本文研究了硅灰对水泥净浆性能的影响，并对28d水泥净浆进行了SEM分析。
1 试验材料及方法
采用的硅灰来自上海铁合金厂:粒径为0.5～1μm的占81.09%，SiO2含量为94.50%；水泥:32.5级普通硅酸盐水泥，大连山水泥厂回转窑生产，安定性合格。原材料化学成分见表1。
表1 原材料的化学成分 %
| 原材料 | SiO2 | MgO | Fe2O3 | CaO | Al2O3 | SiO2 | Loss | fCaO |
| 水泥 | 21.30 | 1.43 | 4.71 | 63.02 | 4.96 | 1.70 | 0.40 | 2.48 |
| 硅灰 | 94.50 | 0.97 | 0.83 | 0.54 | 0.27 | 1.90 |
水泥净浆强度试验使用:2cm×2cm×2cm净浆试体，固定用水量为27%。
2 试验结果
2.1 硅灰对水泥净浆性能的影响
硅灰对水泥净浆抗压强度和凝结时间的影响见表2。从表2可见，掺硅灰的水泥净浆3d抗压强度随硅灰掺量的增加逐渐下降，且低于对比水泥净浆；28d、90d抗压强度都接近甚至超过对比水泥净浆的强度，且随硅灰掺量的增加逐渐增大。硅灰的掺入使得凝结时间稍有增加。
表2 硅灰对水泥净浆抗压强度和凝结时间的影响
| 硅灰掺量/% | 抗压强度/MPa | 初凝时间/(h:min) | 终凝时间/(h:min) | ||
| 3d | 28d | 90d | |||
| 0 | 47.29 | 83.22 | 90.70 | 3:10 | 4:56 |
| 2.5 | 46.49 | 82.79 | 89.98 | 3:20 | 5:18 |
| 5 | 45.33 | 92.73 | 93.12 | 3:12 | 5:06 |
| 10 | 43.43 | 95.08 | 98.01 | 3:20 | 5:09 |
早期强度随掺量增加而降低，是由于硅灰替代水泥，使水泥矿物的相对数量减少；但是，由于硅灰极其微细，具有高火山灰活性，能吸收水泥水化产物Ca(OH)2，生成C-S-H凝胶，使Ca(OH)2晶体生长受到限制，晶粒细化，而且硅灰水化产物填充在界面，改善孔结构，使28d强度能赶上或超过对比水泥净浆的强度。但是，28d到3个月强度的增长幅度，掺有硅灰的不如对比水泥净浆大，这主要由于硅灰的活性高，28d时基本反应完全，或被水化凝胶产物包裹，故后期对强度增长几乎没有贡献，而水泥矿物28d后仍然能够继续水化。
硅灰对水泥净浆抗硫酸盐、干缩率、抗碳化能力、抗冻性能的影响分别见表3～表6。
表3 水泥净浆经硫酸盐侵蚀的抗压强度 Mpa
| 硅灰掺量/% | 淡水 | 3%Na2SO4溶液 | 3%MgSO4溶液 | 模拟海水 |
| 0 | 54.88 | 46.24 | 41.90 | 36.38 |
| 2.5 | 60.03 | 48.39 | 48.08 | 42.96 |
| 5 | 62.22 | 55.00 | 50.86 | 44.71 |
注：模拟海水的组成为：2.7%NaCl+0.32%MgCl2+0.22%MgSO4+0.13%K2SO4，其余为水。
表4 水泥净浆干缩率度验结果 %
| 硅灰掺量 | 7d | 14d | 21d | 28d |
| 0 | 0.13 | 0.25 | 0.27 | 0.28 |
| 2.5 | 0.11 | 0.23 | 0.25 | 0.27 |
| 5 | 0.11 | 0.22 | 0.24 | 0.25 |
表5 水泥净浆抗碳化性能
| 硅灰掺量/% | 碳化抗压强度/MPa | 水中养护抗压强度/MPa | 抗碳化强度比/% |
| 0 | 42.20 | 47.92 | 88.1 |
| 2.5 | 45.07 | 49.60 | 90.9 |
| 5 | 46.18 | 50.12 | 92.1 |
表6 水泥净浆抗冻性能
| 硅灰掺量/% | 冻融循环(50次)抗压强度/MPa | 水中养护抗压强度/MPa | 抗压强度比/% |
| 0 | 47.32 | 56.09 | 84.4 |
| 2.5 | 50.54 | 59.90 | 84.3 |
| 5 | 53.40 | 62.30 | 85.7 |
从表3～表6可以明显看到:硅灰的掺入对水泥抗硫酸盐侵蚀、抗干缩、抗碳化、抗冻等性能都有一定幅度的提高，提高的幅度一般能够达到10%～15%；而且硅灰的掺量越多，对水泥各种耐久性能的改善就越明显。
2.2 微观分析
水泥中掺入5%硅灰，对比不掺硅灰的水泥净浆，水化28d，通过SEM进行水化产物形貌的观察和分析，结果分别见图1和图2。
图1显示，对比水泥净浆水化28d后，水化产物结构疏松，还存在没有水化的水泥颗粒，而且出现大量生长较大、规则排列的Ca(OH)2晶体；而在掺硅灰5%的水泥浆体(见图2)中，水化产物呈凝胶状，几乎找不到结晶完整粗大钙矾石和Ca(OH)2晶体；水化产物没有固定的规则外形，尺寸极其细小；硬化体呈现整体化结构，凝胶状的水化产物并不独立分散分布。
3 结论
1)在水泥中掺入2.5%、5%和10%的硅灰，其后期强度能赶上并超过对比水泥净浆，掺量越大，增长越明显。
2)掺入2.5%、5%的硅灰对水泥净浆抗化学侵蚀性能、抗干缩、抗碳化、抗冻性能等都有一定幅度的提高，而且硅灰掺量越大，对水泥的性能改善越明显。
3)与对比水泥净浆相比，掺入5%硅灰的水泥水化28d净浆结构致密，孔隙少，看不到大量明显的晶体。
