【Q&A】硅灰在混凝土中的应用
在过去的四十年中,硅灰作为混凝土的改性材料受到行业的广泛重视。因为在混凝土中掺加少量硅灰或以硅灰取代部分水泥,结合应用减水剂或高效减水剂,混凝土各方面物理力学性能都能得到显著的改善。同时,可持续发展和循环经济观念的普及与贯彻实施,大力推动了硅灰的应用,昔日的工业废物,变成今日改善混凝土性能的高价值矿物掺合料,硅灰在混凝土中的应用可以称作是一个循环经济的典范。
针对硅灰在混凝土中的应用相关问题,我们推出《Q&A硅灰在混凝土中的应用》系列问答文章。
Q
对于混凝土应用,硅灰有哪些主要质量指标?
A:硅灰的SiO2含量、烧失量(包括碳C含量)和细度被认为是最主要质量指标。有效成分SiO2含量越高,硅灰的活性越高,同时其它非SiO2杂质含量相对就低。硅灰的C在混凝土中会吸附部分外加剂如引气剂等,增加外加剂消耗量,因此C含量应控制在尽可能低的水平。硅灰的细度关系到其活性,同时能反映收尘过程中进入硅灰的杂质量,故也需受到控制。虽然各个硅灰产品的国家或国际标准,对硅灰质量关心的内容有一定差异,但基本都包含下列要求:
·SiO2含量≥85% (保证有效成分SiO2的含量)
·烧失量≤4~6% (控制C含量和有机物含量)
·含水量≤3% (保证SiO2的活性没有受到影响)
·45mm筛余量≤10% 或比表面积≥15000m2/kg (控制粗颗粒含量和混入的杂质量)
·火山灰活性指数 7天≥85~95% 或28天≥85~105% (确认硅灰与水泥能良好地共同工作)
Q
硅灰有多细,即多大粒径、多大比表面积或多少目?如何测试?
A:硅灰单体颗粒的粒径分布主要在0.01~0.5µm(或10~500nm)范围。在硅灰产生过程,即从气态SiO凝聚成固体SiO2球状颗粒的过程,硅灰单体颗粒往往容易粘附在一起,形成颗粒串或颗粒团状态。用扫描电子显微镜计数统计所测得单体颗粒粒经平均粒径在0.1~0.15µm的范围。采用激光粒度分析方法测试硅灰得到的平均粒径在0.4~0.5µm的范围。这两种方法测试结果的差异缘于测试方法的不同:电镜法能分辨单体颗粒,而激光法则无法分辨单体颗粒,所测定的实际上是粘附在一起的颗粒串或团的粒径。
硅灰细度的最常用表达方式为比表面积。硅灰的比表面积介于13000~30000m2/kg之间,平均为20000m2/kg,比水泥(300~400m2/kg)和粉煤灰(400~700m2/kg)要大的多。在直观的概念上来说,50kg硅灰颗粒表面积总和就达到一平方公里左右。透气法不适合于测试硅灰比表面积,需要用氮吸附法(BET)测试。
对于粉状材料,人们习惯于用“通过多少目筛孔”或简称“达到多少目”来评价细度。硅灰的最大颗粒尺寸(除混入的杂质颗粒外),一般小于1µm,因此最大颗粒也可达到10000目的细度;而硅灰的平均颗粒(0.15µm)则远远比10000目细,不宜用筛孔的目数来评价硅灰的细度,因为没有这么细(10000目以上)的筛网;即便有这样细的筛网,如此细小颗粒过筛也十分困难。在部分硅灰标准的质量指标中,有45µm(即325目筛)筛余的指标要求。进行45µm筛余试验,必须借助水流冲洗,硅灰才能较通畅地过筛,因此该试验也称‘水筛’。需要指出,45µm筛余试验的主要目的不是测试硅灰细度,而是评价硅灰中混入的杂质颗粒含量,因为绝大多数杂质的颗粒尺寸都大于45µm,同时用325目筛进行水筛试验的操作较简单方便。顺便提醒:按水泥生产的惯例,用筛余量评价颗粒粗细程度时,筛余量大表明颗粒粗,称作细度大;筛余量小表明颗粒细,称作细度小。现在为了避免用户误解,水泥厂不再使用细度大或小的评价,而称作细度粗、细度细。在水泥混凝土行业,所有用筛析法表示粉细料粗细程度时,均应遵循此规则。
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