硅灰在混凝土中应用：历史、现状和展望

Microsilica in concrete: History, Status, and Outlook

硅灰在混凝土中应用：历史、现状和展望

Per Fidjestol, MSc FACI

（Technical Manager, Elkem AS Materials）

What is microsilica? 什么是硅灰？

By-product of the ferrosilicon and silicon metal industry 硅铁或工业硅工业的副产品

Very high specific surface area 非常高的比表面积(>15000 m2/kg）

Very high content of amorphous silicon dioxide 非常高的无定形二氧化硅含量 (SiO2)

Very efficient filler 高效率填充料

Very reactive pozzolan 高活性火山灰质材料

History of microsilica 硅灰历史

First mention in patent from 1947 (USA) 1947年第一次在美国专利中提到

First test in concrete (Norway) 1950 1950年第一次在挪威进行混凝土试验

First ready mix in 1971 1971年第一次在商品混凝土应用

Allowed in concrete in Norway early 70’s 七十年代初期在挪威允许应用于混凝土

Around 1980 55 000 tpy in Norway 1980年挪威产量约55000吨/年

Standards from 1987 on (Canada, ASTM, +++) 自1987年有产品标准（加拿大、ASTM，等等）What’s in a Name? 有怎样的名称？

Silica Fume 硅灰

Microsilica 微硅粉

Condensed Silica Fume 冷凝硅灰

Standardization 标准化

International 国际标准

–ASTM C1240 （美国）

–CEN EN 13263 （欧洲）

National 国家标准

–China GB/T18736-2002 （中国）

–Canada CAN/CSA A23.5 - 98 （加拿大）

–Japan JIS A 6207 :2000 （日本）

–Brazil NBR 13956:1997 （巴西）

–Korea KS F 2567 （韩国）

–Australia ….. （澳大利亚）

–Etc. 等等

Production 生产 Microsilica – the production 硅灰——生产

Microsilica - Physical Properties 硅灰——物理性质

Particle Size 颗粒尺寸

Most particles are sub-micron. Average particle diameter is 0.15 microns, about 100x smaller than cement grains.大多数颗粒为亚微米，平均粒径0.15微米，约比水泥颗粒小一百倍。 Particle Shape 颗粒形状

Smooth, spherical particles. 平滑球形颗粒。 Density (Specific Gravity) 比重

Approximately 2.2 (cement is typically 3.1) 约2.2（水泥典型值3.1）。 Specific Surface Area 比表面积

Ranging from 15 000 to 30 000 m 2

/kg (measured by nitrogen-absorption - BET) 范围在15 000 ~ 30 000 m2/kg （采用氮吸附法BET 测试）

Microsilica - Chemical Properties 硅灰——化学性质

Minimum 85% SiO2 (normally 90+%) 二氧化硅最小含量85％（一般超过90％） Amorphous Reactive Silica 无定形的活性硅 Pozzolanic - reacts with Ca(OH)2 具有火山灰活性——能与Ca(OH)2反应 LOI - preferably less than 4% 烧失量——最好低于4％ Actual size comparisons 实际尺寸比较

Benefits of microsilica in concrete 硅灰在混凝土中的益处

Filler effect 填充作用

Reduction in pore sizes 降低孔隙尺寸

Reduction in Ca(OH)2 content 减少Ca(OH)2含量

Guidelines and support 应用指南与技术支持

fib （国际混凝土联合会）

–State-of-Art （硅灰技术发展现状报告）

ACI （美国混凝土学会）

–Silica Fume in Concrete （硅灰在混凝土中应用指南）

SFA （美国硅灰协会）

– Manual （硅灰应用手册）

Others （其它文献）

Experience – Scientific 经验——科学

Scientific work since 1950 科研工作开始于1950年

Extensive scientific work 1975-1990 大量科研工作开展于1975－1990年

Still development going on 研发仍在进行，包括

–Particle packing issues 颗粒包裹（最大堆积密度）专题

RPC etc. 活性粉末混凝土等等

–Regional verification of performance 地区性对性能确认

Local materials and customs 适应当地的材料和习惯

–Integration into system evaluation 建立系统评价体系

LCA/LCC （服务周期保障/服务周期成本）

Several thousand published papers 发表了数千篇论文

Experience – Practice 经验——实践

Today 目前

–>200 000 tons of silica fume used in concrete every year 每年用于混凝土的硅灰超过20万吨

–Corresponds to 10 million m3 or more 每年相应使用一千万立方米以上的硅灰混凝土

Since 1970 自1970年

–Guesstimate > 4 million tons microsilica used in concrete 估计有四百万吨硅灰用于混凝土

–i.e. 200 million m3 concrete or more 也就是说，硅灰混凝土总量超过二亿立方米

Properties provided by silica fume 硅灰赋予的性能

Fresh concrete 新拌混凝土

–Stability 稳定性

No bleeding, shotcrete, lightweight concrete, pumping, SCC 无泌水，适用于喷射、轻骨料、泵送、自密实混凝土

–Reduced heat 减小水化热

Hardened concrete 硬化混凝土

–Durability 耐久性