[ 摘　要] 硅灰的商業(yè)化應(yīng)用在美國(guó)已有25 年的歷史。在此期間，硅灰從一種處于研究階段的材料演變成一種在混凝土中被廣泛規(guī)定使用的組分。硅粉在被市場(chǎng)所接納的時(shí)間，恰好是“高性能混凝土”一詞產(chǎn)生的前夕，有充分的理由說(shuō)明：最初的硅灰混凝土項(xiàng)目正是高性能混凝土的起源。本文簡(jiǎn)述了在美國(guó)市場(chǎng)中硅灰使用的發(fā)展歷史；回顧了硅灰混凝土如何發(fā)展成為高性能混凝土；并總結(jié)了使用硅灰的適用場(chǎng)合、配合比、抹面和施工性能等方面的經(jīng)驗(yàn)。
    [ 關(guān)鍵詞] 高性能混凝土； 硅灰
    硅粉的市場(chǎng)化工作也進(jìn)行了近20 年時(shí)間。在此期間，硅粉的市場(chǎng)化工作也進(jìn)行了近20 年時(shí)間。在此期間，硅粉吸引了包括美國(guó)在內(nèi)的全球眾多研究人員的注意力。發(fā)展至今，成為多種混凝土的必要組成成分。

    引言
    眾所周知，在混凝土行業(yè)中，引進(jìn)和接受新技術(shù)是比較困難和緩慢的，這種說(shuō)法對(duì)于硅灰尤其準(zhǔn)確。對(duì)于這些新的技術(shù)，往往需要某個(gè)項(xiàng)目的“ 第一次使用”，從而從根本上打開(kāi)該技術(shù)廣泛應(yīng)用的大門(mén)。對(duì)于硅灰，其取得突破性進(jìn)展的項(xiàng)目是美國(guó)工程兵部隊(duì)在20 世紀(jì)80 年代初在水工結(jié)構(gòu)上
的應(yīng)用。在硅灰應(yīng)用于混凝土一段時(shí)間后，“高性能混凝土”(HPC) 術(shù)語(yǔ)出現(xiàn)在混凝土行業(yè)。如下所述，該材料(HPC) 的定義經(jīng)歷了一些反復(fù)。目前，“高性能”一詞較廣泛地表述了很多混凝土材料的性能特征。

    本文簡(jiǎn)要地回顧了硅灰在美國(guó)應(yīng)用于混凝土的歷史，以及早期進(jìn)行的市場(chǎng)化工作。然后，回顧了高性能混凝土的萌芽和演變。最后，本文對(duì)過(guò)去20 年硅灰在混凝土中應(yīng)用所積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。

    1 　歷史
    在20 世紀(jì)70 年代，兩個(gè)挪威的組織開(kāi)始將硅灰介紹到美國(guó)市場(chǎng)。其中一個(gè)是挪威的Norcem 公司，另一個(gè)是Elborg Technology 公司。現(xiàn)在，這兩個(gè)組織演變成為Norcem 混凝土制品公司和?？喜牧瞎?，并且仍然活躍于硅灰的生產(chǎn)和營(yíng)銷工作中。與此同時(shí)，美國(guó)工程兵部隊(duì)將水工結(jié)構(gòu)混凝土的抗沖磨性作為一個(gè)主要的研究方向[ 1 ] 。在工程兵部隊(duì)水道試驗(yàn)站工作(WES) 的劉先生[ 2 ] ，研制了模擬抗沖磨環(huán)境測(cè)試混凝土性能的試驗(yàn)方法，此后成為標(biāo)準(zhǔn)ASTM C1138[ 3 ] 。采用這種試驗(yàn)方法，開(kāi)展了大規(guī)模試驗(yàn)研究，比較許多不同的混凝土和其它材料的抗沖磨性能。

    筆者最早與硅灰打交道是20 世紀(jì)70 年代后期，在WES 水道試驗(yàn)站工作期間。兩個(gè)Elborg Technology 公司的人訪問(wèn)了我們， 并帶來(lái)材料樣品， 聲稱材料抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到210MPa 。盡管當(dāng)時(shí)在WES 水道試驗(yàn)站正在分析確定不同來(lái)源硅灰的特性[ 4 ] ，但這是我們第一次看到這種材料真正在混凝土中使用和推廣。

    測(cè)試所提供的150mm ×300mm 圓柱試件試驗(yàn)結(jié)果證明， 上述的高抗壓強(qiáng)度是確實(shí)存在的。根據(jù)該試驗(yàn)結(jié)果，高強(qiáng)硅灰混凝土被增加進(jìn)抗沖磨材料的試驗(yàn)計(jì)劃，試驗(yàn)結(jié)果令人滿意。因此，硅灰混凝土在兩個(gè)主要工程中得到了應(yīng)用。這兩個(gè)項(xiàng)目是洛山磯河低流量截面的襯板[ 5 ] 和更換Kinzua 大壩消力池底板[ 6 ] 。在參考文獻(xiàn)中對(duì)這兩個(gè)項(xiàng)目有詳細(xì)描述，所有參加者認(rèn)為這兩個(gè)項(xiàng)目是成功的。值得指出的是，在這兩個(gè)項(xiàng)目的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，均采用抗壓強(qiáng)度替代耐磨性能。這種間接規(guī)定混凝土性能的方法，在如今的高性能混凝土技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中很常見(jiàn)。后來(lái)的調(diào)查表明，硅灰混凝土具有被期望的抗沖磨性能。

    2002 年4 月對(duì)Kinzua 大壩消力池的檢查顯示，在使用將近20 年后，硅灰混凝土狀態(tài)良好迄今為止，硅灰混凝土的使用時(shí)間，已是先前使用的混凝土修補(bǔ)材料的兩倍，而原先使用的混凝土修補(bǔ)材料在使用到10 年的時(shí)候，其損壞程度已經(jīng)超過(guò)使用到20 年的硅灰混凝土。

    可惜抗沖磨混凝土的市場(chǎng)不夠大，不足以維持供應(yīng)商銷售大量的硅灰。Norcem 公司成功地開(kāi)辟了耐化學(xué)腐蝕混凝土領(lǐng)域，應(yīng)用于化肥和化工廠，但這個(gè)市場(chǎng)的容量仍然有限。兩個(gè)供應(yīng)商尋找嘗試其它合適的硅灰混凝土應(yīng)用。出現(xiàn)了兩個(gè)新領(lǐng)域：結(jié)構(gòu)應(yīng)用的高強(qiáng)混凝土和耐久性應(yīng)用的低滲透混凝土。

    Norcem 和Elborg Technology 公司是早期Whitlng[ 7 ] 研發(fā)“快速氯離子滲透”試驗(yàn)方法的支持者，該試驗(yàn)方法后來(lái)成為ASTM C 1202[ 8 ] 標(biāo)準(zhǔn)方法。通過(guò)這項(xiàng)試驗(yàn)的驗(yàn)證，硅灰混凝土應(yīng)用有了新的突破-俄亥俄州交通部第一個(gè)將其在橋面板上使用。在許多機(jī)構(gòu)充分試驗(yàn)論證的基礎(chǔ)上，這些初始項(xiàng)目建立起了對(duì)硅灰的信任和信心，同時(shí)有力推動(dòng)了硅灰在該領(lǐng)域的應(yīng)用。

    一開(kāi)始，兩個(gè)主要硅灰供應(yīng)商均是零售方式銷售，都與制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的人員合作，發(fā)展適用硅灰的項(xiàng)目，然后將硅灰直接賣給混凝土生產(chǎn)企業(yè)，同時(shí)在項(xiàng)目建設(shè)期間提供必要技術(shù)服務(wù)。過(guò)了一段時(shí)間，這兩個(gè)組織變成為如今的批發(fā)商?，F(xiàn)在在美國(guó)，直接銷售和項(xiàng)目技術(shù)服務(wù)主要都由外加劑供應(yīng)商承擔(dān)?？傮w來(lái)說(shuō)，硅灰在美國(guó)的應(yīng)用歷史可以概括如下：

    20 世紀(jì)70 年代中后期：硅灰被介紹到美國(guó)和開(kāi)始應(yīng)用。當(dāng)時(shí)，硅灰被看作一種配方產(chǎn)品，市場(chǎng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用是逐個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行的。

    20 世紀(jì)80 年代早期：硅灰的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)力度增大，但仍然是以項(xiàng)目為基礎(chǔ)。美國(guó)陸軍工程兵部隊(duì)的項(xiàng)目和俄亥俄州橋面板項(xiàng)目完成。

    20 世紀(jì)80 年代中后期：硅灰應(yīng)用增長(zhǎng)，仍然由生產(chǎn)商主導(dǎo)營(yíng)銷。20 世紀(jì)80 年代后期，美國(guó)的主要化學(xué)外加劑供應(yīng)商都將硅灰納入自己的產(chǎn)品系列。

    20 世紀(jì)80 代后期至90 年代中期：化學(xué)外加劑供應(yīng)商大力進(jìn)行硅灰的推廣。這是硅灰被廣泛接受的重要過(guò)程，因?yàn)檫@些公司具有更強(qiáng)的能力推廣這種材料和為項(xiàng)目提供技術(shù)服務(wù)。

    20 世紀(jì)90 年代中期至今： 硅灰成為能夠‘ 自身持續(xù)發(fā)展’的材料。設(shè)計(jì)人員在日常工作中選用硅灰，不再需要供應(yīng)商的幫助或參與項(xiàng)目。目前，在許多州交通部的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中都有硅灰，并在許多項(xiàng)目需要的某種高性能混凝土中應(yīng)用。

    2 　最初硅灰混凝土的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
    在Kinzua 項(xiàng)目應(yīng)用硅灰混凝土的一個(gè)有趣方面是制定項(xiàng)目技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。怎樣規(guī)定使用硅灰呢? 最早的兩個(gè)可能的供應(yīng)商均是將硅灰作為配方產(chǎn)品銷售，產(chǎn)品含硅灰和化學(xué)外加劑(減水劑、高效減水劑或兩者的組合) 。作為政府機(jī)構(gòu)，我們不想將招標(biāo)限制在這兩個(gè)供應(yīng)商內(nèi)—我們希望在更廣泛的供應(yīng)商范圍招標(biāo)。

    如前所述，Buck 先生[ 1 ] 當(dāng)時(shí)正在WES 水道試驗(yàn)站做一項(xiàng)工作，分析確定幾種不同硅灰的特性。WES 水道試驗(yàn)站的代表—總工程師辦公室和匹茲堡地區(qū)工程部(代表Kinzua 大壩) 一起討論了Buck 先生的數(shù)據(jù)。硅灰的性能，在氧化硅(SiO2) 含量水平85 % 左右，似乎是一個(gè)清晰的分界點(diǎn)。有合理數(shù)量貨源的硅灰，SiO2 含量大于85 % 。因此，在硅灰