■ 牛麗坤

1 概述

活性粉末混凝土（RPC）是通過(guò)將被認(rèn)為是導(dǎo)致混凝土容易產(chǎn)生缺陷的粗集料剔除，再根據(jù)密實(shí)堆積原理，減小細(xì)骨料粒徑，在熱壓條件下成型，并高溫蒸壓而成。根據(jù)RPC組成和熱處理方式的不同，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)200～800 MPa，抗拉強(qiáng)度可達(dá)20～50 MPa，彈性模量為40～60 GPa，斷裂韌性高達(dá)40 000 J/m2，是普通混凝土的250倍，氯離子滲透性僅為高強(qiáng)混凝土的1/25，抗?jié)B透能力極強(qiáng)。

人行道板是橋梁的附屬設(shè)施，主要承受行人和相應(yīng)小型養(yǎng)路機(jī)械設(shè)備等荷載。目前鐵路人行道板混凝土強(qiáng)度等級(jí)較低、耐久性差、抵抗沖擊能力低、施工質(zhì)量差，普遍存在混凝土腐蝕掉塊、鋼筋銹蝕、板折斷等病害，有的已經(jīng)危及行人及施工機(jī)具安全。同時(shí)，普通混凝土人行道板自重大，增加了橋梁質(zhì)量，致使橋梁的豎橫向動(dòng)力特性較差。我國(guó)正在新建的高速鐵路設(shè)計(jì)等級(jí)提高，設(shè)計(jì)使用壽命延長(zhǎng)，采用普通混凝土制成的人行道板難以滿足相應(yīng)的性能及使用壽命要求。結(jié)合RPC的優(yōu)越性，在鐵路橋梁上采用新型RPC人行道板結(jié)構(gòu)型式替代傳統(tǒng)角鋼支架及普通混凝土板，不僅提高了構(gòu)件本身的使用壽命和耐久性，大大減少了人行道板結(jié)構(gòu)的維修工作量，還大幅提升了橋梁整體性能，具有重大的科學(xué)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

2 RPC組成材料的性能要求

RPC的主要組成材料包括膠凝材料、骨料、拌和水、復(fù)合外加劑及鋼纖維等。為使制備出的RPC試件達(dá)到相應(yīng)的性能要求，RPC使用的原材料除應(yīng)滿足國(guó)家相關(guān)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求外，還必須符合以下要求。

2.1 膠凝材料

RPC膠凝材料一般由水泥和高活性礦物摻合料組成，應(yīng)盡量使用需水量較低、與高效減水劑相容性較好、品質(zhì)穩(wěn)定、強(qiáng)度等級(jí)不低于P.O.42.5的低堿硅酸鹽水泥或低堿普通硅酸鹽水泥，并要求水泥熟料中的C3A含量不大于8%，不建議采用過(guò)高強(qiáng)度等級(jí)的水泥。

RPC必須采用包括硅粉在內(nèi)的高活性礦物摻合料，使用的高活性礦物摻合料應(yīng)滿足國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求，硅粉的活性SiO2含量宜在92%以上。

2.2 骨料

RPC對(duì)骨料有嚴(yán)格要求。骨料應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬，不宜含有輕物質(zhì)或云母等雜質(zhì)。優(yōu)先選用石英砂，可選用經(jīng)水清洗過(guò)的滿足粒徑要求的優(yōu)質(zhì)河砂；骨料最大粒徑宜小于1.18 mm；連續(xù)級(jí)配骨料范圍宜在0.075～1.18 mm，也可選用幾種不同粒級(jí)的間斷級(jí)配骨料進(jìn)行混合，選用原則：使得骨料體系的堆積密實(shí)度盡量接近于最大值；含泥量應(yīng)小于0.5%。

2.3 鋼纖維

鋼纖維對(duì)RPC的抗拉強(qiáng)度、韌性具有顯著影響。主要應(yīng)從RPC的工作性能及力學(xué)性能兩方面優(yōu)選鋼纖維。RPC采用的鋼纖維長(zhǎng)度應(yīng)不大于15 mm，長(zhǎng)徑比不宜小于50。鋼纖維抗拉強(qiáng)度不宜小于1 500 MPa，其他性能應(yīng)滿足JG 3064—1999的要求。

2.4 外加劑

為使RPC具有良好的工作性能，必須摻入高效的化學(xué)外加劑——非引氣型外加劑。外加劑的減水率應(yīng)不小于25%，不得使用會(huì)導(dǎo)致鋼筋或鋼纖維銹蝕的外加劑。外加劑的其他指標(biāo)應(yīng)滿足GB 8076—2008的規(guī)定。

2.5 拌和水

RPC使用的拌和水應(yīng)滿足JGJ 63—2006的要求。

3 RPC的擋板、蓋板技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)《客運(yùn)專線活性粉末混凝土（RPC）材料人行道板擋板、蓋板暫行技術(shù)條件》的相關(guān)規(guī)定，對(duì)同條件養(yǎng)護(hù)RPC力學(xué)性能和耐久性能要求如下：抗壓強(qiáng)度≥130 MPa；抗折強(qiáng)度≥18 MPa；彈性模量≥48 GPa；氯離子滲透量（6 h庫(kù)侖電量）<40 C；抗凍標(biāo)號(hào)>F500。

4 配合比參數(shù)與性能的關(guān)系

4.1 水膠比

水膠比是水泥基材料的重要參數(shù)。水膠比增大，水泥基材料的孔隙率增加，強(qiáng)度減少。因而，水膠比與強(qiáng)度有直接關(guān)系。水膠比對(duì)RPC抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖1中可以看出，當(dāng)RPC的水膠比大于0.20，其抗壓強(qiáng)度在120 MPa以下，抗折強(qiáng)度小于15 MPa；但當(dāng)水膠比小于0.2，RPC的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨水膠比的降低而快速增加。因此，為了使RPC的抗壓強(qiáng)度在130 MPa以上，RPC的水膠比應(yīng)小于0.2。

4.2 活性礦物摻合料摻量

硅粉是RPC中的關(guān)鍵組分之一，其摻量對(duì)RPC的強(qiáng)度有重要影響。不同硅粉摻量的RPC強(qiáng)度見(jiàn)表1。由表1可知，RPC中硅粉與水泥的質(zhì)量比應(yīng)在0.25～0.30。硅粉摻量較小時(shí)，RPC強(qiáng)度較低。

4.3 砂膠比（質(zhì)量比）

一定粒徑的砂子在RPC中起到骨架作用，并會(huì)影響RPC拌和物的工作性能。因此，選擇適當(dāng)?shù)纳白庸橇蠈?duì)制備性能優(yōu)良的RPC非常重要。不同砂膠比條件下RPC試件的流動(dòng)性和強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。RPC的水膠比為0.19，鋼纖維摻量為2%。

表1 活性礦物摻合料（硅粉）摻量對(duì)RPC強(qiáng)度的影響

砂膠比對(duì)RPC（未摻鋼纖維）抗壓和抗折強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖2。砂膠比對(duì)RPC拌和物的流動(dòng)性和硬化后的強(qiáng)度有顯著影響。隨著砂膠比的增大，RPC拌和物的流動(dòng)性減少，強(qiáng)度增大，但當(dāng)砂膠比超過(guò)1.3，RPC拌和物的流動(dòng)性顯著降低，強(qiáng)度不再增加。這表明，存在最佳的砂膠比范圍，使得RPC具有滿意的工作性和強(qiáng)度，本實(shí)驗(yàn)條件下RPC的砂膠比范圍宜選擇1.1～1.3。

5 RPC的典型組成與強(qiáng)度

根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，可得到RPC的典型組成與強(qiáng)度之間的關(guān)系（見(jiàn)表3）。同時(shí)，按照ASTM C 1202—1997標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試RPC試件的氯離子滲透性能結(jié)果表明，6 h通過(guò)RPC的電量非常小，一般小于40 C。這表明RPC的滲透性非常低，抗?jié)B能力好。研究表明，RPC內(nèi)部的孔隙率為2%左右，且基本不存在大的毛細(xì)孔。因此，RPC的抗凍性能非常優(yōu)越，可達(dá)到F500甚至F700抗凍等級(jí)。

表2 不同砂膠比條件下試件流動(dòng)度和強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果?注：表中數(shù)據(jù)為85 ℃蒸養(yǎng)72 h，標(biāo)養(yǎng)96 h后測(cè)得。

表3 130 MPa級(jí)RPC的典型組成 kg/m3?注：（1）強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果采用尺寸為10 cm×10 cm×10 cm試件測(cè)得；（2）85 ℃蒸汽養(yǎng)護(hù)恒溫48 h，測(cè)試齡期為10 d。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)客運(yùn)專線人行道蓋板、擋板用RPC的實(shí)驗(yàn)研究得到以下結(jié)論：

制備滿足《客運(yùn)專線活性粉末混凝土（RPC）材料人行道板擋板、蓋板暫行技術(shù)條件》RPC的主要原材料包括：P.O.42.5級(jí)低堿普通硅酸鹽水泥；高活性礦物摻合料，SiO2≥92%的硅粉，I級(jí)粉煤灰或S95礦渣；減水率不小于25%的非引氣型高效減水劑；最大粒徑不大于1.18 mm的石英質(zhì)骨料；長(zhǎng)徑比不小于50，長(zhǎng)度不大于15 mm的細(xì)小高強(qiáng)鋼纖維。

為了使RPC的抗壓強(qiáng)度在130 MPa以上，RPC的水膠比應(yīng)小于0.2。RPC中硅粉與水泥的質(zhì)量比應(yīng)在0.25～0.30。硅粉摻量較小時(shí)，RPC強(qiáng)度較低。砂膠比對(duì)RPC拌和物流動(dòng)性和硬化后的強(qiáng)度有顯著影響，存在最佳的砂膠比范圍，使得RPC具有滿意的工作性能和強(qiáng)度，本實(shí)驗(yàn)條件下RPC的砂膠比范圍宜選擇1.1～1.3。