王文卓 高楊春 郭春霞

（中國建材檢驗認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司，北京 100024）

0 引言

硅灰主要由直徑小于10-6米的微細(xì)球形顆粒組成，含有超過80%以上的非晶態(tài)無定形二氧化硅，具有極高的火山灰活性，因此硅灰作為一種良好的輔助性膠凝材料在混凝土領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]?；钚灾笖?shù)指受檢膠砂和基準(zhǔn)膠砂試件在相同條件下養(yǎng)護(hù)至相同規(guī)定齡期的抗壓強度之比[2]，是評價硅灰質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一。

硅灰作為一種成熟的礦物摻合料，國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)比較健全。國外標(biāo)準(zhǔn)主要有：美標(biāo)ASTM C1240-93《水泥、混凝土和砂漿應(yīng)用硅粉技術(shù)規(guī)范》、歐標(biāo)EN 13263-1《用于混凝土的硅粉》、日標(biāo)JIS A 6207:2000《混凝土用硅灰》；國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)主要有：GB/T 27690-2011《砂漿和混凝土用硅灰》、GB/T 18736-2017《高強高性能混凝土用礦物外加劑》、DL/T 5777-2018《水工混凝土摻用硅粉技術(shù)規(guī)程》、GB/T 21236-2007《電爐回收二氧化硅微粉》、GB/T 51003-2014《礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》。每個標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于活性指數(shù)的試驗方法也不盡相同，選用不同的試驗方法對同種硅灰進(jìn)行測試，獲得的活性指數(shù)數(shù)值上存在明顯的差異，但每一種試驗方法都有其可取之處。

同是作為混凝土摻合料的粉煤灰和礦粉的活性指數(shù)試驗方法比較單一，相關(guān)研究較多，而硅灰活性指數(shù)試驗方法多變，卻缺乏研究，因此本文著重就不同試驗方法對硅灰活性指數(shù)檢測結(jié)果的影響展開試驗分析，以期能夠選取更為準(zhǔn)確的試驗方法獲得最具代表性的活性指數(shù)結(jié)果。

1 試驗內(nèi)容

1.1 試驗方法

1.1.1 方法一：同水、同流動度、加減水劑、蒸汽養(yǎng)護(hù)法

方法一為GB/T 27690-2011標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的，膠砂配合比如表1所示，基準(zhǔn)膠砂不摻加硅灰，受檢膠砂內(nèi)摻10%硅灰，基準(zhǔn)膠砂和受檢膠砂用水量相同，受檢膠砂通過添加高效減水劑調(diào)整其流動度達(dá)到基準(zhǔn)膠砂流動度的±5mm。養(yǎng)護(hù)方式為拆模后在65±2℃蒸養(yǎng)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)至7d。

表1 方法一膠砂配合比

1.1.2 方法二：同水、同流動度、加減水劑、水中養(yǎng)護(hù)法

方法二為GB/T 18736-2017標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的，膠砂配合比同方法一，而養(yǎng)護(hù)方式為拆模后在20±2℃常溫水箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)至28d。

1.1.3 方法三：同水、不同流動度、不加減水劑、水中養(yǎng)護(hù)法

方法三為DL/T 5777-2018和GB/T 51003-2014標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的，膠砂配合比如表2所示，基準(zhǔn)膠砂不摻加硅灰，受檢膠砂內(nèi)摻10%硅灰，基準(zhǔn)膠砂和受檢膠砂用水量相同，兩者的流動度不要求調(diào)整至相同。養(yǎng)護(hù)方式為拆模后在20±2℃常溫水箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)至28d。

表2 方法三膠砂配合比

1.1.4 方法四：不同水、同流動度、不加減水劑、水中養(yǎng)護(hù)法

方法四為GB/T 18736-2002 和GB/T 21236-2007 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的，膠砂配合比如表3所示，基準(zhǔn)膠砂不摻加硅灰，受檢膠砂內(nèi)摻10%硅灰，同時通過增加用水量調(diào)整其流動度達(dá)到基準(zhǔn)膠砂流動度的±5mm。養(yǎng)護(hù)方式為拆模后在20±2℃常溫水箱內(nèi)，養(yǎng)護(hù)至28d。

表3 方法四膠砂配合比

1.2 原材料

采用中國聯(lián)合水泥集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的PI42.5硅酸鹽水泥。采用符合GB/T 17671-1999規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)砂。水采用蒸餾水。采用上海臣啟化工科技有限公司生產(chǎn)的符合GB 8076-2008標(biāo)準(zhǔn)型高效減水劑要求的萘系減水劑。硅灰產(chǎn)自甘肅三遠(yuǎn)硅材料有限公司，硅灰各項性能見表4，根據(jù)二氧化硅含量的高低將硅灰由高到低劃分為五種品質(zhì)，分別編號硅灰1-硅灰5。

表4 試驗用硅灰性能

2 結(jié)果及分析

2.1 五種品質(zhì)硅灰按方法一試驗結(jié)果與分析

以五種不同品質(zhì)硅灰為研究對象，按照方法一進(jìn)行試驗，所得數(shù)據(jù)如表5及圖1所示。由圖表可見，只有硅灰5活性指數(shù)不達(dá)標(biāo)，而同時硅灰5的二氧化硅含量也不達(dá)標(biāo)?？梢钥闯?，活性指數(shù)隨著硅灰品質(zhì)的降低而大致減小，即活性指數(shù)可以正向反應(yīng)硅灰的品質(zhì)。

圖1 按方法一試驗獲得各品質(zhì)硅灰活性指數(shù)結(jié)果

表5 硅灰活性指數(shù)結(jié)果

方法一的要點一是基準(zhǔn)膠砂和受檢膠砂同用水量、受檢膠砂通過添加減水劑調(diào)整至與基準(zhǔn)膠砂相同流動度。增加減水劑這個變量，一方面調(diào)整了受檢膠砂的流動度，易于成型操作，另一方面也符合工程應(yīng)用現(xiàn)狀，因為硅灰具有需水量大的特性，常引起漿體流動度明顯下降，需要配合減水劑一同使用[3]。但是增加減水劑這個變量亦會致使同種硅灰的測試結(jié)果存在差異性，且試驗過程中要不斷調(diào)整減水劑摻量使流動度達(dá)到±5mm的要求，這也增加了試驗難度。方法一的要點二是養(yǎng)護(hù)方式及齡期是采用蒸汽養(yǎng)護(hù)7d，我國對硅灰應(yīng)用的研究起步較晚，前十幾年硅灰多應(yīng)用于混凝土預(yù)制構(gòu)件中，而混凝土預(yù)制構(gòu)件為縮短養(yǎng)護(hù)時間多采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的方式[4]，而近年硅灰應(yīng)用的研究進(jìn)展很快，硅灰已經(jīng)廣泛應(yīng)用于混凝土的各個領(lǐng)域，養(yǎng)護(hù)方式也已不僅限于蒸汽養(yǎng)護(hù)。

增加減水劑這個變量有利也有弊，需綜合各方面考慮；蒸汽養(yǎng)護(hù)的養(yǎng)護(hù)方式已不能滿足如今硅灰的應(yīng)用現(xiàn)狀。

2.2 五種品質(zhì)硅灰按方法二試驗結(jié)果與分析

以五種不同品質(zhì)硅灰為研究對象，按照方法二進(jìn)行試驗，所得數(shù)據(jù)如表5及圖2所示。由圖表可見，硅灰4和硅灰5的活性指數(shù)都不達(dá)標(biāo)，但硅灰4的二氧化硅含量是達(dá)標(biāo)的?？梢钥闯觯钚灾笖?shù)隨著硅灰品質(zhì)的降低而大致減小，但用二氧化硅含量和活性指數(shù)兩種方式分別表征的硅灰品質(zhì)存在一定偏差。

圖2 按方法二試驗獲得各品質(zhì)硅灰活性指數(shù)結(jié)果

方法二的要點是養(yǎng)護(hù)方式及齡期為水中養(yǎng)護(hù)28d，采用了水泥膠砂最常見的一種養(yǎng)護(hù)方式及齡期。此法較方法一獲得結(jié)果的合格率偏低。

2.3 五種品質(zhì)硅灰按方法三試驗結(jié)果與分析

以五種不同品質(zhì)硅灰為研究對象，按照方法三進(jìn)行試驗，所得數(shù)據(jù)如表5及圖3所示。按DL/T 5777-2018標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)要求，高品質(zhì)的硅灰1和低品質(zhì)的硅灰5活性指數(shù)不達(dá)標(biāo)?；钚灾笖?shù)隨著硅灰品質(zhì)的降低而先增大后減小。硅灰1需水量比高達(dá)129%，超出125%的合格線，需水量比過大導(dǎo)致受檢膠砂流動度大幅減小，致使成型試件不均勻、不密實，嚴(yán)重影響抗壓強度。可見，此方法針對需水量比過大、二氧化硅含量過低的硅灰試驗獲得活性指數(shù)數(shù)值偏低。而GB/T 51003-2014指標(biāo)要求制定過低，達(dá)不到控制硅灰質(zhì)量的意義。

圖3 按方法三試驗獲得各品質(zhì)硅灰活性指數(shù)結(jié)果

方法三的關(guān)鍵之處在于基準(zhǔn)膠砂和受檢膠砂試驗過程中控制是否摻加硅灰為唯一變量。試驗所得活性指數(shù)數(shù)據(jù)僅為硅灰品質(zhì)一種變量的反應(yīng)。但是此法對于需水量比大、二氧化硅含量高的硅灰不公平，因為此類硅灰按此方法測得活性指數(shù)可能不合格，但實際工程應(yīng)用時此類硅灰配合減水劑使用所表現(xiàn)出的性能是優(yōu)良的。

2.4 五種品質(zhì)硅灰按方法四試驗結(jié)果與分析

以五種不同品質(zhì)硅灰為研究對象，按照方法四進(jìn)行試驗，所得數(shù)據(jù)如表5及圖4所示。由圖表可見，合格率極高，且活性指數(shù)隨著硅灰品質(zhì)的降低而增大，即活性指數(shù)不能正向反應(yīng)硅灰的品質(zhì)。

圖4 按方法四試驗獲得各品質(zhì)硅灰活性指數(shù)結(jié)果

方法四是通過受檢膠砂增加用水量的方式調(diào)整流動度，過多的用水量對抗壓強度是極為不利的，繼而需水量比越大的硅灰，試驗時用水量越大，強度值越低，這種方法測得活性指數(shù)小于100%，突出了用水量對活性指數(shù)的影響而弱化了硅灰的活性特點。

2.5 四種方法試驗結(jié)果比較

四種方法的測試結(jié)果展示了不同的活性指數(shù)變化規(guī)律，存在一定的可比性和關(guān)聯(lián)性。四種方法試驗獲得五種品質(zhì)硅灰活性指數(shù)結(jié)果如圖5所示，方法二測得的活性指數(shù)數(shù)值最大，方法四測得數(shù)值最小，方法一和方法二測得活性指數(shù)數(shù)據(jù)隨著硅灰品質(zhì)的降低而減小，而方法四與方法一、二測得結(jié)果的變化規(guī)律相反，方法三測得結(jié)果變化為先增大后減小的規(guī)律。

圖5 四種方法試驗獲得各品質(zhì)硅灰活性指數(shù)結(jié)果

3 結(jié)論

方法一和方法二活性指數(shù)隨著硅灰品質(zhì)的降低而大致減小，即活性指數(shù)可以正向反應(yīng)硅灰的品質(zhì)。方法二的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)較方法一更為嚴(yán)苛，兩者的養(yǎng)護(hù)方式各有所長，可根據(jù)實際應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行選擇。

方法三活性指數(shù)隨著硅灰品質(zhì)的降低先增大后減小。此方法能實現(xiàn)雙向把控硅灰品質(zhì)，但與工程實際應(yīng)用脫節(jié)，會導(dǎo)致部分高品質(zhì)硅灰活性指數(shù)不達(dá)標(biāo)。

方法四活性指數(shù)隨著硅灰品質(zhì)的降低而增大，即活性指數(shù)不能正向反應(yīng)硅灰的品質(zhì)。此方法突出了用水量對活性指數(shù)的影響而弱化了硅灰的活性特點。

在活性指數(shù)數(shù)值上，方法二大于方法一大于方法三大于方法四；從方法適應(yīng)性上，方法一和方法二優(yōu)于方法三優(yōu)于方法四。