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【摘 要】 随着我国国民经济的快速发展，国内大规模基础设施的建设也拉开了序幕，各类混凝土工程越来越多。本文重点说明了硅粉和粉煤灰双掺在混凝土中应用的优势，硅粉和粉煤灰对混凝土的各种影响情况做一些细致的探讨和阐述，以供参考。
【关键词】 粉煤灰；硅粉；抗压强度；高性能混凝土
引言：
粉煤灰的特性是火山灰活性较低，在常温下即使水泥水化产物中有足够的Ca（OH）2，其火山灰反应仍很慢，因此在考虑利用粉煤灰来减少水泥用量时，会导致混凝土的早期强度发展较慢。而硅粉则是一种活性较高的超细粉末，无定形的SiO2含量可高达90%，其粒径约为水泥的1%，由于其微集料填充作用和火山灰效应，能提高混凝土的早期强度，但后期强度增长不快。若能充分利用二者的优点，就可改善混凝土的结构和性能，使混凝土具有较高早期强度的同时，保证后期强度的较快增长。
一、硅粉和粉煤灰双掺技术的优势
应用粉煤灰以及硅粉的技术在混凝土中越来越成熟，在改善混凝土一些性能的同时，混凝土中掺入粉煤灰也会将混凝土最初的强度降低。可以在添加粉煤灰的同时加入一定量的硅粉，来有效的改善这种情况，其火山灰反应得到提高，增加整体细微颗粒之间的化学反应，硅粉具有水硬性的特性，对混凝土的效能也能很好的改善。经过一定比例的双掺后，粉煤灰和硅粉这种双掺是有目标的使两者取长共同发挥自己的优点，展现独自单掺不能够实现的优点。双掺后混凝土各项性能有效的提高，例如对和易性的提高；同时混凝土的坍落度损失还可以降低；使混凝土结构即使硬化后也很密封结实，混凝土早期和后期强度都能得到提高，有效解决化学腐蚀这个顽疾，产生的效果也会更显著。
二、试验概述
（一）试验方案
C50高性能混凝土的基准配合比设计采用陈建奎提出的全计算法进行计算。在此基准配合比上，选取粉煤灰掺量为10%、15%、20%、25%，硅粉掺量为3%、6%、9%、12%，通过不同组合来进行试验，试验方案见表1。该试验方案中粉煤灰和硅粉用量为等量取代水泥用量。
（二）试验方法
HPC立方体试件的浇筑、养护和抗压强度试验按照DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》进行，试件尺寸为150mm×150mm×150mm。试件浇筑完成后24h内脱模，进行标准养护，到试验龄期时，从标准养护室取出试件，进行抗压强度试验。
（三）试验材料
水泥采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥，性能指标见表2；粉煤灰等级为Ⅰ级，性能指标见表3；硅粉的SiO2含量为92%；细骨料为河砂，细度模数为2.8；粗骨料为石灰岩碎石，颗粒级配符合5.0～20.0mm的连续级配。
三、結果与讨论
（一）粉煤灰、硅粉对水泥净浆用水量的影响
按照操作规程，测定单掺不同粉煤灰、硅粉掺量及双掺掺量下的水泥标准稠度用水量，结果见表4。
表4 粉煤灰、硅粉水泥净浆标准稠度用水量
由表4可知：①当单掺粉煤灰的用量由15%增大到30%时，需水量仅由29.67%增长到30.33%，即水泥净浆的用水量随着单掺粉煤灰用量的增加而略有增多，但增长趋势不明显；而当单掺硅粉的用量由15%增大到30%时，需水量由31.67%迅速增大到42%，这说明单掺硅粉水泥的用水量随硅粉掺量的增加而急剧增多，增长趋势明显；②随着双掺（粉煤灰+硅粉）水泥净浆中硅粉掺量的减少和粉煤灰用量的增加，粉煤灰/硅粉水泥的用水量整体呈下降趋势。
（二）粉煤灰、硅粉用量对水泥净浆强度的影响
确定实验水灰比。选用0.5水灰比和标准稠度用水量时的粉煤灰水泥强度进行比较，结果见图1。
由图1可知，当标准稠度用水量时，粉煤灰水泥3d抗压强度都大于0.5水灰比时的强度，且强度曲线存在起伏，即有最大值；而0.5水灰比时，强度随着粉煤灰掺量的增加而持续降低。因此，强度实验中将使用标准稠度用水量作为粉煤灰、硅粉水泥强度实验中的水灰比。
单掺粉煤灰水泥、单掺硅粉水泥的最佳掺量确定不同掺量下粉煤灰、硅粉水泥的小型试件3d抗压强度的实验结果见图2、图3。
由图2可知，3d抗压强度中，粉煤灰水泥在15%粉煤灰掺量时取得最大值，但略小于基准水泥；硅粉水泥在5%硅粉掺量时达到最大值，并高于基准水泥；并且，硅粉水泥的强度普遍高于粉煤灰水泥。
由图3可知，掺入10%粉煤灰和10%硅粉时，水泥净浆试件的3d抗压强度值最大。同时，观察到，水泥净浆加入硅粉后凝结时间缩短，加入粉煤灰后则增长。
因此，水泥净浆中粉煤灰的最佳掺量为15%，硅粉为5%，复掺的最佳掺量为10%粉煤灰和10%硅粉。
（三）单掺粉煤灰对HPC抗压强度的影响
单掺粉煤灰对HPC抗压强度的影响见图4。
由图4可以看出，随着养护时间的延长，混凝土的抗压强度也不断增长。混凝土3d的抗压强度随着粉煤灰掺量的增加而减小，但7、28、90d的混凝土抗压强度都呈现出先增大后减小的趋势。
3d时，粉煤灰掺量越大，其强度降低得就越多，25%粉煤灰掺量时抗压强度只有41.3MPa。掺入大量的粉煤灰，减少了水泥用量，使混凝土前期水泥的水化速度变慢，从而导致其前期强度较低。7d时，粉煤灰HPC的抗压强度增长幅度基本上是不掺粉煤灰抗压强度增长幅度的2倍，10%粉煤灰掺量的HPC抗压强度已经比不掺的要高了。28d时，掺粉煤灰的强度增长较多，弥补了前期的强度损失。可以看出在小掺量的情况下，粉煤灰混凝土28d抗压强度与不掺粉煤灰的相当。90d掺粉煤灰的抗压强度增长幅度巨大，其抗压强度都超过不掺的。说明粉煤灰对混凝土后期强度的增长贡献较大。
粉煤灰具有显著的活性效应，粉煤灰中的活性成分能与水泥水化产物Ca（OH）2发生火山灰反应，生成C-S-H凝胶，使界面粘结强度得到相应提高；前期水泥水化产物少，粉煤灰参与二次化学反应的就少，导致了其前期粉煤灰HPC抗压强度比基准的低；后期随着水泥水化产物的不断增多，促进和加速了火山灰反应，大幅提高了掺粉煤灰HPC后期强度的增长幅度。
（四）单掺硅粉对HPC抗压强度的影响
单掺硅粉对HPC抗压强度的影响见图5。
由图5可以看出，随着硅粉掺量的增加，3d的抗压强度呈现出先降低后增加的趋势，而7、28、90d的HPC抗压强度都呈现出一直增大的趋势。
掺硅粉的3dHPC的抗压强度比不掺硅粉的要低。硅粉颗粒的粒径比水泥粒径小得多，不能形成良好的颗粒级配，使混凝土前期不密实，并且前3d硅粉参与水泥水化二次反应的少，造成混凝土强度降低。7d和28d时，掺硅粉HPC的抗压强度增长幅度比基准配合比大，并且掺硅粉HPC的抗压强度都比不掺硅粉的要高。随着养护时间的延长，硅粉大量参与水泥水化二次反应，不仅提高了水泥浆体的强度，还使前期浆体的孔径变得更小，混凝土更密实，也提高了HPC抗压强度。90d时，掺硅粉的HPC抗压强度有了较大的提高，随硅粉掺量的增大，抗压强度增长幅度也增大。随着硅粉在胶体与骨料界面上生成C-H-S晶体不断增多，减少了大晶格的Ca（OH）2晶体和钙钒石的数量，有利于提高粘结并阻止裂纹扩展。
四、结束语
总之，硅粉和粉煤灰作为混凝土中非常高效的矿物掺合料，掺入硅粉和粉煤灰，混凝土的成本可以得到明显的降低，同时混凝土强度可以大幅度改善，有效提高混凝土的耐久性能。所以，在混凝土硅粉和粉煤灰双掺后好处明显强增加，可以最终得到低成本和高性能的混凝土。
参考文献：
[1]周美茹.矿渣粉对混凝土耐久性的影响[J].混凝土，2007，（3）：58-62.
[2]马艳芳，李宁，常钧.硅粉性能及其再利用的研究进展[J].无机盐工业，2009（10）：8-10.
【关键词】 粉煤灰；硅粉；抗压强度；高性能混凝土
引言：
粉煤灰的特性是火山灰活性较低，在常温下即使水泥水化产物中有足够的Ca（OH）2，其火山灰反应仍很慢，因此在考虑利用粉煤灰来减少水泥用量时，会导致混凝土的早期强度发展较慢。而硅粉则是一种活性较高的超细粉末，无定形的SiO2含量可高达90%，其粒径约为水泥的1%，由于其微集料填充作用和火山灰效应，能提高混凝土的早期强度，但后期强度增长不快。若能充分利用二者的优点，就可改善混凝土的结构和性能，使混凝土具有较高早期强度的同时，保证后期强度的较快增长。
一、硅粉和粉煤灰双掺技术的优势
应用粉煤灰以及硅粉的技术在混凝土中越来越成熟，在改善混凝土一些性能的同时，混凝土中掺入粉煤灰也会将混凝土最初的强度降低。可以在添加粉煤灰的同时加入一定量的硅粉，来有效的改善这种情况，其火山灰反应得到提高，增加整体细微颗粒之间的化学反应，硅粉具有水硬性的特性，对混凝土的效能也能很好的改善。经过一定比例的双掺后，粉煤灰和硅粉这种双掺是有目标的使两者取长共同发挥自己的优点，展现独自单掺不能够实现的优点。双掺后混凝土各项性能有效的提高，例如对和易性的提高；同时混凝土的坍落度损失还可以降低；使混凝土结构即使硬化后也很密封结实，混凝土早期和后期强度都能得到提高，有效解决化学腐蚀这个顽疾，产生的效果也会更显著。
二、试验概述
（一）试验方案
C50高性能混凝土的基准配合比设计采用陈建奎提出的全计算法进行计算。在此基准配合比上，选取粉煤灰掺量为10%、15%、20%、25%，硅粉掺量为3%、6%、9%、12%，通过不同组合来进行试验，试验方案见表1。该试验方案中粉煤灰和硅粉用量为等量取代水泥用量。
（二）试验方法
HPC立方体试件的浇筑、养护和抗压强度试验按照DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》进行，试件尺寸为150mm×150mm×150mm。试件浇筑完成后24h内脱模，进行标准养护，到试验龄期时，从标准养护室取出试件，进行抗压强度试验。
（三）试验材料
水泥采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥，性能指标见表2；粉煤灰等级为Ⅰ级，性能指标见表3；硅粉的SiO2含量为92%；细骨料为河砂，细度模数为2.8；粗骨料为石灰岩碎石，颗粒级配符合5.0～20.0mm的连续级配。
三、結果与讨论
（一）粉煤灰、硅粉对水泥净浆用水量的影响
按照操作规程，测定单掺不同粉煤灰、硅粉掺量及双掺掺量下的水泥标准稠度用水量，结果见表4。
表4 粉煤灰、硅粉水泥净浆标准稠度用水量
由表4可知：①当单掺粉煤灰的用量由15%增大到30%时，需水量仅由29.67%增长到30.33%，即水泥净浆的用水量随着单掺粉煤灰用量的增加而略有增多，但增长趋势不明显；而当单掺硅粉的用量由15%增大到30%时，需水量由31.67%迅速增大到42%，这说明单掺硅粉水泥的用水量随硅粉掺量的增加而急剧增多，增长趋势明显；②随着双掺（粉煤灰+硅粉）水泥净浆中硅粉掺量的减少和粉煤灰用量的增加，粉煤灰/硅粉水泥的用水量整体呈下降趋势。
（二）粉煤灰、硅粉用量对水泥净浆强度的影响
确定实验水灰比。选用0.5水灰比和标准稠度用水量时的粉煤灰水泥强度进行比较，结果见图1。
由图1可知，当标准稠度用水量时，粉煤灰水泥3d抗压强度都大于0.5水灰比时的强度，且强度曲线存在起伏，即有最大值；而0.5水灰比时，强度随着粉煤灰掺量的增加而持续降低。因此，强度实验中将使用标准稠度用水量作为粉煤灰、硅粉水泥强度实验中的水灰比。
单掺粉煤灰水泥、单掺硅粉水泥的最佳掺量确定不同掺量下粉煤灰、硅粉水泥的小型试件3d抗压强度的实验结果见图2、图3。
由图2可知，3d抗压强度中，粉煤灰水泥在15%粉煤灰掺量时取得最大值，但略小于基准水泥；硅粉水泥在5%硅粉掺量时达到最大值，并高于基准水泥；并且，硅粉水泥的强度普遍高于粉煤灰水泥。
由图3可知，掺入10%粉煤灰和10%硅粉时，水泥净浆试件的3d抗压强度值最大。同时，观察到，水泥净浆加入硅粉后凝结时间缩短，加入粉煤灰后则增长。
因此，水泥净浆中粉煤灰的最佳掺量为15%，硅粉为5%，复掺的最佳掺量为10%粉煤灰和10%硅粉。
（三）单掺粉煤灰对HPC抗压强度的影响
单掺粉煤灰对HPC抗压强度的影响见图4。
由图4可以看出，随着养护时间的延长，混凝土的抗压强度也不断增长。混凝土3d的抗压强度随着粉煤灰掺量的增加而减小，但7、28、90d的混凝土抗压强度都呈现出先增大后减小的趋势。
3d时，粉煤灰掺量越大，其强度降低得就越多，25%粉煤灰掺量时抗压强度只有41.3MPa。掺入大量的粉煤灰，减少了水泥用量，使混凝土前期水泥的水化速度变慢，从而导致其前期强度较低。7d时，粉煤灰HPC的抗压强度增长幅度基本上是不掺粉煤灰抗压强度增长幅度的2倍，10%粉煤灰掺量的HPC抗压强度已经比不掺的要高了。28d时，掺粉煤灰的强度增长较多，弥补了前期的强度损失。可以看出在小掺量的情况下，粉煤灰混凝土28d抗压强度与不掺粉煤灰的相当。90d掺粉煤灰的抗压强度增长幅度巨大，其抗压强度都超过不掺的。说明粉煤灰对混凝土后期强度的增长贡献较大。
粉煤灰具有显著的活性效应，粉煤灰中的活性成分能与水泥水化产物Ca（OH）2发生火山灰反应，生成C-S-H凝胶，使界面粘结强度得到相应提高；前期水泥水化产物少，粉煤灰参与二次化学反应的就少，导致了其前期粉煤灰HPC抗压强度比基准的低；后期随着水泥水化产物的不断增多，促进和加速了火山灰反应，大幅提高了掺粉煤灰HPC后期强度的增长幅度。
（四）单掺硅粉对HPC抗压强度的影响
单掺硅粉对HPC抗压强度的影响见图5。
由图5可以看出，随着硅粉掺量的增加，3d的抗压强度呈现出先降低后增加的趋势，而7、28、90d的HPC抗压强度都呈现出一直增大的趋势。
掺硅粉的3dHPC的抗压强度比不掺硅粉的要低。硅粉颗粒的粒径比水泥粒径小得多，不能形成良好的颗粒级配，使混凝土前期不密实，并且前3d硅粉参与水泥水化二次反应的少，造成混凝土强度降低。7d和28d时，掺硅粉HPC的抗压强度增长幅度比基准配合比大，并且掺硅粉HPC的抗压强度都比不掺硅粉的要高。随着养护时间的延长，硅粉大量参与水泥水化二次反应，不仅提高了水泥浆体的强度，还使前期浆体的孔径变得更小，混凝土更密实，也提高了HPC抗压强度。90d时，掺硅粉的HPC抗压强度有了较大的提高，随硅粉掺量的增大，抗压强度增长幅度也增大。随着硅粉在胶体与骨料界面上生成C-H-S晶体不断增多，减少了大晶格的Ca（OH）2晶体和钙钒石的数量，有利于提高粘结并阻止裂纹扩展。
四、结束语
总之，硅粉和粉煤灰作为混凝土中非常高效的矿物掺合料，掺入硅粉和粉煤灰，混凝土的成本可以得到明显的降低，同时混凝土强度可以大幅度改善，有效提高混凝土的耐久性能。所以，在混凝土硅粉和粉煤灰双掺后好处明显强增加，可以最终得到低成本和高性能的混凝土。
参考文献：
[1]周美茹.矿渣粉对混凝土耐久性的影响[J].混凝土，2007，（3）：58-62.
[2]马艳芳，李宁，常钧.硅粉性能及其再利用的研究进展[J].无机盐工业，2009（10）：8-10.