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
reactive metal–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

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