硅灰、粉煤灰、礦粉均為混凝土中常用的礦物摻合料，以下對(duì)它們的特性、作用及應(yīng)用等進(jìn)行介紹：
一，硅灰
1.來(lái)源與成分：
硅灰是在生產(chǎn)硅鐵、金屬硅等過(guò)程中產(chǎn)生的超細(xì)粉末，主要成分是無(wú)定形二氧化硅，其含量通常在85%至98%之間。
2.特性：
硅灰顆粒極細(xì)，平均粒徑在0.1至0.2μm之間，比表面積大，通常在15000至25000m2/kg之間。具有很高的火山灰活性。
3.作用：
在混凝土中，硅灰能填充水泥顆粒間的空隙，提高混凝土的密實(shí)度，從而顯著提高混凝土的強(qiáng)度，尤其是早期強(qiáng)度。同時(shí)，硅灰能改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土更加致密，提高其抗?jié)B性、抗凍性和抗化學(xué)侵蝕性。
4.應(yīng)用：
常用于配制高強(qiáng)混凝土、高性能混凝土，如高層建筑、橋梁、港口等對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性要求較高的工程。
二，粉煤灰
1.來(lái)源與成分：
粉煤灰是火力發(fā)電廠燃燒煤粉后排出的一種工業(yè)廢渣，主要成分是二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵等。
2.特性：
粉煤灰顆粒呈球形，表面光滑，粒度較細(xì)，比表面積一般在2000至5000m2/kg之間。具有一定的火山灰活性，但其活性低于硅灰。
3.作用：
在混凝土中，粉煤灰可以改善混凝土的和易性，使混凝土更加易于施工。同時(shí)，粉煤灰的火山灰反應(yīng)可以提高混凝土的后期強(qiáng)度，降低混凝土的水化熱，減少混凝土因溫度應(yīng)力而產(chǎn)生的裂縫。
4.應(yīng)用：
廣泛應(yīng)用于大體積混凝土工程，如大壩、基礎(chǔ)等，以及對(duì)耐久性要求較高的混凝土工程，如地下結(jié)構(gòu)、水工結(jié)構(gòu)等。
三，礦粉
1.來(lái)源與成分：
礦粉是由煉鐵高爐排出的水淬礦渣經(jīng)磨細(xì)而成，主要成分是鈣、硅、鋁、鎂等的氧化物。
2.特性：
礦粉顆粒較細(xì)，比表面積一般在4000至6000m2/kg之間。具有較高的潛在活性，其活性在一定條件下可以得到充分發(fā)揮。
3.作用：
在混凝土中，礦粉可以提高混凝土的后期強(qiáng)度，改善混凝土的耐久性，降低混凝土的氯離子滲透系數(shù)，提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力。此外，礦粉還可以抑制堿-骨料反應(yīng)，提高混凝土的體積穩(wěn)定性。
4.應(yīng)用：
適用于配制高強(qiáng)混凝土、高性能混凝土以及對(duì)耐久性要求較高的混凝土工程，如海洋工程、隧道工程等。
硅灰、粉煤灰、礦粉的化學(xué)性質(zhì)主要在化學(xué)成分、活性、酸堿度等方面存在區(qū)別，具體如下：
一，化學(xué)成分
1.硅灰：
主要成分是無(wú)定形二氧化硅（SiO?），含量通常在85%至98%之間，還含有少量的氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵等雜質(zhì)。
2.粉煤灰：
主要化學(xué)成分是二氧化硅（SiO?）、三氧化二鋁（Al?O?）和三氧化二鐵（Fe?O?），此外還含有少量的氧化鈣（CaO）、氧化鎂（MgO）、氧化鈉（Na?O）、氧化鉀（K?O）等。
3.礦粉：
主要成分是鈣、硅、鋁、鎂等的氧化物，如硅酸二鈣（2CaO·SiO?）、硅酸三鈣（3CaO·SiO?）、鋁酸三鈣（3CaO·Al?O?）等。
二，火山灰活性
1.硅灰：
具有極高的火山灰活性，其比表面積大，能與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣迅速反應(yīng)，生成更多的水化硅酸鈣凝膠，填充在水泥石的孔隙中，提高混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度。
2.粉煤灰：
具有一定的火山灰活性，但活性相對(duì)較低，在常溫下反應(yīng)速度較慢，其火山灰反應(yīng)主要在混凝土的后期進(jìn)行，對(duì)混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)有一定貢獻(xiàn)。
3.礦粉：
具有較高的潛在活性，在堿性環(huán)境下，礦粉中的活性成分能與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等凝膠體，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。
三，酸堿度
1.硅灰：
通常呈酸性，pH值一般在4至6之間，這是由于硅灰中的二氧化硅在水中會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)，生成硅酸和氫離子，使溶液呈酸性。
2.粉煤灰：
其酸堿度因煤種、燃燒條件等因素而異，一般呈弱酸性至弱堿性，pH值在6至9之間。
3.礦粉：
通常呈堿性，pH值在10至12之間，這是因?yàn)榈V粉中含有較多的氧化鈣等堿性氧化物，在水中會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)，生成氫氧化鈣，使溶液呈堿性。
以下是硅灰、粉煤灰、礦粉的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：
一，硅灰
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：GSO ASTM C1240:2024規(guī)定了用于混凝土和其他含有水硬性水泥的系統(tǒng)中硅灰的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，涵蓋化學(xué)分析、水分含量和燒失量、體積密度、比表面積、砂漿的空氣夾帶、強(qiáng)度活性指數(shù)、與水泥堿的反應(yīng)性以及硅灰的抗硫酸鹽性等測(cè)試方法。
一般要求：硅灰的主要成分二氧化硅含量通常在85%-98%之間；細(xì)度要求高，一般小于1μm，顆粒含量不低于85%；含水率一般應(yīng)小于3%；活性指數(shù)通常要求不小于90。
二，粉煤灰
1.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：
GB/T 1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》是我國(guó)現(xiàn)行的粉煤灰質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
2.等級(jí)劃分及指標(biāo)：
分為I級(jí)、II級(jí)和III級(jí)。
.細(xì)度：
I級(jí)粉煤灰細(xì)度小于12%，II級(jí)小于25%，III級(jí)小于45%，均為45μm方孔篩篩余。
燒失量：I級(jí)不大于5%，II級(jí)不大于8%，III級(jí)不大于15%。
需水量比：
I級(jí)不大于95%，II級(jí)不大于105%，III級(jí)不大于115%。
.含水量：
I級(jí)不大于1%，II級(jí)不大于2%，III級(jí)不大于3%。
三氧化硫含量：
I級(jí)、II級(jí)不大于3%，III級(jí)不大于5%。
三，礦粉
1.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：
GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》將礦粉分為S105、S95、S75三個(gè)等級(jí)。
2.等級(jí)指標(biāo)：
活性指數(shù)：S105級(jí)28天活性指數(shù)不小于105%，S95級(jí)不小于95%，S75級(jí)不小于75%。
比表面積：S105級(jí)比表面積不小于500m2/kg，S95級(jí)不小于400m2/kg，S75級(jí)不小于300m2/kg。
含硫量：礦粉含硫量必須小于4%。
硅灰、粉煤灰、礦粉的化學(xué)性質(zhì)不同，對(duì)混凝土性能的影響也各有特點(diǎn)，具體如下：
一，對(duì)混凝土工作性的影響
1.硅灰：由于其顆粒極細(xì)，比表面積大，需水量大，摻入混凝土中會(huì)使混凝土的流動(dòng)性降低。但在減水劑作用下，能改善混凝土的黏聚性和保水性，使混凝土不易離析和泌水。
2.粉煤灰：顆粒呈球形，表面光滑，能起到滾珠軸承的作用，有效改善混凝土的流動(dòng)性，使其易于攪拌、運(yùn)輸和澆筑。同時(shí)，還能降低混凝土的用水量，提高混凝土的保水性和黏聚性。
3.礦粉：對(duì)混凝土工作性的影響與粉煤灰類似，能改善混凝土的流動(dòng)性，提高其保水性和黏聚性。但礦粉的摻量不宜過(guò)大，否則會(huì)使混凝土的黏性增加，導(dǎo)致工作性變差。
二，對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響
1.硅灰：具有高火山灰活性，能與水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣反應(yīng)生成更多的水化硅酸鈣凝膠，填充孔隙，提高混凝土密實(shí)度，顯著提高混凝土早期和后期強(qiáng)度，尤其對(duì)高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度提升效果明顯。
2.粉煤灰：早期火山灰活性低，對(duì)混凝土早期強(qiáng)度貢獻(xiàn)小，甚至?xí)乖缙趶?qiáng)度略有降低。但后期其與氫氧化鈣反應(yīng)，生成的水化產(chǎn)物填充孔隙，提高混凝土后期強(qiáng)度，對(duì)長(zhǎng)期強(qiáng)度增長(zhǎng)有利。
3.礦粉：具有較高潛在活性，在混凝土中能與水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)，生成凝膠體填充孔隙，提高混凝土后期強(qiáng)度。適量摻加礦粉可提高混凝土各齡期強(qiáng)度，且對(duì)長(zhǎng)期強(qiáng)度增長(zhǎng)效果較好。
三，對(duì)混凝土耐久性的影響
1.硅灰：
能改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使孔隙細(xì)化，提高混凝土的抗?jié)B性和抗凍性。同時(shí)，其反應(yīng)產(chǎn)物能填充孔隙，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度，提高抗化學(xué)侵蝕能力，降低混凝土的碳化速度。
2.粉煤灰：
能降低混凝土的水化熱，減少溫度裂縫，提高混凝土的抗裂性。其火山灰反應(yīng)產(chǎn)物填充孔隙，提高混凝土的抗?jié)B性和抗硫酸鹽侵蝕能力，改善混凝土的耐久性。
3.礦粉：
可提高混凝土的抗?jié)B性、抗凍性和抗硫酸鹽侵蝕能力。礦粉的摻入能抑制堿-骨料反應(yīng)，降低混凝土中堿離子的濃度，提高混凝土的體積穩(wěn)定性，從而增強(qiáng)耐久性。
硅灰、粉煤灰、礦粉的活性指數(shù)存在明顯區(qū)別，以下是具體情況：
一，活性指數(shù)的定義
活性指數(shù)是指在一定條件下，摻加礦物摻合料的水泥膠砂試件與基準(zhǔn)水泥膠砂試件在規(guī)定齡期的抗壓強(qiáng)度之比，通常以百分?jǐn)?shù)表示，它反映了礦物摻合料與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)的能力及對(duì)混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)程度。
二，活性指數(shù)的具體區(qū)別
硅灰：具有極高的活性指數(shù)，其7天活性指數(shù)通?？蛇_(dá)100%以上，28天活性指數(shù)甚至可超過(guò)120%。這是因?yàn)楣杌抑械臒o(wú)定形二氧化硅含量高，比表面積大，能與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣迅速反應(yīng)，生成大量的水化硅酸鈣凝膠，從而顯著提高混凝土的強(qiáng)度。
粉煤灰：活性指數(shù)相對(duì)較低，其7天活性指數(shù)一般在60%至80%之間，28天活性指數(shù)在70%至90%左右。粉煤灰的主要成分是二氧化硅、三氧化二鋁和三氧化二鐵等，其火山灰反應(yīng)速度較慢，在常溫下早期反應(yīng)程度較低，對(duì)混凝土早期強(qiáng)度貢獻(xiàn)較小，但隨著齡期的延長(zhǎng)，其活性逐漸發(fā)揮，對(duì)后期強(qiáng)度增長(zhǎng)有一定作用。
礦粉：活性指數(shù)處于中等水平，7天活性指數(shù)通常在70%至90%之間，28天活性指數(shù)在90%至105%左右。礦粉的主要成分是鈣、硅、鋁、鎂等的氧化物，具有較高的潛在活性，在堿性環(huán)境下，礦粉中的活性成分能與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等凝膠體，提高混凝土的強(qiáng)度。
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