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Chloride resistance 抗氯离子渗透Corrosion protection 保护钢筋Abrasion resistance 耐磨性Sulfate resistance 抗硫酸盐侵蚀ASR-protection 防止碱骨料反应Chemical attack protection 抗化学腐蚀………….–Strength/mechanical properties 强度/力学性能High strength 高强度Improved mechanical properties in general 全面改善力学性能Strength 强度抗压强度Sulfate Attack 硫酸盐侵蚀硫酸盐侵蚀膨胀Chloride Attack 氯腐蚀Resistance against corrosion 抗腐蚀性能Some projects – introduction 一些工程项目——介绍Silica fume used in every aspect of construction 在工程中，为不同目的使用硅灰 – Buildings 建筑:High-rise 高层建筑 Foundations 基础Pump-concrete 泵送混凝土Self-compacting concrete 自密实混凝土 Concrete elements 混凝土构件Infrastructure 基础建设氯离子扩散系数电阻率–Bridges 桥梁–Wharves 码头–Marine structures 海洋结构–Waste water handling 污水系统–Roads/pavements 公路/路面–Tunnels/caverns 隧道/洞室–A large number of different applications 大量不同应用Project examples 项目实例A selection of projects with silica fume concrete. 硅灰混凝土项目的选择Criteria 选择依据:–Interesting structures 特色结构–Demanding structures 高要求结构–Infrastructures 基础设施– ………….Hong Kong Specification 香港技术标准RECOMMENDED SPECIFICATION FOR REINFORCED CONCRETE IN MARINE ENVIRONMENT海洋环境中钢筋混凝土推荐技术标准The main features of the recommended specification are summarized as follows :该技术标准的要点如下：•The minimum characteristic strength of the concrete mix shall be 45 MPa.混凝土最小特征强度45MPa。

•The maximum water/cementitious ratio shall not exceed 0.38. 最大水/胶比应不超过0.38。