袁宇鵬

(1.四川省建材工業(yè)科學研究院，四川 成都 610081；2.四川省材科院檢驗檢測有限公司，四川 成都 610081)

0 前 言

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,簡稱RPC)是在現(xiàn)代材料科學領域和混凝土技術領域迅速發(fā)展的基礎上衍生出來的一種高性能工程新材料，它具有低脆高韌、超高強度、耐久性優(yōu)異、體積穩(wěn)定性良好的特點，在國防工程、海港橋梁、管道運輸以及對抗震性和耐腐蝕性要求較高的建筑工程領域具有廣闊的應用前景。它是由水泥、粉煤灰、石英砂、硅粉、高性能減水劑等組成，剔除粗骨料，通過提高組分的細度與活性，使材料內(nèi)部的缺陷(孔隙與微裂縫)減少到最低程度，以獲得超高力學性能和高耐久性[1-4]。在RPC的凝結(jié)、硬化過程中采取適當?shù)募訅?、加熱等成型養(yǎng)護工藝，可加速活性分體的水化反應，強化水化產(chǎn)物的結(jié)合力。本文分析水膠比、膠材組成、砂膠比、鋼纖維摻量等因素對RPC強度和工作性的影響。

1 原材料

1)水泥。P.O52.5R，表觀密度3 150 kg/m3。

2)粉煤灰。Ⅰ級，表觀密度2 310 kg/m3。

3)硅粉。活性指數(shù)140，表觀密度2 330 kg/m3。

4)石英砂。10～20目、20～40目、40～70目，表觀密度2 650 kg/m3。

5)標準砂。廈門ISO標準砂。

6)高性能減水劑。聚羧酸系，減水率40%。

7)鋼纖維。長度10～13 mm，直徑0.5 mm。

8)水。普通飲用水，符合《混凝土用水標準》(JGJ63-2006)的規(guī)定。

2 試 驗

2.1 配制目標

1)RPC130：抗折強度≥18 MPa，抗壓強度≥130 MPa。

2)RPC160：抗折強度≥22 MPa，抗壓強度≥160 MPa。

2.2 活性粉末混凝土的試配

2.2.1 膠材組成的選擇

以水泥、標準砂、硅粉、粉煤灰、高性能減水劑為原材料，為簡化試驗繁雜程度，均以質(zhì)量比例出發(fā)，膠砂比為1.25，以尋求合適的膠材組成，按照表1中的配合比進行試配。養(yǎng)護制度為：標準條件下靜停24 h脫模，25 ℃/h升溫至90 ℃恒溫72 h，再25 ℃/h降至室溫后標養(yǎng)至28 d。試件為40 mm×40 mm×160 mm膠砂試件。

表1 膠材組成的選擇試驗

經(jīng)上述試驗，初步選定1號～3號作為RPC160的配合比的膠材比例(水泥∶硅灰∶粉煤灰=64∶16∶20)，1號～5號作為RPC130的配合比的膠材比例(水泥∶硅灰∶粉煤灰=42∶18∶40)。

2.2.2 石英砂級配的優(yōu)化

對于大摻量活性粉末混凝土來講，砂子是其中唯一的骨料，合理的砂子級配，不僅滿足使砂粒之間的空隙達到最小，同時也能使混凝土的均勻性更高。本試驗采用的砂子粒徑為10～20目、20～40目、40～70目的三種石英砂顆粒。應用黃兆龍密實堆積配合比設計法，從球體最緊密堆積理論出發(fā)，調(diào)整三種顆粒級配，使得三種骨料組分實現(xiàn)最緊密堆積，改善大摻量礦物細粉活性粉末混凝土的孔結(jié)構(gòu)，減小孔隙率，提高大摻量礦物細粉活性粉末混凝土的早期力學性能[5]。

經(jīng)反復試驗和理論計算，最終確定三種石英砂的級配比例為10～20目∶20～40目∶40～70目=60∶16∶24。

2.2.3 砂膠比的選擇

砂膠比對混凝土強度的影響涉及混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的勻質(zhì)性問題。RPC膠凝材料量較多，對其體積穩(wěn)定性可能造成不利影響，因此有必要控制漿體數(shù)量，確定RPC中最佳的漿骨比，從而提高RPC的體積穩(wěn)定性。本試驗為選擇較為理想的砂膠比，通過表2的配合比試驗來確定，試件為40 mm×40 mm×160 mm膠砂試件。

表2 砂膠比的選擇試驗

通過上述試驗可以看出，在水膠比不變的情況下，砂膠比在1.25～1.50時強度處于一個峰值區(qū)間，當砂膠比增大到1.62時強度降低；另外，為降低膠凝材料用量，特別是降低水泥用量，最終選擇砂膠比為1.50。

2.2.4 水膠比的選擇與鋼纖維的摻量

一般來說，RPC的抗壓強度隨著水膠比的增加而減小，對于RPC來說，水膠比宜為0.16～0.20。水膠比太小時，RPC拌合物的黏性很大，在振搗過程中不容易密實，也會影響RPC的抗壓強度。因此，在配制RPC時不應該一味地追求低水膠比，而應該綜合考慮水膠比和拌合物對模具的可填充性，在此基礎上選擇最佳的水膠比，以達到較高的強度。

另外，為增加RPC的抗拉強度與韌性，選擇向RPC摻入鋼纖維。鋼纖維對RPC的作用在于它能夠阻礙混凝土基體內(nèi)部微裂紋的產(chǎn)生、擴展，顯著提高RPC的韌性、延性和抗彎強度，有效地避免無征兆的脆性破壞的發(fā)生。不同鋼纖維含量對RPC的強度有影響，鋼纖維摻量越大，混凝土的28d抗壓強度越大，抗彎強度也越大。鋼纖維摻量對抗彎強度的影響比對抗壓強度的影響更明顯，這是因為鋼纖維的增強作用只有在試件受力達到抗壓強度之后，裂縫擴展到水泥石之中才得以發(fā)揮，這就是試件抗彎時在出現(xiàn)裂縫后，抗彎強度還能繼續(xù)上升的原因。但也不是鋼纖維摻得越多越好，摻得太多會降低混凝土的和易性、增加成本，而且也不能全部發(fā)揮作用?？紤]和易性及強度因素，綜合考慮選擇鋼纖維摻量。為此，通過表3～4的配合比試驗，選擇合適的水膠比和鋼纖維摻量。

表3 RPC160水膠比和鋼纖維摻量的選擇試驗

表4 RPC130水膠比和鋼纖維摻量的選擇試驗

通過上述試驗，確定RPC160水膠比為0.17，鋼纖維摻量為3.0%；RPC130水膠比為0.18，鋼纖維摻量為1.5%。

3 配合比確定

按上述所有試驗確定的各參數(shù)，成型100 mm×100 mm×100 mm的抗壓強度試件，100 mm×100 mm×400 mm的抗折強度試件，其養(yǎng)護制度為：標準條件下靜停24 h脫模，25 ℃/h升溫至90 ℃恒溫72 h，再25 ℃/h降至室溫后標養(yǎng)至28 d。配合比及28 d強度結(jié)果如表5。

表5 RPC130和RPC160最終配合比及力學性能

4 結(jié) 論

1)RPC的抗壓強度隨著水膠比的增加而減小，采用0.17和0.18水膠比可分別配制RPC160和RPC130混凝土。

2)鋼纖維的摻入，使得活性粉末混凝土的強度得到明顯提高，但鋼纖維不是摻得越多越好，摻量太大會降低混凝土的工作性。

3)在水膠比不變的情況下，砂膠比在1.25～1.50時,強度處于一個峰值區(qū)間，當砂膠比增大到1.62時,強度明顯降低。

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