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2.1硅灰石對(duì)混凝土的工作性的影響

Wahab等研究發(fā)現(xiàn)，在確保水灰比為0.5時(shí)，當(dāng)硅灰石取代水泥為10%、20%和30%，水泥砂漿初凝時(shí)間分別提高了1.3%、2.7%和4.6%，降低了水泥的凝結(jié)時(shí)間。Zareei等通過坍落度試驗(yàn)研究了含硅灰石顆粒的再生陶瓷廢料高強(qiáng)混凝土的和易性。研究發(fā)現(xiàn)，隨著硅灰石和再生陶瓷廢骨料摻量的增加，當(dāng)取代量分別為20%和50%時(shí)，混凝土的坍落度分別比對(duì)照混凝土低15%和34%，且混凝土的密度呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。在另一項(xiàng)研究中，Ransinchung等人使用硅灰石和硅灰作為水泥的部分替代物，試驗(yàn)結(jié)果表明摻加15%的硅灰石和7.5%的納米二氧化硅可顯著改善混凝土的水密性，減少孔隙空間，細(xì)化微觀結(jié)構(gòu)。Kalkan等人在實(shí)驗(yàn)研究中，以合成硅灰石（SW）作為水泥替代材料，對(duì)水泥漿體的凝結(jié)時(shí)間、正常稠度、吸水率進(jìn)行分析，結(jié)果表明SW的使用降低了水泥漿體的可加工性，并且延遲了初始和最終凝固時(shí)間，吸水率下降了2%。Yucel2等用摻量為0%、3%、6%、9%、12%和15%的合成硅灰石（SW）代替水泥制備了六種水泥砂漿，得出結(jié)論，坍落度流動(dòng)直徑隨硅灰石的使用而減小。致使硅灰石替換水泥出現(xiàn)如此變化是因?yàn)槠湮⒂^結(jié)構(gòu)的變化，通過縮小混凝土內(nèi)部的孔隙空間，使混凝土更加致密化。Low等進(jìn)一步研究了摻有硅灰石的波特蘭水泥基粘合劑在水化期長(zhǎng)達(dá)一年的穩(wěn)定性，復(fù)合體系中的孔隙體積隨水化時(shí)間的增加而減小。Ransinchung等人研究了含硅灰石和硅灰的路面混凝土微觀結(jié)構(gòu)，證明由于微結(jié)構(gòu)的細(xì)化而提高了水密性，當(dāng)硅灰石或硅灰石硅灰與水泥一起使用時(shí)，在僅含有水泥作為粘結(jié)材料的對(duì)照混凝土中觀察到的空隙和微裂紋用CeSeH 凝膠和CH晶體填充。水泥反應(yīng)產(chǎn)物在界面過渡區(qū)的沉積和硅灰石纖維邊界附近的基質(zhì)致密化會(huì)影響水合鈣（CH）的結(jié)晶位點(diǎn)，降低基質(zhì)的滲透性。因此，硅灰石亞微米纖維的存在促進(jìn)了微結(jié)構(gòu)的細(xì)化，從而增加了填充因子和基體致密化。

2.2硅灰石對(duì)混凝土的力學(xué)性能的影響

Wahab等人研究了用10%、20%和30%的硅灰石分別取代水泥砂漿中的砂，當(dāng)硅灰石摻量為20%時(shí)，砂漿的抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度分別提高了45%和28%。Zareei等研究了硅灰石顆粒和再生陶瓷骨料（RWCA）的聯(lián)合利用對(duì)高強(qiáng)混凝土（HSC）性能的影響，得出結(jié)論，RWCA的摻入改善了混凝土的性能，硅灰石摻量為50%時(shí)，其28天抗壓強(qiáng)度較對(duì)照混凝土提高24%。添加RWCA的混合料在800℃時(shí)的強(qiáng)度比未添加RWCA的混合料高16%。用RWCA代替粗骨料可以提高混凝土的強(qiáng)度，用硅灰石顆粒代替30%的水泥可以在混凝土的和易性和強(qiáng)度之間取得平衡。Dey等人對(duì)硅灰石超細(xì)纖維和硅灰以5%、10%和15%替代水泥的水泥基復(fù)合材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，硅灰石超細(xì)纖維和硅灰以10%替代水泥較僅含有水泥的抗壓強(qiáng)度提高了30%。Soliman等研究了硅灰石超細(xì)纖維分別添加0%、4%、8%和12%替代部分水泥，分析對(duì)性能混凝土（UHPC）對(duì)其早期性能的影響。結(jié)論表明，硅灰石微纖維的加入會(huì)通過增強(qiáng)UHPC混合物的微觀結(jié)構(gòu)來提高UHPC 混合物的早期抗壓強(qiáng)度，最大增量達(dá)到61%。Deming Zeng等人研究了不同養(yǎng)護(hù)條件下添加了硅灰石超細(xì)纖維和未添加硅灰石超細(xì)纖維的性能混凝土（UHPC）。結(jié)果表明，WF能顯著抑制和延緩UHPC中微裂紋的形成。在UHPC中加入硅灰石超細(xì)纖維后，混凝土的抗彎性能得到了顯著提高。Mandrawalia等人研究硅灰石纖維和廢花崗巖粉組合對(duì)混凝土抗壓性能的影響，結(jié)果表明，10%的硅灰石超細(xì)纖維和20%的廢花崗巖粉分別替代水泥和細(xì)骨料使混凝土的抗壓性提高5.7%。Kalla等人研究證明，由于硅灰石的針狀形態(tài)，在使用15%的硅灰石替代部分水泥后，混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度增加了12%。Kumar等研究表明，硅灰石礦物分別將性能混凝土的早期強(qiáng)度和水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度提高了10%以上。Misra等人進(jìn)一步研究了硅灰石替代水泥對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗拔強(qiáng)度會(huì)隨著硅灰石替代部分水泥比例的增加而提高。在另一項(xiàng)研究中，ColinI等人觀察到硅灰石與粉煤灰和硅灰等材料結(jié)合使用時(shí)，混凝土抗彎強(qiáng)度有所提高。Tiequan等研究了硅灰石對(duì)蒸壓水泥混凝土性能的影響。結(jié)果表明，硅灰石摻量為水泥質(zhì)量的15%時(shí)，蒸壓混凝土的抗彎強(qiáng)度增加幅度大于30%，抗壓強(qiáng)度略有提高。

2.3硅灰石對(duì)混凝土的耐久性的影響

Misra等人觀察到隨著硅灰石含量的增加，混凝土的吸水率和初始表面吸收率降低。Sato等測(cè)量了阻抗譜（ACIS）方法，得出的結(jié)論是，硅灰石增強(qiáng)了水泥的粘合性，提高了水泥對(duì)凍融循環(huán)的抵抗力。Mathur等人發(fā)現(xiàn)，用硅灰石、硅灰和大理石漿粉塵制備的混凝土不易受到交替凍融和硫酸鹽侵蝕的影響。Kalla等人觀察到，在含有硅灰石-粉煤灰組合的混凝土中，強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗氯離子遷移、碳化、收縮和腐蝕能力有所提高，通過用不同比例的硅灰石替代波特蘭水泥，制備了水灰比分別為0.45、0.50和0.55的混凝土。結(jié)果表明，用硅灰石替代10%-15%水泥，提高了混凝土的強(qiáng)度和耐久性，硅灰石替代水泥可降低孔隙率達(dá)15%，并使混凝土微觀結(jié)構(gòu)更致密。Mathur等人指出，在摻入硅灰石礦物的混凝土呈現(xiàn)磨損率、干縮、吸水率的降低，抗硫酸鹽侵蝕和凍融耐久性的提高以及強(qiáng)度的增強(qiáng)。Mandrawalia等研究摻入10%硅灰石纖維和30%廢花崗巖粉粒分別部分替代水泥和細(xì)骨料，提高了改性混凝土的抗水侵性能。Zareei[18]等實(shí)驗(yàn)研究了硅灰石纖維改性高強(qiáng)混凝土（HSC）的不同性能，得出結(jié)論，硅灰石纖維的使用改善了HSC 在酸性介質(zhì)和高溫下的力學(xué)性能和耐久性。在一項(xiàng)研究中，Soliman[9]等觀察到，在混凝土混合料中摻入硅灰石促進(jìn)了孔隙的不連續(xù)性，進(jìn)而減少了性能混凝土的干燥收縮。根據(jù)文獻(xiàn)[101，長(zhǎng)徑比較大的硅灰石微纖維具有與大纖維相似的性能，更有利于提高水泥基體的韌性。此外，較小的硅灰石微纖維主要起到填充物的作用，并賦予潛在的火山灰活性，有利于提高水泥基質(zhì)的密實(shí)度。Soliman等也認(rèn)為在 UHPC 中加入硅灰石微纖維和減縮外加劑可以降低混凝土基體的質(zhì)量損失和干燥收縮應(yīng)變，一方面，減縮外加劑通過降低孔隙溶液的表面張力直接影響收縮，導(dǎo)致毛細(xì)應(yīng)力降低，從而降低收縮；另一方面，硅灰石微纖維具有橋接微裂紋，減小裂紋寬度，延緩裂紋的作用，可起到局部抑制收縮的作用。此外，硅灰石微纖維的加入抑制了膠凝復(fù)合材料初始蒸發(fā)速率的增加。此外，適量的硅灰石微纖維可以改善混凝土的抗?jié)B性能，因?yàn)楣杌沂⒗w維的加入可以降低混凝土的孔隙率，改變混凝土的孔隙分布，從而使孔隙分布不連續(xù)。

文章總結(jié)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)硅灰石混凝土力學(xué)和耐久性的研究成果，已有研究表明，將硅灰石加入混凝土中，使得混凝土的工作性、力學(xué)性能和耐久性等性能均優(yōu)于普通混凝土。

硅灰石的加入增加了混凝土內(nèi)部的密實(shí)度，孔隙體積隨著水化反應(yīng)時(shí)間的增加而減少，從而改善其工作性能。硅灰石的加入改善了混凝土的抗壓強(qiáng)度，其隨著硅灰石及礦物摻合料摻量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在摻量達(dá)到合適的范圍之內(nèi)，其抗壓強(qiáng)度達(dá)到更好。硅灰石的加入，會(huì)使混凝土的耐久性有較好的提升，其吸水率降低，對(duì)凍融循環(huán)的抵抗力增強(qiáng)，抗氯離子遷移和腐蝕能力提高。但摻量不宜過多，否則適得其反，使混凝土的耐久性下降。

在未來的研究工作中，要進(jìn)一步探索硅灰石的各項(xiàng)性能。硅灰石可與不同的工業(yè)廢料按照不同的混合比例進(jìn)行試驗(yàn)；還可以使用硅灰石和納米材料進(jìn)行復(fù)合改性研究，以提高混凝土的性能；或者激發(fā)硅灰石的活性，使其更好的與混凝土的其他組分進(jìn)行充分的化學(xué)反應(yīng)，讓混凝土的性能進(jìn)一步提高。