻入硅灰后需水量增大。但是，在適當的條件下，硅灰也可以表現出減水作用。在進行硅灰與超塑化劑共同作用的研究中發現，摻用超塑化劑時，硅灰對需水量的影響表現出截然不同的行為。圖 2 — 3 給出超塑化劑摻量對摻與不摻硅灰砂漿需水量的影響。從圖中可以看出，不摻超塑化劑時，摻 10 ％硅灰使得砂漿需水量顯著增加，大約增加 22.7 ％；摻 0.6 ％超塑化劑時，摻與不摻硅灰砂漿的需水量相差不大；繼續增加超塑化劑摻量，不摻硅灰砂漿的需水量基本保持不變，而摻 10 ％硅灰砂漿的需水量仍然隨超塑化劑摻量的增加而降低，其最終效果摻 10 ％硅灰砂漿的需水量可以明顯低于不摻硅灰砂漿的需水量，大約可降低 22.2 ％。
仔細分析一下，硅灰的顆粒很小，而且是球形的，為什么不表現出減水作用，而且使需水量增加其原因在于它具有非常大的比表面積。硅灰的比表面積是水泥的 10 ～ 20 倍，如此大的比表面積使得表面需水量顯著地增加，這一作用超過了它的填充作用和潤滑作用，最終結果使需水量增加。值得注意的是，摻入硅灰使需水量增加并不意味著它沒有填充作用和潤滑作用。顯然，非常小的顆粒必然表現出較強的填充作用，球形的顆粒形狀必然表現出較強的潤滑作用。但是，非常大的比表面積也必然導致表面水的增加。硅灰對需水量的影響是這些作用的綜合結果，不能以單一作用來判斷硅灰對需水量的影響，也不能用硅灰對需水量的影響去判斷某一種作用的效果。
不摻超塑化劑時，硅灰的表面作用大于它的填充作用和潤滑作用，因而使需水量增加。摻入 0.6 ％的超塑化劑后，其表面作用得到了改善，使得其表面作用與填充作用和潤滑作用相當，因而表現出對需水量沒有影響。繼續增加超塑化劑摻量，硅灰的表面作用可以得到進一步的改善，使得硅灰的填充作用和潤滑作用遠遠超過它的表面作用，因而表現出需水量的降低。這也間接地證明了超塑化劑對粉狀物料表面性質的影響。
建筑用硅灰應符合兩個方面的指標，即化學指標和物理指標。對于化學指標，要求硅灰中二氧化硅含量不小于 85 ％；含水率不大于 3 ％；燒失量不大于 6 ％。對于物理指標，要求火山灰活性指數不小于 90 ％；細度要求 45μm 篩余量不大于 10 ％或比表面積不小于 15m 2 ／ g ；均勻性要求密度偏差在土 5 ％范圍內，且細度偏差在土 5 ％范圍內。
一、硅灰用途
硅灰的用途很廣，在混凝土工程中，主要用在以下幾個方面。
1 、配制高強混凝土
在混凝土中摻 10 ％～ 15 ％的硅灰，采用常規的施工方法，可配制 C100 級混凝土，即強度達 100MPa ，這可使高層建筑中梁、柱的斷面尺寸大大減小，提高建筑物的有效利用空間。
2 、配制抗沖耐磨混凝土
采用硅灰混凝土或鋼纖維硅灰混凝土護面，可成倍地提高混凝土的抗磨和抗空蝕性能，減少混凝土的損壞，延長護面混凝土壽命。
3 、配制抗化學腐蝕混凝土
混凝土中摻入硅灰后，由于硅灰水化產物的填充作用使混凝土結構更加緊密，抗滲能力提高， Cl - 和 SO 4 2- 不易滲入到混凝土中，從而使混凝土抗酸、堿等化學侵蝕的能力提高。
4 、用于噴射混凝土，減少混凝土回彈量
普通噴射混凝土回彈量大，噴射時約有 30 ％～ 40 ％的混凝土回落，既造成原材料浪費，又影響施工速度。如在混凝土中摻 3 ％ ~5 ％的硅灰，可使噴射混凝土的回彈量減少 10 ％以上。
5 、用于泵送混凝土
摻用硅灰后，混凝土的黏性較好，泌水減小，不易離析，可進行長距離泵送。
6 、用于基礎灌漿
普通水泥漿液中摻 5 ％～ 10 ％的硅灰后，漿液穩定性提高，不易分離，不易堵管，可灌性提高。
7 、提高粉煤灰混凝土的早期強度
粉煤灰混凝土中摻用硅灰，可提高早期強度，使粉煤灰混凝土早期強度低的劣勢得到改善。
二、硅灰的摻用方法及摻量
硅灰在混凝土中的摻用方法有內摻法和外摻法兩種，由于硅灰顆粒極細，需水量大，故不論哪種摻用方法，都要與減水劑配合使用。
內摻法是用硅灰代替水泥，又分為等量代替和部分代替兩種方法，等量代替為硅粉摻量代替相等量的水泥，部分代替為 1kg 硅灰代替 1 ～ 3kg 水泥，作為研究一般摻 5 ％～ 30 ％，水膠比一般保持不變。
外摻法是指硅灰像摻合料那樣直接摻在混凝土中，即在水泥用量不減的條件下摻加硅灰。
由于硅灰摻法不同，所得混凝土的性能也不相同，外摻法所得混凝土的力學性能要優于內摻法所得混凝土的，此法的缺點是增加了混凝土中膠凝材料的用量。
硅灰在混凝土中摻量如太少，對混凝土性能改善不大，但如摻得太多，則混凝土太黏，不易施工，且干縮變形大，抗凍性差，因此，摻用硅灰時，應找出最佳摻量才能取得最優效果。一般情況下，摻量以不超過 10 ％為宜，具體選多少，還應根據所用硅灰、水泥種類、集料性質及力學性能和綜合經濟效益來進行優化。
三、混凝土中摻用硅灰時應注意事項
硅灰雖能改善新拌及硬化混凝土的性能，但如使用不當也會造成質量事故，因而在使用中應注意以下事項。
1 、由于硅灰顆粒細，比表面積大，需水量高，因而在混凝土摻用硅灰時，必須與高效減水劑聯合使用才能取得良好的效果。
2 、硅灰摻入混凝土的方法有內摻法和外摻法兩種。由于內摻法要減少水泥用量，故此法一般用在中、低標號的混凝土中；外滲法不減少水泥用量，一般用于高標號的混凝土中。
3 、混凝土中硅灰摻量不宜太高或太低，一般摻量為 5 ％～ 10 ％，在此范圍內硅灰的有利作用發揮得最好，即不但硅灰代替水泥的作用最好，各種優良性能得到充分發揮，而且可避免不利的影響，如摻量大于 15 ％后，混凝土的抗凍性降低等。
4 、由于硅灰混凝土稠度大，因此在設計混凝土坍落度時應比普通混凝土的大 2 ～ 3cm 。
5 、硅灰混凝土的攪拌時間應比普通混凝土的延長 0.5 ～ 1min ，以便使混凝土拌和得更均勻，防止硅灰在混凝土中成團而造成質量事故。
6 、混凝土摻用硅灰后，必須加強早期養護，防止混凝土產生塑性收縮裂縫。
[ 應用實例 1]
高強抗磨蝕硅粉混凝土
1 、該項目共作了 1000 個配合比，經過 20000 余個數據的測試分析，證明硅粉混凝土是優良的抗沖磨、抗空蝕高強混凝土材料，該項目研究了外加劑品種、摻量；提出了抗磨蝕高強硅粉混凝土宜采用標號不低于 42.5 的普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥硅粉適宜摻量為水泥重量的 10% ～ 16 ％，以及相適應的高效外加劑及其最優摻量。所配制出的抗磨蝕高強硅粉混凝土，抗壓強度可達 70~80MPa ，抗沖磨強度可提高 1 ～ 2 倍 ( 鋼球沖磨 72h) ，抗空蝕強度提高 3 ～ 5 倍，抗凍融循環大于 500 次，并具有很好的密實性和抗滲性，其他物理力學性能也相應有所提高，同時研制出適用于高速水流建筑物有抗沖擊要求護面 ( 修復補強 ) 的鋼纖維硅粉砂漿材料。對于硅粉混凝土早期收縮較大問題，已進行了補償收縮的研究并證明是一種有效方法。
2 、該成果已在葛洲壩、大伙房、映秀灣、龍羊峽等工程中的相應部位得到應用，并經過了汛期過水考驗，事實證明其抗磨蝕性能均有較大幅度的提高，與環氧砂漿相比，具有施工方便、無毒，材料費用顯著降低等優點，有良好的工程效益和經濟效益，可以推廣應用。
該項研究在總結國外高強抗磨蝕硅粉混凝土的研究和應用成果基礎上，研制開發了新型水工抗磨蝕 NSF 劑，對 NSF 劑的生產工藝流程，產品品質標準，抗磨蝕硅粉混凝土早期減縮措施，以及 NSF 混凝土施工技術要求等進行了系統的研究，并使 NSF 劑實現產品化。技術路線正確，提供的數據、資料齊全、可靠，超額完成了合同規定的任務。
主要鑒定意見如下：
采用的懸臂雙螺旋錐形高效粉體混合設備選型合理，采用合理的工藝流程，生產出的抗磨蝕 NSF 劑，均勻性好，品質穩定，滿足工程使用要求。
3 、水工抗磨蝕劑配制的硅粉混凝土和硅粉砂漿，減水率≥ 20 ％；增強率≥ 60 ％；含水率≤ 3 ％；抗沖磨強度提高 1 倍；在 48m ／ s 高流速條件下，抗空蝕強度提高 3 倍。是目前國內提高混凝土強度、抗沖磨、抗空蝕和抗滲等綜合性能的最優越的添加劑。
4 、采用水工抗磨蝕劑，并確保早期潮濕養護、配制漿劑、聯合摻用硫鋁酸鹽型膨脹劑等單一或復合措施，解決了硅粉早期干縮偏大難題，是國內外硅粉混凝土應用中的重大技術突破，為廣泛推廣硅粉混凝土技術鋪平了道路。
提出的 NSF 混凝土施工技術要求，合理、實用，可操作性好，為保證 NSF 混凝土施工質量提供了可靠的依據。
水工抗磨蝕劑在下寨河電站、江蘇口岸船閘、牛路嶺電站、水口水電站、五強溪水電站等大中型工程，有高流速抗磨蝕要求的部位使用，滿足設計要求，收到了良好效果。施工方便，易于掌握，其經濟效益和社會效益顯著，受到用戶好評，推廣應用前景極為廣闊。
高強高性能混凝土用礦物外加劑
Mineral admixtures for high strength and high performance concrete
執行標準： GB/T1873 6 — 2002
表 礦物外加劑的技術要求
|
試驗項目 |
指標 |
|
磨細礦渣 |
磨細粉煤灰 |
磨細天然沸石 |
硅灰 |
|
Ⅰ |
Ⅱ |
Ⅲ |
Ⅰ |
Ⅱ |
Ⅰ |
Ⅱ |
|
化學性能 |
MgO/% ≤ |
14 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
SO 3 /% ≤ |
4 |
3 |
— |
— |
|
|
燒失量 /% ≤ |
3 |
5 |
8 |
— |
— |
6 |
|
Cl/% ≤ |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
|
SiO 2 /% ≥ |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
85 |
|
吸銨值 /mmol/ 100g ≥ |
— |
— |
— |
— |
— |
130 |
100 |
— |
|
物理性能 |
比表面積 / ㎡ / ㎏ ≥ |
750 |
550 |
350 |
600 |
400 |
700 |
500 |
15000 |
|
含水率 /% ≤ |
1.0 |
1.0 |
— |
— |
3.0 |
|
膠砂性能 |
需水量比 /% ≤ |
100 |
95 |
105 |
110 |
115 |
125 |
|
活性
指數 |
3d/% ≥ |
85 |
70 |
55 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
7d/% ≥ |
100 |
85 |
75 |
80 |
75 |
— |
— |
— |
|
28d/% ≥ |
115 |
105 |
100 |
90 |
85 |
90 |
85 |
85 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
類別 |
使用效果 |
|
減水劑 |
普通減水劑 |
減水、提高強度或改善和易性 |
|
高效減水劑（流動化劑或稱超塑劑） |
配制流動混凝土或早強高強混凝土 |
|
引氣劑 |
|
增加含氣量，改善和易性，提高抗凍性 |
|
調凝劑 |
緩凝劑 |
延緩凝結時間，降低水化熱 |
|
早強劑（促凝劑） |
提高混凝土早期強度 |
|
速凝劑 |
速凝、提高早期強度 |
|
防凍劑 |
|
使混凝土在負溫下水化，達到預期強度 |
|
防水劑 |
|
提高混凝土抗滲性，防止潮氣滲透 |
|
膨脹劑 |
|
減少干縮 | |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[應用實例2]
硅粉在美國叫硅粉 (Silica fume) ，又稱硅塵（ Silica dust ）、凝聚硅灰 (Condensed Sili-ca fume) ，在日本則叫做活性硅。是冶煉硅鋼和硅或半導體硅時，從煙中收集的一種粉末。硅粉最早由挪威和瑞典等國于 20 世紀 70 年代在港口碼頭、北海油田及地下礦井中部分采用了硅粉混凝土。 20 時紀 80 年代初加拿大在魁北克建立了硅粉混凝土研究基地， 1983 年美田用硅粉混凝土修補了奧里夫尼河上的卡查壩消力池，效果良好。世界上其它國家也都加緊研究和應用硅粉混凝土。硅粉根據其含碳量的不同，顏色可由白到黑，—般為灰色。硅粉顆粒極細，粒徑 0. 1 ～ 2μm ，—般平均為 0.l ～ 0.3μm ，表面積為 2 0 ～ 23 m 2 /g ，是水泥的 50 ～ 60 倍。硅粉的真密度約為 2.1 ～ 2 .5g /cm 3 ，與粉煤灰相近，松散密度為 200 ～ 300kg/m 3 ，約為水泥的 1/3 。它的主要化學成分為 SiO 2 、幾乎都呈非晶態。硅粉具有很高的話性，摻入混凝土中，可顯著地改善混凝土的性能。著重就硅灰在超高強混凝土中的作用進行了研究，分析了硅灰摻量對混凝土工作性能、強度、耐久性能的影響，結果表明硅灰能夠顯著改善混凝土的工作性和耐久性，提高混凝土的強度，是配制超高強混凝土理想的礦物摻和料。
1 原材料
1 ． 1 水泥
P ． O 4 2 5 型普通硅酸鹽水泥，實測 28 d 抗壓強度達到 54.2 MPa ，其主要性能指標見表 1 。
表 1 水泥的主要性能指標
|
細度 /% （ 0.08mm 篩余） |
凝結時間（ h:min ） |
抗壓強度 /MPa |
安定性 |
|
初凝 |
終凝 |
3d |
28d |
|
1.8 |
2:45 |
4:15 |
30.5 |
54.2 |
合格 |
1 ． 2 硅灰
其化學成分與比表面積見表 2 。
表 2 硅灰的化學成分與比表面積
|
品種 |
化學成分 /% |
比表面積 / （ cm 2 · g -1 ） |
|
CaO |
SiO 2 |
Al 2 O 3 |
Fe 2 O 3 |
TiO 2 |
MgO |
SO 3 |
Loss |
|
硅灰 |
0.47 |
91.34 |
0.19 |
0.52 |
/ |
0.89 |
/ |
2.92 |
約 20 萬 |
1 ． 3 集料
細集料：河砂，細度模數 2.5 。粗集料：碎石， 5 ～ 2 0 ㎜ 連續級配，壓碎值 8 .1 ％，針片狀含量 7.6 ％。
1 ． 4 外加劑
聚羧酸系高效減水保塑劑，固含量 20 ％，減水率 30 ％。
2 試驗配合比及測試結果分析
2 ． 1 試驗配合比及測試結果
膠凝材料總量為 580 ㎏ /m 3 ， W/C=0.22 ，混凝土配合比見表 3 。
每組配合比的用水量和減水劑摻量相同，測試結果見表 4 。
表 3 超高強混凝土配合比
|
編 號 |
膠結材用量 /
（ k g · m -3 ） |
膠結材的組成 /% |
砂 /
（ k g · m -3 ） |
石 /
（ k g · m -3 ） |
水 /
（ k g · m -3 ） |
減水劑 /
% |
|
水泥 |
硅灰 |
|
A1
A2
A3
A4 |
580
580
580
580 |
100
95
90
95 |
0
5
10
15 |
740
740
740
740 |
1110
1110
1110
1110 |
127.6
127.6
127.6
127.6 |
1.8
1.8
1.8
1.8 |
表 4 超高強混凝土的物理力學性能測試結果
|
編 號 |
28d 混凝土表觀密度 /
（ k g · m -3 ） |
坍落度 / ㎝ |
1.5h 后坍落度 / ㎝ |
擴展度 / ㎜ |
1.5h 后擴展度 / ㎜ |
抗壓強度 /MPa |
|
3d |
7d |
28d |
90d |
|
A1
A2
A3
A4 |
2523
2535
2547
2539 |
9
16
23
23.5 |
5
13
21
21.5 |
/
320
630
650 |
/
290
600
610 |
72.3
74.4
81.5
76.6 |
85.4
87.2
99.8
90.2 |
97.1
101.5
113.3
105.4 |
106.7
109.6
122.4
115.7 |
2 ． 2 試驗結果分析
由表 4 可以看出在高膠凝材料用量的情況下，以及用水量和減水劑摻量相同時，摻加硅灰的混凝土工作性要明顯優于不摻加硅灰的高膠凝材料用量純水泥混凝土的工作性，且隨硅灰摻量的增加呈正效應。這是因為硅灰是一種極細的活性摻合料，自然狀態下，它們多聚集在一起，以較大的顆粒形態存在，在強制攪拌過程中，這些粒子在外力作用下，可以被強制分散，高效減水劑又使它們表面覆蓋上一層表面活性物質，使顆粒之間產生靜電斥力，不能形成絮凝結構。由于硅灰顆粒遠小于水泥顆粒，它們在水泥顆粒之間起到“滾珠”作用使水泥漿體的流動性增加另外，由于硅灰顆粒在水泥顆粒空隙間的填充，又將這些空隙的填充水置換出來，使整個混凝土混合料流動性大大增加。
強度成型試塊采用邊長為 100 ㎜ 的立方體試模，分別測試了 3 d 、 7d 、 28d 、 90d 4 個齡期，研究了硅灰摻量對混凝土強度的影響見圖 1 。
圖 1 不同摻量硅灰超高強混凝土強度與齡期關系
從圖 1 中可以看出，在超低水膠比下，摻加硅灰的混凝土各個齡期的強度都要明顯高于設有摻加硅灰的混凝土強度，且在摻量在 10 ％時效果最好，最大增幅為 16.9 ％。原因在于超高強混凝土水膠比極低，硅粉是一種顆粒極細，活性很高的摻合材料。其主要成分為無定形二氧化硅。由于其活性很高，當與高效減水劑摻入混凝土時，硅粉中大量的活性 SiO 2 與 Ca(OH) 2 及高堿性水化硅酸鈣產生火山灰反應，生成低堿性水化硅酸鈣凝膠體，填充水泥顆粒間的空隙，改善界面結構及粘結力，從而提高混凝土的強度。
3 超高強混凝土的耐久性
3 ． 1 超高強混凝土的抗滲性
研究了不同摻量硅灰超高強混凝土的抗滲性試驗，所用抗滲儀最高壓力為 4 MPa 。圖 2 為不同摻量超高強混凝土的滲水高度，混凝土的抗滲性隨硅灰摻量的增加而增強。
3 ． 2 超高強混凝土的抗凍性
研究了混凝土在 l 000 次凍融循環條件下的凍融試驗，試驗結果見表 5 所示。
圖 2 不同摻量超高強混凝土的滲水高度
表 5 不同摻量硅灰超高強混凝土的抗凍性試驗結果
|
編號 |
指標 |
凍融循環次數 |
|
25 |
50 |
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
400 |
600 |
800 |
1000 |
|
A1 |
相對凍彈模 /% |
96.3 |
96.3 |
96.2 |
96.2 |
96.3 |
96.2 |
96.2 |
95.9 |
95.1 |
94.0 |
93.7 |
|
質量損失 /% |
0 |
0 |
0 |
0.02 |
0.03 |
0.05 |
0.07 |
0.08 |
0.1 |
0.35 |
0.56 |
|
抗壓強度 /MPa |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
78.5 |
|
A2 |
相對凍彈模 /% |
97.3 |
97.3 |
97.2 |
97.2 |
97.3 |
97.2 |
97.2 |
96.9 |
96.1 |
95.0 |
94.7 |
|
質量損失 /% |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0.01 |
0.03 |
0.03 |
0.04 |
0.06 |
0.07 |
|
抗壓強度 /MPa |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
87.6 |
|
A3 |
相對凍彈模 /% |
98.5 |
98.5 |
98.5 |
98.5 |
98.3 |
98.2 |
98.2 |
97.9 |
97.1 |
96.5 |
95.7 |
|
質量損失 /% |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
抗壓強度 /MPa |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
93.2 |
|
A4 |
相對凍彈模 /% |
98.8 |
98.8 |
98.6 |
98.6 |
98.6 |
98.3 |
98.2 |
98.2 |
98.2 |
98.1 |
97.9 |
|
質量損失 /% |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
抗壓強度 /MPa |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
90.8 |
超高強混凝土水膠比極低，混凝土中摻入硅粉后，從其結構上看，雖然水泥石的空隙率與不摻時基本相同，但其粗大孔隙及毛細孔隙大量減少，而超細孔隙增加，超細孔隙對水有較大的吸附作用，使水的冰點下降，從向延緩了凍融的過程，降低了破壞應力。由于強度的提高及結構的改善，從而提高了混凝土的抗凍性。當硅粉摻量過高時，早期收縮增大，產生微裂縫，抗凍性降低。
3 ． 3 超高強混凝土的收縮
試驗測試了硅灰混凝土在封閉條件下的自收縮，試件為 100m m × 10 0 ㎜× 515mm 的棱柱體試件。試件兩端預埋了金屬測頭，試件成型后室內靜停 24h 脫模，試件采取石蠟密封或先用塑料薄膜進行包裹，再涂抹凡土林，使試塊與周圍大氣環境相隔絕。試件在溫度為 (20 ± 1) ℃的養護室中進行養護，然后用混凝土收縮儀測量混凝土在各齡期的變形值。試驗結果如表 6 所示。
從表 6 中可以看出，硅灰超高強混凝土的自收縮很大，并且基本上都發生在早期， 3 天齡期的收縮達到 365d 齡期收縮的 70 ％多， 56d 后，收縮仍有增長，但增長趨勢比較平緩。硅灰摻量為 15 ％時，混凝土各個齡期的收縮都比基準混凝土收縮大，硅灰摻量為 5 ％和 10 ％時，混凝土各個齡期的收縮都比基準混凝土收縮小。對比 A2 、 A3 、 A4 ，混混土各個齡期的收縮隨硅灰的摻量的增加而增大。
表 6 硅灰超高強混凝土的收縮（× 10 -4 ）
|
編號 |
各齡期的收縮值 / （× 10 -4 ） |
3d 與 365d 的收縮比 /% |
365d 與 3d 的收縮差 / （× 10 -4 ） |
|
3d |
7d |
14d |
28d |
56d |
90d |
180d |
365d |
|
A1 |
-6.92 |
-7.34 |
-8.07 |
-9.35 |
-9.57 |
-9.96 |
-10.11 |
-10.24 |
72.9 |
-3.32 |
|
A2 |
-6.74 |
-7.25 |
-7.96 |
-8.89 |
-9.32 |
-9.55 |
-9.74 |
-9.92 |
73.3 |
-3.18 |
|
A3 |
-6.85 |
-7.46 |
-7.16 |
-9.41 |
-9.59 |
-9.97 |
-10.19 |
-10.29 |
72.0 |
-3.44 |
|
A4 |
-7.11 |
-7.63 |
-8.32 |
-9.58 |
-9.71 |
-10.08 |
-10.21 |
-10.28 |
73.6 |
-3.27 |
4 、結論
以硅酸鹽水泥 + 硅灰 + 高效減水劑這一技術路線，可以配制 C80 級以上的超高強混凝土。硅杰的摻入可以顯著提高混凝土的強度，以硅灰摻量 10% 效果最佳。硅灰能夠顯著改善混凝土的工作性和耐久性，是配制超高強混凝土必須的礦物摻和料。
［應用實例 3 ］
硅粉混凝土的基本性能與工程應用
硅粉是在冶煉工業硅或含硅合金時由高純度的石英與焦炭在高溫電弧爐 ( 2000 ℃ ) 中發生還原反應而產生的工業塵埃，它是利用收塵裝置回收煙道排放的高溫廢氣并通過專門處理而得。硅粉也稱微硅粉、硅微粉、硅灰、硅塵等，其產品質量主要用二氧化硅 (SiO 2 ) 含量和細度來評價。
硅粉的 SiO 2 含量越高、顆粒越細，對混凝土的改性效果越好。因硅粉由蒸汽冷凝而得，故其粉末呈完整的球狀，相對密度低 (2. 2 ～ 2.5g / ㎝ 3 ) ，表觀密度為 200 ～ 300kg /m 3 ，空隙率高達 90 ％以上；硅粉顆粒極細，比表面積為 1 5 ～ 25m 2 /g ，平均粒徑 0.1μm 左右，約為水泥的 1/100 ，屬納米級顆粒；硅粉主要成分是無定型的活性 SiO 2 , —般占 85 ％以上：硅粉燒失量一般小于 6 ％，火山灰活性指數多大于 85 ％。試驗用慕湖公司產硅粉的細度 (45μm 篩篩余 )3.7 ％，燒失量 0.49 ％，含水率 0.37 ％，活性指數 90.1 ％，化學成分見表 1 。
表 1 硅粉化學成分 %
|
SiO 2 |
Fe 2 O 3 |
Al 2 O 3 |
MgO |
CaO |
SO 3 |
K 2 O |
Na 2 O |
|
93.72 |
0.48 |
0.82 |
1.44 |
0.34 |
0.47 |
1.22 |
0.40 |
硅粉雖為工業廢料，對環境有嚴重污染，但摻入混凝土后，不僅能夠減少環境污染，還能顯著改善混凝土的性能。我國于 1985 年在四川漁子溪二級水電站廠房混凝土中首次試用硅粉混凝土 ( 硅粉摻量為 3 ％ -7 ％ ) ，達到了預期效果。之后，硅粉混凝土在我國范厝、安康、東風、二灘、小浪底、飛來峽、紫坪鋪等水利水電工程、大橋、高層建筑、高速公路路面等工程中應用，取得了明顯的技術經濟效益和社會效益。目前，硅粉已成為生產高強混凝土和高性能混凝土的重要原材料。
1 硅粉在混凝土中的作用機理
硅粉在混凝土中的作用機理，包含硅粉的火山灰效應和微填料效應。硅粉在混凝土中與水接觸后，部分小顆粒迅速溶解，并與水泥水化產生的 Ca(OH) 2 發生化學反應，生成水化硅酸鈣 (C — S — H) 凝膠，均勻分布于水泥顆粒之中，這就是硅粉的火山灰效應。由于 C — S — H 凝膠的強度高于水化產物 Ca(OH) 2 的強度，因此， C — S — H 凝膠的生成不僅提高了混凝土結構的密度，還有利于提高混凝土結構的強度。且因硅粉微粒極細，所以硅粉的火山灰反應往往在加入水泥或混凝土后的幾小時內就發生，大量試驗研究表明，在有硅粉存在的情況下，水泥水化早期產物中的 Ca(OH) 2 含量隨著齡期的延長變得越來越少，甚至完全反應。
硅粉替代水泥后，極細的球狀小顆粒將填充于水泥顆粒空隙之中，改善水泥顆粒級配和粒徑分布，使水泥漿體密實；硅粉二次水化產物又堵塞毛細管通道，使大孔和連通孔減少，水泥漿體更加密實。硅粉的這種物理填充和二次水化產物填充作用，稱為硅粉的微填料效應。因此，在硅粉的微填料效應和火山灰效應作用下，水泥漿體中早期水化產物 Ca(OH) 2 減少，結晶細化，混凝土內部的小孔增加，孔隙分布的均勻性提高，水泥漿與集料的粘結力增強，硅粉混凝土的物理力學性能和耐久性能均得到改善。
2 硅粉混凝土的基本物理力學性能
2 ． 1 新拌混凝土的和易性
硅粉的比表面積非常大，顆粒表面濕潤需要大量水分，使得新拌混凝土的大量自由水被硅粉粒子所約束，混凝土內部很難有多余的水分溢出：另一方面，硅粉微粒堵塞了新拌混凝土向毛細孔。所以，在混凝土中摻入硅粉，混凝土的粘聚性和保水性提高，但流動度大大降低，且流動度降低值一般隨著硅粉用量的增加而增大。硅粉對水泥標準稠度的影響見表 2 。
表 2 硅粉對水泥標準稠度的影響
|
序 號 |
硅酸鹽水泥摻量／％ |
硅粉摻量／％ |
標準稠度 % |
|
A1 |
100 |
0 |
22.75 |
|
A2 |
90 |
10 |
30.55 |
從表 2 中看出，摻入硅粉使硅酸鹽水泥的標準稠度用水量明顯增大。有研究認為保持流動性不變，每立方米混凝土中每加入 1 ㎏硅 粉，需要增加 1 ㎏ 用水量。因此，為了保證硅粉混凝土的強度和必需的流動性，在混凝土中摻入硅粉的同時，必須摻加高效減水劑。一般國內多用萘系高效減水劑，摻量在 1 ％左右。高強混凝土生產中，為降低水灰比，有時減水劑摻量達到 2 ％ -3 ％。
2 ． 2 硅粉混凝土的強度
粉煤灰、硅粉共摻等量取代水泥，硅粉混凝土的抗壓強度 ( 試驗中外摻減水劑 1.0 ％，水灰比為 0.50) 試驗結果見表 3 。
表 3 粉煤灰、硅粉共摻混凝土的抗壓強度
|
試樣號 |
水泥 /% |
粉煤灰 /% |
硅粉 /% |
抗壓強度 /Mpa |
|
7d |
28d |
90d |
|
B1 |
100 |
0 |
0 |
24.9 |
33.8 |
39.1 |
|
B2 |
90 |
0 |
10 |
30.1 |
47.9 |
54.5 |
|
B3 |
65 |
30 |
0 |
18.0 |
27.7 |
36.8 |
|
B4 |
65 |
30 |
5 |
20.7 |
36.9 |
41.9 |
注：水泥為 52.5 硅酸鹽水泥 ; 粉煤灰為Ⅱ級 ; 骨料為人工碎石料 ; 混凝土坍落度為 3 ～ 7 ㎝。
根據表 3 分析可知： (1) 混凝土中摻入 10 ％的硅粉等量取代水泥，混凝土 7 、 28 、 90d 的抗壓強度分別提高 21 ％、 42 ％、 39% 。研究還表明，硅粉混凝土的強度發展稍慢，硅粉對混凝土強度發展的作用主要在 3 ～ 28d ，但適量的硅粉將使混凝土的絕對強度大大提高。在硅粉摻量 20 ％以內，混凝土的強度一般隨著硅粉摻量的增加而提高；摻量超過 20 ％時，硅粉對混凝土強度的貢獻率明顯下降，甚至不再隨硅粉摻量的增大而增加。 (2) 比較 B3 和 B4 在摻入 30 ％粉煤灰和 5 ％硅粉的混凝土抗壓強度比單摻 30 ％粉煤灰的混凝土提高。因為在混凝土中同時摻入粉煤灰和硅粉后，水泥、粉煤灰、硅粉 3 種粉體材料的粒徑處于不同的數量級，優化了顆粒級配，更加有助于填充集料間空隙，并能與水泥水化產物 Ca(OH) 2 充分反應，生成 C — S--H 凝膠，增大 C-S-H 凝膠的數量和體積，減少 Ca(OH) 2 的數量。克服了單摻粉煤灰混凝土早期強度低和單摻硅粉混凝土后期強度發展緩慢的缺陷，并能獲得更好的和易性，使粉煤灰與硅粉達到“優勢互補”，進一步改善混凝土的性能，獲得較好的早期強度、后期強度、施工性能和耐久性能。
2.3 硅粉混凝土的干縮性
在混凝土中加入硅粉后，由于硅粉的微填料效應，硅粉自身吸水率大，新拌混凝土的泌水量大大減少，且硅粉混凝土早期水化反應加快，早期強度提高，彈性模量增大，而徐變和應力松弛減小。因此，硅粉混凝土發生塑性開裂 ( 多在混凝土澆筑抹面后至混凝土終凝前 ) 和出現早期 (28d 前 ) 收縮裂縫的機會較普通混凝土大大增多，且隨著硅粉摻量的增大而增大，而后期 (60d 以后 ) 因硅粉混凝土孔隙細小、結構致密、水分遷移困難、體積變化趨勢相對平緩，其收縮量與普通混凝上相近或減小。
高小建等的研究還表明，外摻硅粉不僅使混凝土表面出現裂縫的時間提前，而且裂縫貫穿整個混凝土表面所需的時間縮短，最終裂縫條數、裂縫總長度、開裂面積、最大開裂寬度增加。例如，當水分蒸發速度達 0.5kg /(m 2 · h) 以上時，硅粉混凝土極有可能發生塑性開裂，而普通混凝土這一限值可達到 1.0kg ／ (m 2 · h) 。有資料表明，摻有硅粉的混凝土 , 7d 齡期的干縮值為普通混凝土的 2 倍左右， 且占全部干縮值的 30 ％～ 45 ％。飛來峽和黃河小浪底水利工程的施工中得出，硅粉混凝土出現塑性開裂和早期干縮的機率比普通混凝土高得多。因此，在高氣溫、低濕度、高風速情況下澆筑硅粉混凝土，應特別注意防范混凝土產生塑性開裂和早期收縮。
2 ． 4 硅粉混凝土的熱學性能
在混凝土中加入硅粉后，通常 3d 前的水化速度和溫度升高加快，熱峰提前出現，但混凝土的最終水化熱比普通混凝土下降，絕熱溫升值有所降低，特別是在水灰比較低時更顯著。這對減少大體積混凝土內部溫升引起的開裂非常有利。試驗表明，水灰比為 0.35 、水泥摻量 77 ％、粉煤灰摻量為 23 ％或 15 ％、膠材總量為 213 kg /m 3 的混凝土，摻 8 ％硅粉與不摻硅粉的混凝土相比， 28d 的抗壓強度提高 9 ％， 3d 前的絕熱溫升速度加快 ,3d 之后的絕熱溫升速度趨同，最高絕熱溫升值降低 2.3 ℃ 。
3 硅粉混凝土的耐久性
混凝土的耐久性包括抗滲性、抗凍性、抗磨蝕性、抗化學浸蝕性、抑制堿骨料反應能力等。國內外研究證明，在混凝土中加入硅粉，對改進混凝十的耐久性大有幫助。
3 ． 1 抗滲性與抗凍性
混凝土中摻入硅粉后，混凝土的抗滲性能顯著提高，比對混凝土的增強作用更大。在強度相等的情況下，硅粉混凝土的抗滲能力比不摻硅粉的混凝土提高約 1 倍。
在水泥用量為 100kg /m 3 的混凝土中摻入 10 ％的硅粉，其滲透系數可從 1. 6 × 10 -7 m /s 減至 4 × 10 -10 m /s, 改善后混凝土的滲透性相當于水泥用量為 40 0 ㎏ /m 3 的普通混凝土。南京水利科學研究院曾對摻與不摻硅粉的混凝土分別加壓 12MP 阿維持 24h 后劈開試件檢測其滲水高度，不摻硅粉與摻 5 ％、 10 ％硅粉混凝土的滲水高度分別為 9.5mm 、 5.2mm 、 4.8mm 。
由于硅粉的微填料效應，摻入硅粉的混凝土，密實度增強，抗滲能力提高，抗凍能力改善。試驗表明，膠凝材料用量為 21 6 ㎏ /m 3 、摻 40 ％粉煤灰和 0.004 ％引氣劑的混凝土，抗凍融循環僅達到 50 次；而原材料品種相同，膠凝材料用量為 23 6 ㎏ /m 3 ，摻 35 ％粉煤灰、 5 ％硅粉和 0.006 ％引氣劑的混凝土，抗凍融循環達到 350 次。
3 ． 2 抗磨蝕性
表 4 列出了東風拱壩中孔邊墻混凝土 CI 和粉煤灰、硅粉共摻混凝土 C2 的抗磨蝕性能。
表 4 混凝土的抗磨蝕性能
|
試樣 |
水泥 % |
粉煤灰 % |
硅粉 % |
28d 抗壓強度／ MPd |
抗沖磨強度
相對倍數 |
抗空蝕強度
相對倍數 |
|
CA |
77 |
23 |
0 |
58 ． 0 |
0.744 |
7.61 |
|
C2 |
77 |
15 |
8 |
63 ． 3 |
0.996 |
21.30 |
從表 4 看出，在混凝土中摻入硅粉后，混凝土試樣的抗磨蝕能力提高。同未摻硅粉的混凝土試樣 CI 相比，硅粉混凝土的抗空蝕能力一般提高 1.8 倍左右，抗沖磨能力提高近 0.3 倍。另有試驗表明，隨著硅粉摻量的增加，混凝土的抗磨蝕能力提高。但當硅粉摻量大于 20 ％時，混凝土的強度和抗磨蝕能力不再隨著硅粉摻量的增加而增加，甚至開始下降。
3 ． 3 抗化學侵蝕性
硫酸鹽以離子形式擴散到混凝土中與其中的 Ca(OH) 2 反應，形成鈣礬石膨脹，使硬化混凝土產生破壞。混凝土中摻入硅粉可明顯降低混凝土滲透性及減少游離 Ca(OH) 2 , 有效抵抗 SO 4 2- 、 CI - 的滲透，減少 CI - 侵入混凝土后腐蝕鋼筋產生順筋裂縫，從而提高混凝土抗侵蝕性。這一優越性對海工混凝土極有益。表 5 是應用電通量實驗計算出不同配合比混凝土中的 CI - 擴散系數。實驗采用普通 52.5 硅酸鹽水泥和 FDN-5 減水劑。
表 5 不同配合比的混凝土中 CI - 擴散系數
|
試樣 |
混凝土配合比
m （水泥） :m （砂） :m （石） :m （減水劑） |
粉煤灰 /% |
硅粉 /% |
擴散系數(× 10 - 8 ㎡ /s) |
|
D1 |
1 ： 1.59:2..39:0.35 |
0 |
0 |
7.51 |
|
D2 |
1:1.57:2.57:0.35 |
40 |
0 |
6.24 |
|
D3 |
1:1.56:2..25:0.35 |
0 |
4 |
1.84 |
|
D4 |
1:1.55:2.23:0.35 |
0 |
5 |
1.15 |
|
D5 |
1:1.56:2.41:0.35 |
35 |
5 |
1.59 |
從表 5 看出，單摻硅粉的混凝土擴散系數最小，說明硅粉混凝土能有效抵抗 CI - 侵蝕。 Detwiler 等的研究還證明，隨著時間的延長， CI - 滲透的能力大幅度降低。
3 ． 4 硅粉對混凝土堿骨料反應的抑制作用
水泥中的堿性氧化物 (Na 2 O 、 K 2 O) 與骨料中的 SiO 2 發生化學反應，在骨料表面生成復雜的堿 - 硅酸凝膠，這種凝膠吸水后產生很大的體積膨脹 ( 可增大 3 倍以上 ) ，從而引起混凝土脹裂破壞。硅粉加入混凝土后，對堿骨料反應有明顯的預防控制作用。因為硅粉微粒改善了水泥膠結材料的密封性，混凝土內部小孔多且均勻，極細的硅粉微粒表面又吸附了混凝土內部有限的自由水，從而減少了水分通過漿體的運動速度，使堿骨料反應必需的水分減少，抑制了堿骨料反應。在混凝土中添加 5 ％ -10 ％的硅粉，混凝土的膨脹量可減少 10 ％ -20 ％。—般添加 10 ％的硅粉，即可充分控制堿骨料反應。
4 硅粉混凝土的主要用途
硅粉的超細度和高含量的無定型 SiO 2 ，使其在混凝土中微集料效應和高火山灰效應發揮得淋漓盡致。除了顯著改善混凝土的物理力學性能外，幾乎對混凝土耐久性的所有方面都有幫助，尤其在配制 C80 以上的高強混凝土和高性能混凝土，以及配制特殊環境條件下的高耐久性混凝土 ( 如水工抗沖耐磨混凝土、海工混凝土等 ) ，使用硅粉通常是取得良好技術經濟效益的有效途徑。
4 ． 1 水工抗沖耐磨混凝土
磨損沖擊和空蝕破壞是水電站泄水建筑物常見的工程病害之一。尤其是當水流流速很高、水流中加帶砂石等磨損介質時，這種破壞更為嚴重。如水電站沖砂閘、泄水孔、溢洪道等部位的混凝土，往往承受高速水流沖刷和氣蝕作用，易遭受磨蝕破壞，且修補困難。工程實踐表明，在這些地方使用硅粉混凝土能夠解決這一問題。例如，貴州東風水電站拱壩泄水中孔 ( 兼作排砂孔 ) ，設計泄水量為 580m 3 /s ，平均流速為 36.83m /s ， 1993 年 2 月使用 : 水泥 275 ㎏、粉燥灰 53 ㎏、硅灰 29 ㎏、，中石 68 2 ㎏ 、小石 55 8 ㎏ 、砂 728 ㎏、水 12 5 ㎏ ，摻入復合外加劑 1 ％，水灰比為 0.35 ，在該部位澆筑硅粉混凝土代替鋼襯。從 1994 年 8 月投入使用至今，該部位多次承受高速水流沖刷，硅粉混凝土表而仍完好無損，抗沖耐磨效果良好。
4 ． 2 海工混凝土
長期受海水浸泡的海工鋼筋混凝土，很容易遭受 CI - 滲透而引起鋼筋銹蝕破壞。為此 ,2004 年建成的主要服務于上海洋山港國際深海集裝箱碼頭工程的東海大橋，其橋墩基礎最初計劃采用環氧樹脂作保護層來防止鋼筋銹蝕。后來考慮環氧樹脂的使用壽命、成本、抵抗 CI - 滲透能力等不利因素，而改用摻硅粉、礦渣粉、粉煤灰等摻和料來提高混凝土的抗 CI - 滲透能力。杭州灣跨海大橋工程、蘇通江海大橋工程等同樣使用硅粉來提高混凝土的抗 CI - 滲透能力。實踐證明，混凝土中摻入硅粉，能夠提高混凝土的抗 CI - 滲透能力，減少鋼筋的銹蝕。
4 ． 3 高強混凝土
高強混凝土多指抗壓強度高于 50MPa 的混凝土 , 主要用于城市高層建筑和大跨度橋梁。如美國芝加哥 一幢 77 層高的大樓，下部 1/3 采用 C80 高強硅粉混凝土后，使柱子斷面尺寸由原來 C30 混凝土的 7 0 ㎝× 7 0 ㎝ 減小到 42. 5 ㎝× 42.5 ㎝ ，截面積減小 63 ％；不僅節約成本，還大大增加了使用空間。目前利用外摻硅粉和高效減水劑技術，可以配制 C110 高強和高流動性混凝土。
4 ． 4 公路混凝土
利用硅粉的微填料效應和火山灰效應，在路面混凝土中適當摻加硅粉 , 可顯著提高混凝土的路面性能，包含提高抗折強度、疲勞強度、耐磨強度等。而且，在相同設計使用年限下 , 硅粉混凝土路面的投資比普通混凝土路面降低 11 ％左右，維護費用出減少，具有明顯技術經濟效益和環境效益。利用硅粉混凝土修復混凝土路面，還可充分發揮硅粉混凝土早期強度高的優點 , 縮短路面修復引起的交通中斷時間。
4 ． 5 噴射混凝土
在混凝土中摻入硅粉后，能夠顯著提高塑性混凝土的粘附性和凝聚性 , 大幅度降低混凝土的回彈量，增大噴射混凝土的一次成型厚度 , 縮短工期。在歐美國家， 75 ％的噴射混凝土都摻入硅粉。
5 硅粉混凝土的應用技術要點
5 ． 1 硅粉的適宜摻量
當硅粉摻量顯著增加時，硅粉對混凝土的強度貢獻率下降 ( 也稱效率指數下降 ) 。有實驗表明，當硅粉取代水泥大于 20 ％時，其效率指數顯著降低；當大于 30% 時，混凝土的強度反而下降，混凝土出現塑性開裂和早期收縮裂縫的風險加大，并且，當硅粉摻量過高時，新拌混凝土變得非常黏稠，施工振實難度也增大。由于硅粉產量有限，價格達 250 0 ～ 4000 元 /t ，硅粉摻量加大，還會增加混凝土的成本。因此，在實際工程中，混凝土硅粉摻量一般為 5 ％～ 15 ％。
5 ． 2 硅粉必須同高效減水劑結合使用
在混凝土中摻入硅粉，必須同時摻入高效減水劑，才能保障混凝土必需的流動性和硅粉對混凝土的增強作用。但應特別注意高效減水劑與混凝土中其它材料的適應性。因此，必須結合工程特點和擬用原材料的性質，通過試拌混凝土實驗確定硅粉、外加劑和其它膠凝材料的摻量及相應的相對最佳混凝土配合比。另外，高效減水劑加入低水灰比的硅粉混凝土，當硅粉摻量較大或環境溫度較高時，混凝土的坍落度損失會加快。因此，對運輸距離較長或采用泵送混凝土施工的硅粉混凝土，應控制硅粉摻量或添加緩凝劑。
5 ． 3 硅粉混凝土的拌和與運輸
高等級硅粉混凝土很黏稠，拌合時采用強制式拌合機，攪拌時間應比普通混凝土延長 30~60s; 從拌合機出料后，應盡量縮短運輸時間，及時入倉攤鋪、振搗，努力減少坍落度損失。
5 ． 4 硅粉混凝土的養護
工程實踐表明，千方百計控制硅粉混凝土的裂縫是硅粉混凝土施工的關鍵。為此，硅粉混凝土的養護要比普通混凝土提前。混凝土澆筑完畢后終凝前，必須立即用噴霧方法來減少水分蒸發或采用塑料薄膜覆蓋或噴灑混凝土養護劑養護，保持混凝土表而濕潤，但不宜出現水流和可見水滴；混凝土終凝后，應繼續覆蓋塑料薄膜或噴灑養護劑或在表面覆蓋濕透的草袋并灑水養護，使混凝土始終處于潮濕狀態，養護時間宜不少于 28d 。南京水利科學研究院林寶玉、吳紹章曾研究了減少硅粉混凝土塑性開裂和早期干縮的措施，包含延長混凝土潮濕養護時間、將硅粉制成漿劑、摻用膨脹劑、保水劑等。這些措施應用于工程后，均產生了很好的效果。
6 結 語
由于硅粉混凝土具有優良的物理力學性能和耐久性能，硅粉已成為水利工程、交通工程、海港工程、建筑工程、耐火材料等行業的重要摻合料，成為現代高性能混凝土的關鍵組分，在工程建設領域發揮著越來越重要的作用。但由于硅粉資源有限，價格昂貴，開展采用部分硅粉與其它工業廢料合成復合摻合料來配制高性能混凝土的研究工作，既有利于降低混凝土生產成本，也有利于環境保護和國民經濟可持續發展。 | 
