易 聃

(中鐵三局集團(tuán)有限公司，山西太原 030001)

混凝土的高性能化和高功能化是21世紀(jì)混凝土科學(xué)和工程技術(shù)發(fā)展的前進(jìn)方向，活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)，是繼高強(qiáng)、高性能混凝土之后，在20世紀(jì)90年代中期開發(fā)出來的力學(xué)性能、耐久性能、施工性能以及環(huán)保性能等都非常優(yōu)越的一種新型水泥基復(fù)合材料，主要應(yīng)用于橋梁工程等建筑結(jié)構(gòu)。目前RPC已成為建筑工程材料領(lǐng)域一個新的研究熱點(diǎn)。本文將對活性粉末混凝土的質(zhì)量控制談?wù)剛€人的一些看法。

1 活性粉末混凝土概述

活性粉末混凝土是由以優(yōu)質(zhì)石英砂或河砂為骨料，摻入大量超細(xì)活性粉末、水泥、高效減水劑和高強(qiáng)微細(xì)鋼纖維等組分，通過優(yōu)化配合比設(shè)計，經(jīng)高溫、加壓養(yǎng)護(hù)等特定工藝制備而成的混凝土材料。由于其提高了組分細(xì)度和反應(yīng)活性，減少了孔隙和界面缺陷，改善了微結(jié)構(gòu)，提高了均質(zhì)性，從而顯著提高了混凝土的強(qiáng)度、韌性和耐久性。RPC的抗壓強(qiáng)度可達(dá)200 MPa～800 MPa;抗拉強(qiáng)度可達(dá)20 MPa～50 MPa;彈性模量可達(dá)40 GPa～60 GPa;斷裂韌性高達(dá)2 000 J/m2～40 000 J/m2，是普通混凝土的250倍，可與金屬鋁媲美;氯離子滲透性是高強(qiáng)混凝土的1/25，抗?jié)B透能力極強(qiáng);300次快速凍融循環(huán)后，試樣未受損，耐久性因子高達(dá)100%;預(yù)應(yīng)力RPC梁的抗彎強(qiáng)度與其自重之比接近于鋼梁［1］。

RPC可以解決目前高強(qiáng)與高性能混凝土的抗拉強(qiáng)度不高、脆性大、體積穩(wěn)定性不良等缺點(diǎn)，同時還可以解決鋼結(jié)構(gòu)的投資高、防火性能差、易銹蝕等問題。RPC的優(yōu)越性能使其在建筑業(yè)、海洋業(yè)、交通業(yè)和環(huán)境保護(hù)業(yè)及軍事設(shè)施等超高、超長、超深、超強(qiáng)和在各種侵蝕環(huán)境下使用的建筑物和構(gòu)筑物工程施工中有著廣闊的應(yīng)用前景。RPC的主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 RPC的主要技術(shù)指標(biāo)

2 原材料和配合比質(zhì)量控制

2.1 配制原理

眾所周知，混凝土是由粗、細(xì)骨料和膠凝材料等混合而成的多相復(fù)合材料，其性能取決于水泥石、粗骨料及兩者間界面結(jié)合的程度。研究表明，粗骨料與砂漿之間的過渡區(qū)是混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，過渡區(qū)存在的應(yīng)力集中、收縮應(yīng)力和較低的粘結(jié)力是影響混凝土受力性能及耐久性的主要因素，改善其組成結(jié)構(gòu)是提高混凝土性能的重要途徑［2］。

RPC正是以上述研究為基礎(chǔ)，對混凝土內(nèi)部及過渡區(qū)作了改進(jìn)，其基本配制原理如下:

1)選用優(yōu)質(zhì)石英砂或河砂為骨料，減小過渡區(qū)的范圍，整體提高體系的勻質(zhì)性;2)選用合適的水泥，摻入硅灰類等超細(xì)活性粉末，提高組分的細(xì)度，使體系內(nèi)部填充更密實(shí);3)選用高效減水劑減少用水量，降低水膠比，從而降低孔隙率;4)摻加高強(qiáng)微細(xì)鋼纖維，提高了韌性和抗彎折強(qiáng)度;5)在凝固前和凝固期間加壓，有效減少了氣孔和化學(xué)收縮引起的孔隙，通過熱養(yǎng)護(hù)或蒸汽養(yǎng)護(hù)來加速粉末的水化反應(yīng)，強(qiáng)化水化物的結(jié)合力。

2.2 原材料選擇

2.2.1 水泥

應(yīng)選用低水化熱和較低堿含量的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，避免使用早期強(qiáng)度高和C3A含量高的水泥。

2.2.2 復(fù)合摻合料

RPC用礦物摻合料應(yīng)選用品質(zhì)穩(wěn)定的產(chǎn)品，礦物摻合料宜為硅灰與粉煤灰或礦渣粉的復(fù)摻，也可選用RPC專用復(fù)合摻合料。復(fù)合摻合料性能指標(biāo)應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表2 復(fù)合摻合料性能指標(biāo)

2.2.3 骨料

應(yīng)采用級配穩(wěn)定的石英砂或級配良好的中粗河砂。石英砂平均粒徑應(yīng)為0.25 mm左右，粒徑范圍限制在0.15 mm～0.60 mm之間，顆粒形狀應(yīng)為球形，其性能指標(biāo)應(yīng)符合表3的要求;采用河砂時，河砂細(xì)度模數(shù)為2.6～3.0，含泥量不大于1.0%，泥塊含量不大于0.2%。

表3 骨料性能指標(biāo) %

2.2.4 鋼纖維

鋼纖維應(yīng)采用高強(qiáng)度圓截面纖維，其性能指標(biāo)應(yīng)滿足表4的要求。

表4 鋼纖維性能指標(biāo)

2.2.5 高效減水劑

應(yīng)選用減水率大、增強(qiáng)效果好的化學(xué)外加劑，同時與所用水泥及復(fù)合摻合料的適應(yīng)性能良好。其性能指標(biāo)應(yīng)符合表5的要求。

2.3 配合比設(shè)計

2.3.1 配制要求

配合比設(shè)計時應(yīng)根據(jù)設(shè)計使用年限、環(huán)境類別及作用等級、設(shè)計強(qiáng)度等級等條件，依據(jù)有關(guān)規(guī)定選定材料力學(xué)性能指標(biāo)與耐久性指標(biāo)。

2.3.2 設(shè)計原則

1)選用低水化熱和較低含堿量的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥;2)用低的拌和水量，水膠比應(yīng)控制在0.2以下;3)摻入RPC專用復(fù)合摻合料;4)選用性能良好的高效減水劑。

表5 高效減水劑性能指標(biāo)

3 施工質(zhì)量控制

3.1 RPC的攪拌、運(yùn)輸及澆筑

1)應(yīng)選用立軸行星式攪拌機(jī)拌和，攪拌速度應(yīng)不低于45 r/min。2)在配制RPC拌和物時，復(fù)合摻合料和水泥稱量應(yīng)準(zhǔn)確到±1%;骨料稱量應(yīng)準(zhǔn)確到±1.5%;水和外加劑稱量應(yīng)準(zhǔn)確到±0.5%。3)投料時，宜先投入粉體材料、砂和鋼纖維進(jìn)行預(yù)攪拌，然后加入液體材料再攪拌均勻，總攪拌時間不得短于7 min。4)攪拌完畢的混凝土拌合物坍落度宜控制在80 mm～120 mm。拌合物應(yīng)在20 min內(nèi)灌注完畢。5)運(yùn)輸設(shè)備采用斗車、吊斗等，運(yùn)輸距離一般不宜超過500 m，運(yùn)輸時間與靜停時間累加不超過20 min，運(yùn)輸過程拌和物表面需覆蓋，防止水分散失。6)拌和物澆筑宜從構(gòu)件的一側(cè)澆筑，逐步向另一側(cè)移動。對于用量小于0.1 m3的單個構(gòu)件，應(yīng)一次澆筑成型。7)根據(jù)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式與形狀確定振搗方式;小型薄壁構(gòu)件以臺式振搗為主，輔助插入式振搗;復(fù)雜形狀或大截面密配筋構(gòu)件一般以插入式振搗為主、附著式振搗器為輔配合使用，鋼筋密集部位宜加強(qiáng)側(cè)振或采用小直徑插入式振搗棒加強(qiáng)振搗。8)應(yīng)一次裝滿模具，連續(xù)灌注，應(yīng)具有良好的密實(shí)度。9)攪拌、運(yùn)輸、澆筑及構(gòu)件靜停應(yīng)在10℃以上的環(huán)境下完成?；炷寥肽囟纫丝刂圃?0℃ ～30℃。

3.2 RPC構(gòu)件的拆模

拆模應(yīng)注意不得損壞構(gòu)件的外觀并不得造成構(gòu)件的主體損傷。采用拆模后蒸汽養(yǎng)護(hù)工藝時，拆模時同條件試件抗壓強(qiáng)度不宜低于30 MPa，且成型結(jié)束至蒸汽養(yǎng)護(hù)開始時間不宜超過48 h。

3.3 RPC構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)

RPC構(gòu)件的蒸汽養(yǎng)護(hù)制度應(yīng)通過專門的試驗(yàn)確定，蒸汽養(yǎng)護(hù)結(jié)束后需自然養(yǎng)護(hù)，構(gòu)件表層溫度與環(huán)境溫度之差不應(yīng)超過20℃，當(dāng)環(huán)境平均氣溫高于10℃時，應(yīng)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，時間不應(yīng)少于7 d。

［1］陳 健，劉紅彬，賈玉丹，等.活性粉末混凝土的研究與應(yīng)用［J］.工業(yè)建筑，2005(S1):43-44.

［2］朱清江.高強(qiáng)高性能混凝土研制及應(yīng)用［M］.北京:中國建材工業(yè)出版社，1999.