火山灰在混凝土中的作用

工业硅及硅铁在极端高熔炼过程中，会产生废气逸出的粉尘，这些粉尘就是我们所说的硅灰或硅粉。这些硅粉的主要成分是活性SiO2，占比高达90%，其中游离态SiO2约占10%。这些颗粒极其微小，只有水泥粒径的百分之一，因此也被称为微硅粉。虽然容量小、比表面积大，但它能轻易通过呼吸进入肺泡，对健康构成严重威胁。微硅粉在建筑、化工和冶金等行业却有着广泛的应用。

特别是在混凝土领域，微硅粉作为活性掺合料，能够显著改善水泥或混凝土的性能。它可以用于配制具有超高强、耐磨、耐冲刷、耐腐蚀、抗渗透、抗冻和早强的特种混凝土。这些特种混凝土在大型水电、海港码头、铁路桥梁、高速公路、飞机场跑道、隧道以及城市高层建筑等工程中发挥着重要作用。

微硅粉的物理化学特性，如颗粒细小、比面积大、活性SiO2纯度高以及强火山灰活性等，使其在混凝土中发挥了重要的改善作用。具体来说：

1. 早期强度和最终强度得到提升：国内研究表明，当硅粉对水泥的取代率为30%以内时，采用蒸养或标准养护，砂浆的抗压强度都有显著提高。

2. 增加密实度：混凝土中掺入硅粉增加了起反应的硅含量。在电子显微镜下观察，可以看到掺硅粉的混凝土的水泥石空隙中有晶体生长。硅粉颗粒的微小和均匀填充也起到了明显的微集料填充效应。

3. 改善混凝土离析和泌水性能：混凝土在浇灌后，可能会出现水从混凝土中分离出来的现象。而微硅粉的掺入能够显著改善这一现象，使得混凝土在水下工程如港口、隧道等的应用成为可能。

4. 提高混凝土的抗渗性、抗化学腐蚀性和比电阻：微硅粉不仅能填充水泥颗粒的周围，使浆体更为致密，还能与水泥水化生成的氢氧化钙结合生成水化硅酸钙凝胶。这些凝胶堵塞在毛细管中，大大提高了混凝土的密实性，从而增强了其抗氯离子渗入能力、抗锈蚀性能以及比电阻。

5. 提高抗磨蚀能力：传统的抗磨蚀材料如环氧砂浆虽然性能优异，但存在诸多缺点，如施工复杂、有毒性、成本昂贵等。而微硅粉混凝土作为抗磨蚀材料，其抗冲磨能力可提高一倍左右。

6. 提高抗裂性能：硅灰混凝土的抗裂性得益于其密实性的增加，但使用时需注意因硅灰掺入后造成的混凝土收缩增加的不利因素，合理控制掺量。

微硅粉在混凝土中的应用为其带来了多方面的性能改善，为各类工程提供了更为优质的材料选择。