在眾多水工混凝土建筑物所處的環(huán)境中，正負溫交替的情況極為常見。在使用過程中，混凝土會不可避免地遭受凍融循環(huán)的破壞作用，嚴重時甚至會導(dǎo)致受凍破壞。尤其是在寒冷地區(qū)的水工建筑物，混凝土抗凍性不足往往是造成結(jié)構(gòu)破壞的主要根源。因此，提升混凝土材料的抗凍性成為提高混凝土耐久性的關(guān)鍵途徑之一，而硅灰在這方面發(fā)揮著重要的作用。
研究表明，當水膠比為 0.3 時，經(jīng)過 56 次凍融循環(huán)后，加入硅灰的混凝土表面縮放均控制在 500g/m2 以下，動態(tài)彈性模量保持在 90% 以上，且不同硅灰摻量的混凝土在這兩項指標上相差不大。這說明硅灰的摻入在一定程度上提高了混凝土的抗凍融性能，使得混凝土在凍融循環(huán)過程中能夠保持較好的穩(wěn)定性，減少表面剝蝕和內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷的發(fā)生。
進一步研究硅灰和引氣劑等對再生混凝土抗凍性的改善作用。實驗采用 5%、10% 的硅灰等量替代水泥，深入探究硅灰在改善再生骨料混凝土抗凍性能方面的表現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，摻入硅灰的試件其相對動彈性模量下降值及下降趨勢均明顯小于對照試件（未摻硅灰）。在達到 300 次凍融循環(huán)時，對照試件和摻入硅灰量分別為 5%、10% 的試件的相對動彈性模量分別為 81.3%、92.1%、93.3%。同時，在前 100 次凍融循環(huán)中，摻入硅灰的試件幾乎無質(zhì)量損失，在 150 - 200 次凍融循環(huán)內(nèi)，質(zhì)量損失才略有增加，凍融破壞程度較為輕微，而對照試件在 100 次凍融循環(huán)時質(zhì)量損失已超過 0.2%。這表明硅灰能夠有效改善再生混凝土的抗凍融性能，減少凍融循環(huán)對混凝土結(jié)構(gòu)的破壞。
此外，研究硅灰對混凝土在不同濃度氯鹽中抗凍性的影響發(fā)現(xiàn)，未摻硅灰的混凝土在 5% 的氯鹽中經(jīng)過 200 次凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失高達 8.45%，相對彈性模量僅約為 40%，而摻有硅灰的混凝土在相同條件下的質(zhì)量損失不到 2%，并且相對彈性模量基本穩(wěn)定在 90% 左右。這進一步證明了硅灰在提高混凝土抗凍融性能方面的顯著效果，尤其是在氯鹽環(huán)境下，硅灰能夠有效抵抗氯鹽對混凝土凍融破壞的加劇作用。
通過測試混凝土的脈沖傳播速度研究硅灰含量對混凝土抗凍融性的影響發(fā)現(xiàn)，當硅灰的含量從 3% 逐步增加到 8% 時，脈沖傳播速度減少率持續(xù)降低，且在 210 次凍融循環(huán)時，脈沖速度減少率約為 15%。然而，當硅灰含量增加到 11% 時，在 150 次凍融循環(huán)時脈沖傳播速度減少率就急劇上升至 70% 以上。綜合上述研究結(jié)果可知，硅灰在改進混凝土抗凍融性方面存在一個較為適宜的含量范圍，大約在 10% 左右。在這一范圍內(nèi)，硅灰能夠充分發(fā)揮其改善混凝土微觀結(jié)構(gòu)、提高密實性和增強抗凍融能力的作用，從而有效提升混凝土在寒冷環(huán)境和凍融循環(huán)條件下的耐久性，確保水工混凝土建筑物的長期安全穩(wěn)定運行。
