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        活性粉末混凝土(RPC)預(yù)混合配料技術(shù)的研究

        2016-10-24 08:30:03李崇栩詹國良陳澤靈鄭楚茂葉門康
        廣東建材 2016年7期

        李崇栩  詹國良  陳澤靈  鄭楚茂  葉門康

        (廣東華隧建設(shè)股份有限公司)

        活性粉末混凝土(RPC)預(yù)混合配料技術(shù)的研究

        李崇栩詹國良陳澤靈鄭楚茂葉門康

        (廣東華隧建設(shè)股份有限公司)

        活性粉末混凝土(RPC)作為一種由多組分構(gòu)成的水泥基復(fù)合材料,從理論上說,其原料混合的均勻性對強度起著重要作用。為使RPC的力學(xué)性能達(dá)到最佳值,本文研究了不同粉料預(yù)混方式對RPC強度的影響。試驗結(jié)果表明,球磨機(jī)預(yù)混方式和混料機(jī)預(yù)混方式可提高RPC的抗壓強度,但對抗折強度效果不明顯。并對不同預(yù)混方式的粉料進(jìn)行顆粒分析,以探索其作用機(jī)理。

        活性粉末混凝土;預(yù)混;強度;顆粒分析

        活性粉末混凝土(RPC)是由世界最大的營造公司之一法國布伊格(Bouygues)公司以Pierre Richard為首的研究小組在1993年率先研發(fā)成功的一種超高強、高韌性、高耐久性、體積穩(wěn)定性良好的水泥基復(fù)合材料[1,2]。RPC材料目前達(dá)到的抗壓強度為170~810MPa,抗折強度為30~140MPa,斷裂能為1200~40000 J/m2,彈性模量為50~75GPa。目前,國際上的RPC材料有兩大系列,一是RPC200,二是RPC800。RPC800的性能已能與金屬材料媲美,但其生產(chǎn)工藝復(fù)雜,能耗高,難以實現(xiàn)工程化和產(chǎn)業(yè)化,相比之下RPC200則顯示出更美好的發(fā)展前景[3-5]。

        超細(xì)硅灰的摻入,使得水泥基復(fù)合材料具有了較高的顆粒填充密實度,而硅灰本身較高的火山灰效應(yīng)和填充效應(yīng)也極大地提高了所得成品的強度和其他工作性能。但是由于各種生產(chǎn)原料的比重顆粒尺寸相差較大,制備過程中的攪拌難以將它們充分混合均勻。原料粉體分散不均勻,會引起局部產(chǎn)物化學(xué)成分有較大的變化以及微觀結(jié)構(gòu)的變化,從而導(dǎo)致產(chǎn)品的強度,尤其是抗折強度下降,造成不必要的強度損失。因此本文就原料預(yù)混合對RPC混凝土性能的影響進(jìn)行了探索性的研究。

        表1 水泥化學(xué)組成

        表2 水泥物理性質(zhì)

        1 原材料及試驗方法

        1.1原材料

        水泥:廣州珠江水泥廠的粵秀牌P.Ⅱ42.5的硅酸鹽水泥,其化學(xué)成分及物理性能見表1、表2;硅灰:挪威??瞎杌?,該硅灰顏色在淺灰色與深灰色之間,密度2.2g/cm3左右,堆積密度一般在200~350kg/m3。硅灰的比表面積介于18000~22000m2/kg(采用氮吸附法即BET法測定);石英砂的粒徑范圍0.25~0.65mm,表觀密度2.62g/cm3。;高效減水劑:RJ-DH3日本觸媒公司的聚羧酸類高效減水劑;水:試驗室自來水。

        1.2試驗方法

        1.2.1試件成型與養(yǎng)護(hù)

        RPC的配合比(所用材料的用量均以質(zhì)量計,除特別說明外,下同)見表3。先將稱量好的硅灰、水泥和石英砂干拌3min;再將稱好的高效減水劑溶入水中加入,攪拌3min;攪拌完畢后,裝模。本試驗采用40mm× 40mm×160mm試模,裝模時分兩層裝,裝完第一層后在水泥膠砂振動臺上振動120次后裝第二層,全部裝完后再在水泥膠砂振動臺上振動120次刮平成型[6]。試件成型后帶模放入溫度20±2℃、濕度大于90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù),24h后拆模,然后放入80±5℃的蒸汽中養(yǎng)護(hù)2d,取出冷卻至室溫后測其抗折強度和抗壓強度。

        表3  RPC配合比

        1.2.2強度測試

        強度測試參照GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO)法》,采用濟(jì)南試金集團(tuán)有限公司濟(jì)南試驗機(jī)廠制造的WEW-600B微機(jī)屏顯液壓萬能試驗機(jī)和美國英斯特朗公司的Instron 5567型萬能試驗機(jī)進(jìn)行。

        1.2.3顆粒粒度分析

        采用美國APS-100粒度分析儀對不同預(yù)混方式的粉料進(jìn)行顆粒粒度分析。

        2 試驗結(jié)果與討論

        本文先后考察了不同預(yù)混方式——無預(yù)混方式、混料機(jī)預(yù)混方式、球磨機(jī)預(yù)混方式,以期獲得原料的最佳均勻分散效果。無預(yù)混方式即不對原料進(jìn)行預(yù)混,混料機(jī)預(yù)混方式是采用咸陽金宏通用機(jī)械有限公司的VH55型V型混合機(jī)對原料進(jìn)行混合,球磨機(jī)預(yù)混方式是采用上海市新建機(jī)器廠制造的3M05型 Φ500mm×500mm試驗球磨機(jī)對原料進(jìn)行短時間混合。三種預(yù)混方式按上列次序依次記為I、II、III。

        圖1為VH55型V型混合機(jī)的照片;圖2為球磨機(jī)預(yù)混方式所采用3M05型Φ500mm×500mm試驗球磨機(jī)的照片,球磨機(jī)采用的研磨體材料為高耐磨合金鋼,研磨體的尺寸、個數(shù)與質(zhì)量詳見表4。

        圖1  VH55型V型混合機(jī)

        圖2  3M05型球磨機(jī)

        表4 研磨體的規(guī)格、個數(shù)與質(zhì)量

        不言而喻,預(yù)混方式III對物料施加的剪切和擠壓力最大,雖然可能達(dá)到較好的混合效果,但也可能會改變原物料的粒徑分布。為此試驗使用粒度分析進(jìn)行了考察。圖3和圖4是混料機(jī)混料5min的粒度曲線和球磨機(jī)混料5min的粒度曲線。

        圖3 混料機(jī)混料5min的粒度曲線

        圖4 球磨機(jī)混料5min的粒度曲線

        由圖可見,無論是混料機(jī)混料還是球磨機(jī)混料,顆粒組成都是在1μm~1000μm之間,都具有雙峰分布,第一個峰代表粉末細(xì)顆粒,第二個峰代表砂子粗顆粒。兩種工藝的細(xì)顆粒峰值沒有變化,但球磨混料細(xì)顆粒峰面積增大了,而第二個峰值向小粒徑移動,而且峰面積減小了,這說明經(jīng)過短時間球磨混合后,細(xì)顆粒有所增多、粗顆粒有所減少。確切地說,對于預(yù)混方式II而言,其粒度分析測得的表面積平均粒徑為22.68um,體積平均粒徑為185.36um;而對于預(yù)混方式III而言,其表面積平均粒徑為19.18um,體積平均粒徑為102.36um。這說明,一些粗大的砂粒在球磨過程中,被進(jìn)一步粉碎,導(dǎo)致了平均粒徑的減小。

        為了研究以上三種預(yù)混方式對水泥基復(fù)合材料性能的影響,在相同配合比的前提下,分別成型了不同預(yù)混方式的試件,并進(jìn)行強度測試。三種預(yù)混方式的強度試驗結(jié)果如圖5所示。通過攪拌后的膠結(jié)料的強度值,發(fā)現(xiàn)三種預(yù)混方式的增強效果排序如下:球磨機(jī)預(yù)混方式>混料機(jī)預(yù)混方式>無預(yù)混方式。

        圖5 不同預(yù)混方式的強度結(jié)果值

        如圖5所示,對于抗折強度而言,三種預(yù)混方式的試驗結(jié)果差別不大;對于抗壓強度,球磨機(jī)預(yù)混方式的最好,混料機(jī)預(yù)混方式的其次,無預(yù)混方式的最差,球磨機(jī)預(yù)混方式和混料機(jī)預(yù)混方式的差不多,但都明顯優(yōu)于無預(yù)混方式的。這說明混料機(jī)預(yù)混方式還是提高了物料的均勻性,因此其抗壓強度要大于無預(yù)混方式的。而球磨機(jī)預(yù)混方式不僅改善了物料的均勻性,而且在一定程度上是將顆粒細(xì)化了,尤其是“粗顆?!鄙?,并非單純的混合處理。雖然粉磨可以進(jìn)一步提高粉料的分散均勻性,但粉磨也會帶來表面積增大,需水量增加,從而導(dǎo)致水灰比增大,強度有所下降,部分地抵消了提高粉料的分散均勻性所導(dǎo)致的強度增長,這就是球磨機(jī)預(yù)混方式和混料機(jī)預(yù)混方式力學(xué)性能差別不大的原因。

        3 結(jié)論

        ⑴在相同配合比和投料次序的前提下,研究了三種粉料預(yù)混方式對RPC強度的影響。試驗結(jié)果表明,球磨機(jī)預(yù)混方式和混料機(jī)預(yù)混方式可提高RPC的抗壓強度,但對抗折強度效果不明顯。

        ⑵顆粒分析表明,球磨機(jī)預(yù)混后,物料的平均粒徑減小,因此球磨機(jī)預(yù)混方式不僅改善了物料的均勻性,而且在一定程度上將顆粒細(xì)化了,尤其是“粗顆?!鄙?,而并非單純的混合處理?!?/p>

        [1]Richard P,Cheyrezy M.Composition of reactive powder concrete[J].Cem Concr Res,1995,25(7):1501-1511.

        [2]Richard P.Reactive powder concrete:a new ultra-high-strength cementitious materials[A].The 4th InternationalSymposiumonUtilizationofHigh Strength/HighPerformanceConcrete[C],Paris,1996. 1343-1349.

        [3]Bonneau O,Lachemi M,Dallaire E.Mechanical properties and durability of two industrial reactive powder concretes[J].ACI Mater J,1997,94(4):286-290.

        [4]Dugat J,Roux N,Bernier G.Mechanical properties of reactive powder concrete[J].Mater Struct,1996,29(4):233-240.

        [5]Bonneau O,Poulin C,Dugat J.Reactive powder concretes:from theory to practice[J].Concrete International,1996,18(4):47-49.

        [6]林東,西曉林,房滿滿,文梓蕓.硅灰預(yù)處理對高性能水泥基材料力學(xué)性能的影響及其機(jī)理[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008(11):138-142.

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