活性粉末混凝土（RPC）配合比试验研究.pdf

2 0 1 1年 1 2月 第 2卷 第6期 高速铁路技术 HI GH S PEED RAI LW AY TECHNOLOGY No 6， Vo 1 2 De c 2 01 1 文章编号 ：1 6 7 4 8 2 4 7 ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 0 1 5 0 3 活性粉末混凝土 ( R P C ) 配合 比试验研究 张 劲 范卫红 刘学鹏 ( 中铁十二局集团大西铁路客运专线工程指挥部 ， 临汾 0 4 1 0 0 0 ) 摘要： 通过活性粉末 、 石英砂、 钢纤维、 聚羧酸系高性能减水剂等材料的配制试验 ， 分析并研究 了石英砂在 多级配骨料下不同水胶比、 不同钢纤维掺量对 R P C抗折、 抗压强度的影响。各项性能指标试验结果表明普通 硅灰、 粉煤灰、 矿粉、 聚羧酸减水剂代替特殊专用掺和料和专用外加剂配制 R P C混凝土能达到客运专线 R P C 混凝土的验标要求。 关键词： 活性粉末混凝土；配合 比； 试验研究 中图分类号 ： U 2 1 4 1 8 文献标识码 ： A E x p e r i me n t o f Mi x P r o p o r t i o n f o r R e a c t i v e P o w d e r C o n c r e t e( R P C) ZHANG J i n g F AN W e i - h o n g LI U Xu e - p e n g ( He a d q u a r t e r s o f D a t o n g X i a n P D L e n g i n e e r i n g ，C h i n a R a i l w a y 1 2 t h B u r e a u G r o u p C o ， L t d ， L i n f e n 0 4 1 0 0 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t： Th r o u g h t h e c o mp o u n d e x p e rime n t o f s u c h ma t e ria l s a s r e a c t i v e p o wd e r ，q u a r t z s a n d，s t e e l fi be r a nd h i g h p e r f o r ma n c e wa t e r r e d u c e r o f p o l y c a r b o x y l i c a c i d s y s t e m ，t h i s pa p e r a na l y z e s t h e i n f l u e n c e s o n a n t i f r a c t u r e a n d a n t i - p r e s - s u r e o f R P C c a u s e d b y mu l t i g r a d i n g a g g r e g a t e s o f q u a rt z s a n d wi t h d i f f e r e n t w a t e r g l u e r a t i o a n d s t e e l fi b e r mi x i n g Ea c h r e s u l t o f pe r f o r ma nc e i n d e x s h o ws t h a t t h e c o mmo n s i l i c e o us d u s t ，fl y a s h，mi n e r a l po wd e r ，p o l y c a r bo x y l i c a c i d wa t e r r e d uc e r c a n s u b s t i t ut e s p e c i a l a dd i t i v e s a n d a d mi x t u r e s t o b e mi x e d wi t h RP C a nd r e a c h t h e r e q u i r e me n t o f a c c e p t a n c e s t a n da r d o f RPC f o r PDL Ke y wo r d s： r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e；mi x i n g pr o p o rti o n；e x p e r i me n t a nd r e s e a r c h 1 前 言 客运专线桥梁采用整体式人行道挡板时 ， 由于振 动荷载、 风力及列车风载较大 ， 使得挡板尺寸较大， 自 重较重； 人行道盖板作为客运专线桥梁检查 车的移动 通道要承担相应的荷载 ， 需增加其截面高度 ， 自重也将 加大。采用活性粉末混凝土 ， 可大大减轻桥 面二期恒 载， 提高桥面设施 的耐久性 ， 减轻安装难度 。同时， 由 于活性粉末混凝土具有较高的抗拉强度 ， 并且在设计 时留有足够 的富余量 ， 可保证在使用过程 中构件不开 裂， 整体性较好， 能够很好地满足构件的使用性能和耐 久性需求。根据建设单位要求， 全线附属工程构件在 全路首次实现工厂化生产、 自动化流水线作业， 就是为 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 8 1 l 作者简介 ： 张劲 ( 1 9 6 8 一 ) ， 男 ， 高级工程师 。 了确保 R P C混凝 土超 高强、 低脆性 、 耐久性优异 的前 提下 ， 混凝土制品的外观要达到内实外美。在此 ， 笔者 对选用聚羧酸系高效减水剂、 多级配骨料 ( 石英 砂) 、 钢纤维 、 硅灰、 矿粉和粉煤灰复合 多掺 技术配置 R P C 混凝土进行 了试验研究 。 2 技术攻关 ( 1 ) 活性粉末混凝土( R P C ) 是继高强度、 高性能 混凝 土之后的又一种超高强度 、 低脆性 、 耐久性优异并 有广 阔应用前景的新 型混凝 土。但 由于 R P C混凝 土 一 般需掺入特殊掺合料和专用外加剂( 掺量大， 占7 左右 ) ， 导致 R P C混凝土成本偏高。 ( 2 ) 由于R P C混凝土水泥用量大， 每 m R P C混凝 土碱含量大于 6 k g m ， 所以， 在水泥水化过程 中， C S 和 C ： S水化生成 csH凝胶的同时， 形成了大量的 C a ( O H) ： 。C a ( O H) 是一种极易溶解的物质 ， 在水化 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 张劲 ， 等： 活性粉末混凝土( R P C) 配合比试验研究 2 0 1 1 年 1 2月 初期往往存在于混凝土的游离水 中， 在混凝土凝结硬 化早期 ， 随着混凝土的干燥 ， 结构 内部含 C a ( O H) 浓 度较高的游离水会逐渐沿着内部毛细孔向外迁移 ， 以 补偿表面被蒸发掉 的水分 ， 将溶于其中的 C a ( O H) 带 出， 到达混凝土表面后 ， C a ( O H) 与空气 中的 C O ： 和 H ， 0发生 化 学 反 应 ， 生 成 不 溶 于水 的 白色 沉 淀 物 C a C O 附着在混凝土表面上 ， 这种现象俗称泛碱 ， 使得 R P C预制板外观质量受到极大影响。 3 技术路线 ( 1 ) 采用硅灰 、 矿粉、 粉煤灰多掺技术替代特殊掺 合料 。 ( 2 ) 采用非 引气型聚羧酸高性能减水剂 ， 消除有 害气泡。 ( 3 ) 采用以下技术措施优化混凝土配合 比： 选用最大粒径为 1 0 m m的石英砂为多级配骨 料 ， 提高了混凝土的匀质性 ； 通过提高组分 的细度使 R P C内部达到最大填 充密实度 ， 将材料初始缺陷降至最低 ； 在成型过程中振动频率应达到 5 0 H z以上， 减 _ I 口 少 空 隙 ， 并 通 过 雾 室 加 温 ( 3 0 7 0 ) 养 护 来 加 速 活 性粉末的水化反应 ， 强化水化物的结合力， 同时避免蒸 汽养护产生冷积水附着于 R P C板引起泛碱现象 ； 掺入细而短的钢纤维， 提高混凝土的抗弯折强 度 ， 从而有效地克服 了普通高性能混凝土的高脆性 ； 采用低水胶比( 0 1 3 0 1 6 ) 控制最小用水量， 显著提高混凝土强度及耐久性 ， 同时避免水泥水化过 程中产生的 C a ( O H) 由于混凝土表面缺水被混凝土 内部多余的游离水带到混凝土表面 ， 与空气 中的 C O 和 H， O发生化学反应生成不溶于水的 白色沉淀 ， 附着 在混凝土表面， 造成泛 白， 因此还要在养护过程中相应 采取保水措施 ； 采用低碱水泥和含碱量低的聚羧酸高性能外加 剂 ， 尽可能减少每立方 R P C的总碱含量 。 4 试验方法 通过活性粉末混凝土( R P C ) 的配制试验 ， 采用单 因素优化方法 ， 研究水胶 比、 高性能减水剂 、 钢纤维和 硅灰的掺量对 R P C抗折、 抗压强度 的影响规律 。在考 虑强度指标、 造价及施工方便的基础上， 提出了活性粉 末混凝土最优配合 比， 从试验工艺上解决产品外观质 量通病。 5 原材料的选择及技术指标 配制活性粉末混凝土用原材料及混凝土技术指标 如表 1表 3所示 。 表 1 活性粉末混凝土 ( R P C) 原材料规格型号及性能要求表 材料 规格型号 性能要求 名称 强度等级不低于 4 2 5 ， 低碱 c A含 量 不大 于 8 ，性 能 符 水泥 硅酸盐水 泥或 普 通硅 酸盐 水泥 合 G B 1 7 5 2 0 0 7规定 石英砂 ， 分 0 6 31 0 m m、 S i O 2 含量 大于 9 7 ， 含泥 量不 骨料 0 3 1 50 6 3 mm、 0 1 6 大于 0 5 ， 按 照 G B T 1 4 6 8 4 0 3 1 5 m m 3个粒级 2 0 0 1规定进行筛分 直径 0 1 8 0 2 3 mm， 长度 抗拉强度不低 于 2 8 5 0 MP a ， 其 钢纤维 它 性 能 满 足 J G 3 0 6 41 9 9 9 1 2 1 4 m m 要求 符合 G B 8 0 7 62 0 0 8标准 ， 减 外加剂 高性 能减水剂 水率不得低于 3 0 ， 硫 酸钠含 量不得 大于 2 满足 T B 1 0 4 2 42 0 1 0 ( 3 mm， 但 1 0 mm， 蜂窝麻面 允许修 补 但 8 m m或长度 2 0 mm 不合 格 6 R P C配合 比设计 6 1 配合比设计需考虑的几个问题 根据 R P C混凝土配合 比设计技术路线 ， 进行配合 比设计应考虑以下几个方面的问题 ： ( 1 ) 采用合理粒径多级配石英砂替代粗骨料 ， 尽 可能消除集料与浆体间的微裂缝、 孔隙等缺陷； ( 2 ) 采用最大密实理论模型原理 ， 选择不 同直径 多种材料填充球体间的孔隙， 从而达到最大密实状态 ； ( 3 ) 掺入钢纤维增大 R P C的韧性和延性。 6 2 配合比设计参数的优选 综合配合比设计需考虑的3 个问题并结合相关资 料 ， 以及对外实地考察学 习后 ， 反复试验成 型大量试 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 张劲， 等 ： 活性粉末混凝土( R P C ) 配合比试验研究 2 0 1 1 年 1 2月 件 ， 优选出了进行配合比设计的相关参数。 ( 1 ) 确定 R P C的表观密度。随着石英砂 、 钢纤维 的掺量不同其密度在2 4 0 0 2 4 5 0 k g m 范围波动 ； ( 2 ) 水胶 比。随着外加剂 的性 能、 搅拌机 的转速 和各材料的配 比不同， 水胶 比确定在 0 1 3 0 1 6之间 均可 ； ( 3 ) 依据 R P C的抗折强度 1 8 M P a ， 同时考虑施工 工艺以及搅拌机的性能 ， 能否将钢纤维搅拌均匀分布于 拌和物中， 钢纤维的掺量在 1 0 0 1 4 0 k g m 。 为宜 ； ( 4 ) 基于出机后拌和物的工作性能和制品要达到 外观光滑 ， 每 1 m 混凝土的水泥用量 7 0 0 k g m ； ( 5 ) 硅灰 、 粉煤灰因需水 比较大 ， 在水胶 比不变时 需加大外加剂 的掺量。有文献证明硅灰掺量对 R P C 的抗折强度影响不明显 ， 但抗压强度明显提高； 粉煤灰 掺量过大， 会降低 R P C抗压强度， 但后期能提高其抗 折强度 。 6 3 优选 R P C混凝土配合比 针对 R P C盖板设计抗压强度 1 3 0 MP a ， 抗折强 度 1 8 MP a的要求 ， 将硅灰 、 粉煤灰 、 矿粉 、 石英砂确 定一个合理 的固定掺量。通过变化水胶 比( 提高抗压 强度) 和钢纤维掺量( 提高抗折强度) ， 同时拌合物的 工作性满足施工要求( 坍落度 1 5 0 2 0 0 m m) ， 拟定了 3个试拌配合 比( 如表 4所示 ) ， 并制作 了大量试件和 样 品， 采用不 同的养 护工 艺 ( 高温蒸 养、 雾 室加温 养 护 ) ， 最终制出了高品质的 R P C盖板成 品。 表 4 R P C配合比试验数据统计表 试验 水泥 硅灰 矿 粉 粉煤灰 石英砂 水 外加剂 钢纤维 胶凝总量 坍落 度 表观密度 编号 ( k g m ) ( k g m ) ( k g m ) ( k g , m ) ( k g m ) ( k g m ) ( k g m ) ( k g m ) 水胶 比 ( k g m ) ( m m) ( k g m ) 1 7 4 5 l 4 5 3 5 1 8 0 1 0 5 5 1 5 5 4 4 1 0 0 0 1 4 1 1 0 5 1 8 0 2 4 1 5 2 7 2 5 1 4 5 3 5 1 8 O l 0 5 5 1 6 5 4 3 1 2 O O 1 5 1 0 8 5 1 8 5 2 4 2 5 3 7 0 5 1 4 5 3 5 l 8 O 1 0 5 5 1 7 5 4 3 1 4 0 0 1 6 1 0 65 1 8 O 2 4 3 5 表 5 R P C材 料力学性 能及 耐久性试 验结果表 用水量 胶凝 钢纤维 水胶 比 抗压强度( M P a ) 抗 折强度 ( MP a ) 弹性 试验编号 总量 蒸养 标养 蒸养 标养 电通量 抗冻 模量 ( k g m ) ( k g i n ) ( ) ( C) 等级 ( k z m ) ( 2 8 d ) ( 2 8 d ) ( G P a ) 1 1 5 5 1 1 0 5 1 O O 0 1 4 1 5 0 1 4 7 1 9 5 1 8 9 3 4 F 5 0 0 5 1 2 2 1 6 5 1 0 8 5 1 2 O O 1 5 1 4 3 1 4 6 2 2 3 7 3 6 F 5 0 0 5 2 0 3 l 7 5 1 0 6 5 1 4 0 0 1 6 1 4 0 1 3 8 2 3 8 ， ， 0 3 7 F 5 0 0 5 2 4 6 4配合比设计试验结果分析 通过 固定硅灰 、 粉煤灰 、 矿粉 、 石英砂和外加剂掺 量 ， 变化水胶 比、 钢纤维掺量的对 比试验结果 ， 得出以 下结论 ： ( 1 ) R P C的抗压强度 是随着水 胶 比的减小而增 大 ， 在一定范围 内降低水胶 比有利 于 R P C抗压 、 抗折 强度显著增长。但水胶 比过低 时， 会导致拌合物流动 性较差， 施工困难且拌合物易风干， R P C板成型后会 带来外观质量缺陷； ( 2 )钢 纤 维 掺 量 依 据 设 计 抗 折 强 度 大 小 在 1 0 2 0 体积比时 R P C的强度得 到明显提高， 试 件破坏时裂而不散 ， 延性性能好。但随着掺量的加大 ， 钢纤维对 R P C抗压强度影 响不大。在试验过程 中观 察到掺量 3 0 的钢纤维搅拌成型较为困难， 易抱团， 给施工带来麻烦 ； ( 3 ) 有文献资料证 明在一定 范围 内硅灰 、 外加剂 掺量增加可以提高 R P C的强度 ， 但超过一定范围时强 度反而下降。 这里要说明表中 3个编号 的 R P C配合 比成型后 其试件的性能指标都满足设计要求的抗压、 抗折强度、 弹性模量、 氯离子渗透系数、 抗冻性能等参数， 均可用 于生产 R P C盖板。 7 结论 通过严格控制材料质量 ， 大量配合 比对 比试验 ， 重 视试验工艺 ， 控制好每道施工工序 ， 可以在不用特殊掺 合料的情况下试制出了高品质的 R P C盖板制品。经 过检验 ， 各项性能满足 ( 科技基 2 0 0 6 1 2 9号 ) 客运 专线活性粉末混凝土( R P C ) 材料人行道挡板 、 盖板暂 行技术条件 要求。 参考文献 ： 1 科技基 2 0 0 6 1 2 9号 ， 客运专线活性粉末混凝 土( R P C) 材料人行 道挡板、 盖板暂行技术条件 s 2 覃维祖 ， 曹峰 一种超高性 能混凝土 一活性 粉末混凝 土 J 工业 建筑 ， 1 9 9 9 ， 2 9( 4 ) ： 61 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m