硅粉

硅粉

硅粉

硅粉（也叫微硅粉）（学名“硅灰”， Microsilica 或 Silica Fume ），硅粉又叫硅灰。是工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中，随废气逸出的烟尘经特殊的捕集装置收集处理而成。在逸出的烟尘中，SiO2含量约占烟尘总量的90%，颗粒度非常小，平均粒度约0.3μm，故称为硅粉。

硅粉的研究始于斯堪的纳维亚国家，尽管20世纪50年代人们对硅粉作用就有所认识和初步的研究，但应用于实际工程中是从70年代开始的，首先是挪威和瑞典等国家在港口码头、北海油田及地下矿井中部分采用了硅粉混凝土，1982 年，挪威在伏诺维斯坝上正式采用了硅粉混凝土筑坝， 20世纪80 年代初加拿大在魁北克建立了硅粉混凝土，并对大体积硅粉混凝土进行试验研究，拌制高标号混凝土1 万立方米，1983年美国用硅粉混凝土修补了奥里夫尼河上的卡查坝消力池，效果良好。世界上其它国家也都加紧研究和应用。而我国对硅粉的研究历史不长，仅仅10多年时间，1985年水电部东勘院科研所和水电部第十工程局首次在四川渔子溪二级电站中试用了硅粉混凝土，在厂房混凝土中掺硅粉3 %～7 %，以提高早期强度，加快模板周转，达到预期效果，另外，在引水隧洞喷射混凝土中，掺硅粉715 %，以减少混凝土的回弹量，南科院在大伙房水库工程、龙羊峡泄水建筑物和葛洲坝泄水闸修补等工程中都采用了硅粉混凝土，效果较好，水科院对硅粉混凝土的耐久性能及硅粉水泥水藻灌浆材料进行了一些研究，并在二滩水电站基础固结灌浆中，潘家大坝溢流面修复工程、安康及四川秋达电站导流泄洪洞修补等工程中使用了硅粉混凝土，硅粉水泥灌浆。所有这些，说明硅粉混凝土作为一种高性能混凝土在工程中的应用日显重要，所以对其性能特别是其强度与耐久性的研究也倍受关注。

配合比

对于硅粉混凝土的配合比设计，主要是根据设计要求， 确定硅粉的掺入方法，硅粉的最佳掺量，减水剂的最优掺量及砂石料调整，而其它则按普通混凝土设计方法进行。

a) 硅粉的掺入方法：硅粉在混凝土中一般有两种方法： 一是内掺，二是外掺，都要与减水剂配合使用。内掺法往往用硅粉代替水泥，又分等量代替和部分等量代替两种，等量代替为硅粉掺量代替相等的水泥，部分代替为1 kg 硅粉代替1～3 kg 水泥，作为研究一般掺量为5 %～30 % ，水灰比一般保持不变：而外掺法指的是硅粉像外加剂那样掺在混凝土中，而水泥用量不减少，掺量一般为5 %～10 % ，一般外掺法而得的混凝土的力学性能要高得多，但增加了混凝土中胶凝材料用量。

b) 硅粉的最优掺量往往控制在8 %～10 %。它是根据所用硅粉、水泥种类和骨料性质而定，并考虑它对性能改善程度及施工方便与否和技术经济指标等。

c) 减水剂的最佳掺量：在混凝土中使用硅粉，如不掺减水剂，想保持相同的流动度，则必然要增加用水量、水灰比增加，掺硅粉的混凝土强度也不上去，这也是过去硅粉在混凝土中未推广使用的原因。硅粉与减水剂联合使用掺用硅粉水灰比不变，即用水量不增加，也能达到与未掺硅粉的混凝土具有相同的流动度且硅粉混凝土强度等性能得到大幅度提高，一般国内较多采用萘系高效减水剂，如建1、H、DH3、FDN、NF、N2B 等，其掺量一般为胶材用量的1 %以内，有时为了减小水灰比，拌制超高强混凝土，减水剂掺量达2 %～ 3 %。

d) 砂石料用量调整：内掺硅粉一般对砂石用量不必调整。外掺硅粉要扣掉与硅粉体积相等的砂石体积。

硅粉对高性能混凝土强度的影响

尽管应用纯水泥可以制成抗压强度高达100 MPa 的HPC ，但当使用硅粉时将容易得多。而对于制备强度超过100 MPa 的混凝土，硅粉的使用几乎不可缺少。硅粉在混凝土中同时起填充材料和火山灰材料使用。使用硅粉后，大大降低了水化浆体中的孔隙尺寸，改善了孔隙尺寸分布，于是使强度提高，渗透性降低。例如，研究结果表明(CEB2FIP1988) ， 为获得70 MPa 的混凝土强度，应用纯水泥需要水胶比0.35 ， 而当加8 %的硅粉时，水胶比可以为0.50。由于硅粉颗粒非常细，它们可以在很早的几个小时内发生火山灰反应。根据Carette 和Malhotra 1992) 的报导，硅粉对混凝土强度的贡献主要在28d 之前。所以，就长期强度增长方面，一般认为硅粉混凝土不如纯水泥混凝土或粉煤灰混凝土。Almad (1994) 引用的硅粉对NSC 强度发展的试验结果表明，硅粉掺量增加使得早期相对强度发展降低，Sandvik 1992 在65 MPa 的混凝土中也发现了这种现象。

然而，尽管在相同的水胶比下硅粉混凝土的早期相对强度发展比纯水泥混凝土的慢，由于加入硅粉使得强度大大提高，硅粉混凝土的绝对强度则比纯水泥混凝土的高。另一方面，经验表明，HPC 的早期强度发展比NSC 的快，虽然HPC的凝结时间可能稍有推迟，其凝结之后的水化作用会由于高效减水剂和硅粉大大加快。其结果通常是凝结之后强度发展非常快。

对于某些空气中干燥或养护的很低水胶比的硅粉混凝土试件，有抗压强度倒缩的报导(De Larrard 和Aiticin 1993) 。这种强度降低通常发生在90 d 龄期之后，一般认为是由内部自干燥及干燥裂缝引起的。然而，许多其他研究人员的试验室及现场研究表明，HPC 的后期强度没有降低。例如，从6 种不同的HPC 中取得的3 个月至3 年龄期的所有钻芯试样试验结果表明，其强度在不断增长。当然，与NSC 比较， HPC 的长期强度增长潜力较小。

硅粉对高性能混凝土的耐久性的影响

混凝土的耐久性包括了混凝土的抗冻性、抗渗性、抗化学侵蚀性，抗钢筋侵蚀能力和抗冲磨性能，在此仅谈谈它对混凝土的抗冻性、抗渗性及抗化学侵蚀性的影响。

a) 抗冻性：当硅粉掺量少时，硅粉混凝土的抗冻性与普通混凝土基本相同，当硅粉掺量超过15 %时，它的抗冻性较差。通过大量的试验，这种观点基本上被证实了，主要原因是当硅粉超过15 %时，混凝土膨胀量增大，相对动弹性模数降低，抗压强度急剧下降，从混凝土内部方面特征看，比表面积小，间距系数大。

b) 抗渗性：由于硅粉颗粒小，比水泥颗粒小20～100 倍， 可以充填到水泥颗粒中间的空隙中，使混凝土密实，同时硅粉的二次水化作用，新的生成物堵塞混凝土中渗透通道，故硅粉混凝土的抗渗能力很强，混凝土的渗透性随水胶比的增加而增大，这是因为水灰比混凝土的密实性相对差些。

c) 抗化学侵蚀性：在混凝土中掺入硅粉，能减少Ca (OH) 2 含量，增加混凝土密实性，有效提高弱酸腐蚀能力，但在强酸或高深度的弱酸中不行，因混凝土中的CSH 在酸中分解，另外，它还能抗盐类腐蚀，尤其是对氯盐及硫酸盐类，它之所以能抗酸盐侵蚀，原因是硅粉混凝土较密实，孔结构得到改善， 从而减少了有害离子传递速度及减少了可溶性的Ca (OH) 2 和钙矾石(3CaO·Al2O3·3CaSO4 ·32H2 ) 的生成，而增加了水化硅酸钙晶体的结果。

一﹑硅灰的物理化学性能：

1、硅灰: 外观为灰白色粉末﹑耐火度>1600℃。容重：200~250千克/立方米。硅灰

的化学成份见下表：

项目 SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO Na2O PH

平均值 85~94% 1.0±0.2% 0.9±0.3% 0.7±0.1% 0.3±0.1% 1.3±0.2% 中性

2、硅灰的细度：硅灰中细度小于1µm的占80%以上，平均粒径在0.1～0.3µm，比表面积为:20～28m2/g。其细度和比表面积约为水泥的80～100倍，粉煤灰的50～70倍。

3、颗粒形态与矿相结构：硅灰在形成过程中，因相变的过程中受表面张力的作用，形成了非结晶相无定形圆球状颗粒，且表面较为光滑，有些则是多个圆球颗粒粘在一起的团聚体。它是一种比表面积很大，活性很高的火山灰物质。掺有硅灰的物料，微小的球状体可以起到润滑的作用。

二、作用：硅灰能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体。在水泥基的砼、砂浆与耐火材料浇注料中，掺入适量的硅灰，可起到如下作用：

1、显著提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能。

2、具有保水、防止离析、泌水、大幅降低砼泵送阻力的作用。

3、显著延长砼的使用寿命。特别是在氯盐污染侵蚀、硫酸盐侵蚀、高湿度等恶劣环境下，可使砼的耐久性提高一倍甚至数倍。

4、大幅度降低喷射砼和浇注料的落地灰，提高单次喷层厚度。

5、是高强砼的必要成份，已有C150砼的工程应用。

6、具有约5倍水泥的功效,在普通砼和低水泥浇注料中应用可降低成本.提高耐久性。

7、有效防止发生砼碱骨料反应。

8、提高浇注型耐火材料的致密性。在与Al2O3并存时，更易生成莫来石相，使其高温强度，

抗热振性增强。

三、适用范围：

商品砼、高强度砼、自流平砼、不定形耐火材料、干混（预拌）砂浆、高强度无收缩灌浆料、耐磨工业地坪、修补砂浆、聚合物砂浆、保温砂浆、抗渗砼、砼密实剂、砼防腐剂、水泥基聚合物防水剂；橡胶、塑料、不饱合聚酯、油漆、涂料以及其他高分子材料的补强，陶瓷制品的改性等等。

四、应用领域：

1﹑用于砂浆与砼中：高层建筑物、海港码头、水库大坝、水利、涵闸、铁路、公路、桥梁、地铁、隧道、机场跑道、砼路面以及煤矿巷道锚喷加固等。

2﹑材料工业中：○1 高档高性能低水泥耐火浇注料及预制件，使用寿命是普通浇注料

的三倍，耐火度提高约100℃，高温强度及抗热震性能都明显改善。已普遍应用于：焦炉、炼铁、炼钢、轧钢、有色金属、玻璃、陶瓷及发电等行业。 ② 大型铁沟及钢包料、透气砖、涂抹修补料等。③ 自流型耐火浇注材料及干湿法喷射施工应用。○4氧化物结合碳化硅制品（陶瓷窑窑具、隔焰板等）。⑤ 高温型硅酸钙轻质隔热材料。⑥ 电瓷窑用刚玉莫来石推板。⑦ 高温耐磨材料及制品。⑧ 刚玉及陶瓷制品。⑨ 赛隆结合制品。

目前除在浇注型耐火材料中普遍使用之外，在电熔和烧结型耐火材料亦获得大量应用。

3、新型墙体材料、饰面材料：○1墙体保温用聚合物砂浆、保温砂浆、界面剂。② 水泥基聚合物防水材料。③ 轻骨料保温节能砼及制品。④ 内外墙建筑用腻子粉加工。

4、 其他用途： ① 硅酸盐砖原料。② 生产水玻璃。③ 用做有机化合物的补强材料。因其成份与气相法生产的白炭黑相近。可以用在橡胶、树脂、涂料、油漆、不饱合聚酯等高分子材料中用作填充补强材料。④ 化肥行业中用作防结块剂。

五、使用方法及注意事项：

1、 掺量：一般为胶凝材料量的5-10%。硅灰的掺加方法分为内掺和外掺，①内掺：在加水量不变的前提下，1份硅粉可取代3-5份水泥（重量）并保持混凝土抗压强度不变而提高混凝土其它性能。②外掺：水泥用量不变，掺加硅灰则显著提高混凝土强度和其它性能。混凝土掺入硅灰时有一定坍落度损失。这点需在配合比试验时加以注意。硅灰须与减水剂配合使用，建议复掺粉煤灰和磨细矿渣以改善其施工性。用硅灰配制混凝土时，一般与胶凝材料的重量。 比为：（一）高性能混凝土：5-10%；（二）水工混凝土：5-10%（三）喷射混凝土：5-10%；（四）助泵剂：2-3%；（五）耐磨工业地坪：6-8%；（六）聚合物砂浆、保温砂浆：10-15%，（七）不定形耐火浇注料：6-8%。使用前请根据实际需要

通过实验选定合理、经济的掺量。

2﹑掺加方法：

硅灰混凝土及浇注料应由试验室作出施工配合比。严格按照配合比施工。在硅灰混凝土的搅拌中硅灰应在骨料投料之后立即加入搅拌机。加入方式有两种程序：①投入骨料，随后投入硅灰、水泥干拌后，再加入水和其它外加剂。②投入粗骨料+75%水+硅灰+50%细骨料，搅拌15-30秒，然后投入水泥+外加剂+50%细骨料+25%水，搅拌至均匀。搅拌时间比普通混凝土延长20-25%或50-60秒。切忌将硅粉加入已拌和的混凝土中。

3、施工方法：

硅灰混凝土与普通混凝土的施工方法并无重大区别，但施工中良好地组织与振捣密实很有必要。硅灰混凝土早强的性能会使终凝时间提前，在抹面时应加注意；同时掺加硅灰会提高混凝土的粘滞性和大幅度减少泌水，使抹面稍显困难。

4、施工安全：

硅灰混凝土施工安全应严格按照混凝土工程的有关国家施工规范进行操作，但因硅灰较轻，严禁高空抛洒材料，防止硅灰飞扬。

六、产品的包装、贮存与运输：

1、本产品使用复膜塑料编织袋包装。包装规格为：30千克/袋、25千克/袋、20千克/袋。

2、本产品应在干燥、避雨、遮阳的环境中存放。产品遇水结块活性损失。禁止在阳光下长时间暴晒，以免包装袋风化，产品外洒。

3、本产品不属危险品，运输可按《非危险品规则》办理。

微小的石英粉颗粒,一般石英(二氧化硅)的含量会很高,99以上,所以称硅微粉

硅微粉是一类用途极为广泛的无机非金属材料，具有介电性能优异、热膨胀系数低、导热系数高，硅微粉系列产品是由纯净石英粉经先进的超细磨工艺流程加工而成。它具有白度高、颗粒细、粒度分布合理、比表面积大、悬浮性能优、纯度高等优点，广泛用于涂料、油漆、胶粘剂、硅橡胶、精密铸造、高档陶瓷、环氧树脂灌封料及普通电器、高压元器件的绝缘浇注、集成电路的塑封料和灌封料、粉末涂料、电焊条保护层及其它树脂填料等。

硅微粉呈灰色，颗粒呈球形，极细，最细颗粒小于0.01UM，平均粒径0.1-0.3UM,常温下易结合成较松的块状，具有较高的胶凝性和吸附能力，广泛应用于水电工程、耐火材料、公路、桥梁、隧道、化工陶瓷、橡胶等行业。

硅微粉化学成分及含量：SIO2:92.8%，AL2O3:0.76%, FE2O3：0.52%，CAO:0.31%MG:0.53%, C:1.5%，K2O:2.2%，NA2O:0.58%，灼减量:0.8%。

硅微粉粒度分布:0-0.3um:44.8%,0.3-0.5um:20.2%, 0.5-0.7um:14.6%,0.7-1um:14.4%, 1-5um:10.7%

微硅粉（学名“硅灰”， Microsilica 或 Silica Fume ），系在冶炼硅铁和工业硅时，

通过烟道排出的硅蒸汽氧化后，经特别设计的收尘器收集得到的无定形、粉末状的二氧化硅（Sio2）。微硅粉平均粒径在 0.1-0.15 μ m ，为水泥平均粒径的几百分之一。比表面积为 15 -27 m2/g ，具有极强的表面活性。

我公司按照微硅粉的 SiO 2 含量这个指标，把产品分为： 85%--95% 三种规格，其物理性质和化学成分如下：

1. 微硅粉的基本物理性质：

◇ 存在形式：无定形超细（非晶体）粉末

◇ 典型颜色：灰白色（自然状态呈白色，随着密度的增大，颜色逐渐加深）

◇ 比表面积： 15 ～ 27 m2/g

◇ 松散容重： 150 ～ 200kg/m3

◇ 活性指标： ≥85%

◇ 需水量比： ≤125%

2. 微硅粉的主要化学成分是SiO 2 ，含量可达 85 — 95% ，其元素包括 Fe2O3 、 Al 2 O 3 、 CaO 、 K2O 、 Na2O 、 MgO 、 C 等。

基于微硅粉优异独特的物理化学性能，欧、美、日等发达国家早于八十年代即开展关于微硅粉在高性能混凝土、超强水泥、耐火材料等领域的应用研究及应用，并先后制定颁

布实施了关于微硅粉在不同应用领域的质量标准。目前，微硅粉世界市场产销量约 50 ～ 60 万吨 / 年，主要应用于高强度耐火材料和建筑行业（高强混凝土及水泥制品等）。作为硅铁合金、金属硅及氧化锆行业的副产物，资源有限，国外市场供不应求。国内微硅粉应用起步时间不长，但增长迅速，目前年产微硅粉 10 ～ 12 万吨，主要应用于水泥或混凝土掺合料，以改善水泥或混凝土的性能，配制具有超高强（ C70 以上）、耐磨、耐冲刷、耐腐蚀、抗渗透、抗冻、早强的特种混凝土，用于大坝、大型水库、水电、海港码头、铁路桥梁（如青藏铁路 90% 的微硅粉采用甘肃三远铁合金有限公司的产品）、高速公路、飞机场跑道、隧道及超高层建筑等工程。同时，微硅粉还可以用于耐火材料和陶瓷制品的生产，提高产品的强度和耐久性；用于油漆、涂料、树脂、橡胶及其它高分子材料填充物，能起到改善材料综合性能的目的。

（一 ）、产品特点：

1. 微硅粉用于混凝土，具有以下独特优点：

（ 1 ）制造高 强度混凝土（ C70 以上），显著提高混凝土的强度和泵送性能；

（ 2 ）制造高抗渗（≥ P30 ）、结构自防水混凝土，用于地铁、隧道、高层建筑物的地下室；

（ 3 ）制造海工和化工混凝土，由于其高致密性能，有效阻止硫酸盐及氯离子对混凝土的渗透、侵蚀，避免混凝土钢筋受到腐蚀，从而延长混凝土的寿命；

（ 4 ）在水利、高速公路、桥梁工程项目中，混凝土不仅需要上述基本指标，更对其耐磨、耐冲刷有非常苛刻的要求，掺入微硅粉非常必要；

（ 5 ）微硅粉极强的活性，具有减水性能，适用于快速施工需要的早强、高强混凝土的外加剂； 隧道、地铁、大型基坑结构施工过程中用于支护的高强喷射混凝土的外加剂；水下施工项目（如：桥墩、大坝、钻井平台等）用的混凝土的外加剂；

2. 微硅粉用于改善耐火材料已有四十余年的历史，微硅粉用于耐火材料将具有下列特点：

（1） 提高浇注型耐火材料的流动性、减少用水量，使其易于成型，生产效率大为提高；

（2） 由于其超微结构的填隙作用，耐火材料的致密性和强度获得大幅度提高；

（3） 微硅粉具有高活性，在 Al 2 O 3 成份存在的前提下，更易生成莫来石相，使耐火材料的的高温强度、热震性明显提高。

目前除在浇注型耐火材料中普遍使用之外，在电熔和烧结型耐火材料中亦正获得大量应用。

3. 使用方法：混凝土工程中，根据使用功能确定，一般建议掺入量为胶结材料的 5% －10% ，并且与减水剂配合使用。

微硅粉与水泥、骨料同时加入搅拌，严格按规范施工，同时必须加强养护。

（二）、产品规格：

（1）产品分为加密和不加密两大类。

（2）包装：微硅粉每袋2 0 kg 。（可根据用户要求包装）

加密微硅粉按实际生产重量交货。

（3）贮存和运输

微硅粉用编织袋套塑料内密封袋包装，在贮存和运输过程中注意防水、防潮。

二、微硅粉成分指数

微硅粉的推广应用，标志着我国的建筑行业和陶瓷耐火材料生产进入高技术时期， 80 年代，由于 微硅粉的应用也带动了其它微粉的应用，随着市场的发展变化，建筑行业、陶瓷及耐火材料要求日益提高，微硅粉的其特的理化性能，将会受到市场更加亲睐，应用前景十分广阔。近几年，微硅粉在建筑和建材行业中应用，达到非常理想的效果，其用途越来越广阔。

微硅粉渗入水泥混凝土后能很好地填充于水泥空隙之中，使浆体更微密，另外它还与游离的 Ca(OH) 结合，形成稳定的硅酸钙水化物 2CaO.SiO2 .H 2O,该水化物凝胶强度高于 Ca(OH) 晶体，主要表现在 :

（ 1 ）增加强度。使混凝土抗压、抗折强度大大增加，渗入 5-10% 的 微硅粉，抗压强度可提高 10-30% ，抗折强度提高 10% 以上 ;

（ 2 ）增加致密度。抗渗性能提高 5-18 倍，抗化能力提高 4 倍以上 :

（ 3 ）抗冻性： 微硅粉混凝土在经过 300-500 次快速冻解循环，相对弹性模量降

低 10-20% ，而普通混凝土通过 25-50 次循环，相对弹性模量降低为 30-73% ；

（ 4 ）早强性：微硅粉混凝土使诱导期缩短，具有早强的特性；

（ 5 ）抗冲磨、控空蚀性：微硅粉混凝土比普通混凝土抗冲磨能力提高 0.5-2.5 倍，抗空蚀能力提高 3-16 倍。

提供以下实验数据供参考：

1 、 活性指数试验

原材料（g） 控制配比 测试试配比

525 号硅酸水泥 540 486

微硅粉 0 54

软练标准砂 1350 1350

水 210 225

砂浆流动度（ mm ） 111-113 113-118

抗折强度 (mpa) 10.21 11.46

28天 抗压强度 (mpa) 76.1 83.8

活性 抗折 112

指数 抗压 110

2 、 微硅粉掺量对砂浆强度的影响：

原

材

料

用

量 (g)

1 2 3 4 5

水泥 540.0 507.6 496.8 486.0 475.2

微硅粉 0 32.4 43.2 54.0 64.8

标准砂 1350.0 1350.0 1350.0 1350.0 水 238.0 238.0 238.0 238.0 238.0

1350.0

减水剂 RC 0 0.54 0.81 1.08 1.35

微硅粉掺量 % 0 6 8 10 12

砂浆流动度 mm 136 142 142 143 139

7 天 抗折强度 (Mpa) 7.66 7.56 7.59 7.19 7.19

抗压强度 (Mpa) 52.2 49.6 53.0 50.7 49.6

28 天 抗折强度 (Mpa) 9.40 9.68 9.94 9.88 10.27

抗压强度 (Mpa) 66.0 70.0 73.0 78.0 84.7

3 、 混凝土强度试验：

原材料用量 （kg）

1 2 3

水泥

488.9

499.8 440.0

微硅粉 0 39.1 48.9

水 127.00 127.11 127.11

砂 621.7 621.7 621.7

石 1262.3 1262.3 1262.3

最大材料粒径 mm 20 20 20

水灰比 0.26 0.26 0.26

微硅粉掺量 % 0 8 10

减水剂用量 % RC 1.0 1.0 1.0

抗压强度 7 天龄期 62.2 68.9 69.6

28 天龄期 79.1 90.0 91.0

微硅粉应用陶瓷及耐火材料，可以大大降低浇注料水的用量，大幅度提高浇注料的强度和密度，甚而提高产品质量，改善产品的寿命，是最理想的结合剂和性能改善掺合物。