养护制度对活性粉末混凝土（RPC）强度及韧性的影响.pdf

第 3 9卷第 6期 2 0 1 3年 1 2月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 25 7 养护制度对活性粉末混凝土( R P C ) 强度 及韧性的影响 廖 娟， 张 涛 ， 戢文 占， 王宝华， 王冬雁， 张东华， 张 楠 ( 中国建筑股份有限公司技术中心， 北京1 0 1 3 0 0 ) 摘 要： 对比试验表明， 热养护对提高 R P C抗压强度有利 ， 而标准养护则对提高 R P C韧性有利， 养护制度对抗折强 度的影响远小于抗压强度； 标准养护抗压强度( 6 0天) 均较热养护低， 抗折强度则基本相当， 部分略高， 标准养护的 R P C韧性好于热养护的。标准养护下采用常规搅拌工艺 ， 也能制备抗压强度 1 4 0 MP a以上的超高强度素 R P C ， 满 足实际工程应用的需要。 关键词： 标准养护； R P C； 龄期 ； 抗压强度； 抗折强度 中图分类号： T U 5 2 8 文献标志码 B 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 3 ) 0 6 2 5 7 0 4 0 引 言 活性粉末混凝土(R e a c t i v e P o w d e r C o n c r e t e， 简 称 R P C )是一种具有高强度 、 高韧性 、 低渗透性和优 异耐久性的新型水泥基材料， 作为目前国际工程材 料领域一个新的研究热点 ， R P C 2 0 0自 1 9 9 3年 由法 国 B o u y g u e s实验室研制 出以来 已逐 步应用到一些 重要工程领域 ， R P C 8 0 0还处在实验室试配 阶段 ， 尚 未应用于实际工程。国外 的代表性工程有加拿大魁 北克省的 S h e r b r o o k e预应力活性粉末混凝土结构人 行天桥、 法国的 C a t te n o m核电站发电厂冷却塔、 韩 国首尔预应力活性粉末混凝土结构人行天桥 P e a c e B r id g e 等。欧洲国家将这种材料应用于隧道内的吸 音板 、 危险废物容器 、 铁路轨枕 、 岩土锚固用的锚座 、 防撞隔离栏等。美 国 C P A R计划及法 国与美国陆军 工程师团合作生产大跨度 预应力混凝土梁 、 压力管 道及 放射 性 固体废 料 储存 容 器 等 R P C制 品。 R P C 2 0 0在国内的代表性工程在如铁路 电缆线盖 板、 桥梁等一些军事工程和铁道工程等工程领域中 也得到一些实际应用 J ， 取得 了一些宝贵 的应用经 验 ， R P C的应用形式多为预制构件。这 主要归结于 R P C材料组成及 配合 比设计原理 与普 通混凝 土截 然不同 ， 对骨料 、 水泥 、 掺 和料 的粒径和成型及养护 条件要求较严， 流动度不大， 常规制备工艺难以实现 其超高性能， 为使其强度得以充分发展 ， 多采用热水 ( 蒸汽 ) 养护方式制作预制构件 ， 在现场浇筑 的应用 研究很少， 与国外相比还存在相当差距 ， 使其工程应 用范围受到一定程度限制。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 7 - 0 5 作者简介： 廖娟( 1 9 7 3一 ) ， 女， 高级工程师， 研究方向： 水泥基材料 及外加剂应用技术 、 材料测试技术 。 Ema i l ： l i a o j u a n 9 8 9 9 q q C O I n R P C的超高性 能对一些施工性 能要求高 的基 础设施建设及其他工程领域非常重要， 如用于钢管 混凝土组合、 抗震加固等工程， 但在实际施工时， 这 些工程通常无法采用热养护 、 特殊 的制备工艺 ， R P C 综合性能难以发挥； 因此如何结合工程项目、 使用环 境及 R P C的技术性能特点 ， 考虑实用性 和经济性 ， 通过常规搅拌及成型工艺、 常规 自然养护开发 R P C 这一新材料 ， 是拓宽 R P C在国内结构工程应用领域 的关键所在。近年来 国内先后 开展 了 R P C原材料 优选， 配比优化， 在对常规制备工艺、 养护制度展开 一 系列试验研究 ， 其流动性能等施工性能得到极 大改善 ， 文献 3 也证实了 R P C经标养 、 热养两种养 护方式较长龄期养 护后都呈收缩态势； 标养条件下 的收缩率最小 ， 体积稳定性好 ， 非常有利于其与钢材 的结合使用 ， 热养护对提高抗压强度非常有利等等 ； 这些研究成果都为现浇结构中 R P C施工提供一定 的理论基础 ， 同时在养护制度 的研究方面也存在一 些不足。如主要 以 9 &C热水 ( 蒸 汽 ) 养护和 2 0 0 o C 以上的高压热养护抗压强度与标准养护 2 8天抗压 强度对比的影响研究较多， 对抗折强度及韧性的影 响研究较少 ， 尤其对标准养护下不 同水胶 比 R P C长 龄期力学性能的研究更少 ， 缺乏足够的了解 ， 不利于 R P C现场浇 筑应用技术 的开发。本 文以热养护强 度作为对比基准， 通过 R P C不同龄期强度和热养护 强度进行对 比试验 ， 对养护制度对强度及韧性 的影 响进行必要的研究， 为 R P C在自然养护下能广泛应 用于结构现浇施工进行一些初步探索。 1 试验研 究 1 1 原材料及试验配比 1 ) 水泥 ： P 0 4 2 5 ， 河北燕新 建材有限公 司( 表 1 ) 。 2 0 1 3 N o 6 廖娟 ， 等： 养护制度对活性粉末混凝土( R P C ) 强度及韧性的影响 2 5 9 注 ： 热 为热养 护强度 。 2试验 结果分析 2 1 龄期对( 抗压、 抗折 ) 强度的影响 假定 R P C热养护强度作为强度发展终极值 ， 以 抗压强度比( 标养强度 热养强度) 表征标准养护下 强度发展规律 ， 其值越大， 强度增长率越大。通过考 察 R P C不同水胶 比在不 同龄期 的强度及增长率 ， 掌 握标养条件下强度发展规律， 为其应用提供必要的 经验( 图 3 6 ) 。 图 3 R P C抗压 强度 与龄期的关 系 图4 R P C标准养护抗压强度增长趋势 从图3 6可知， 在水胶比0 1 4 0 2 0区间， 与 热养护强度相比， 3天抗压强度达到 5 0 6 0 ， 7 天强度达到 6 0 一 7 0 ， 2 8天强度达到 7 6 8 8 ， 6 0天强度达到 8 4 一 9 2 ； 从图4可知， 在水 胶比0 1 4 0 2 0区间， 与热养护强度相比， 3天抗 折强度 达 到 7 1 8 7 ， 7天 强 度 达 到 7 9 丑 酸 辖 图5 R P C抗折强度与龄期的关系 水胶 比0 1 4 _ I_水胶 L E o 1 5 水胶 比01 6 水胶比0 1 7 水胶 L E o 1 8 +水胶 L E o 1 9 +水胶L E o 2 0 图 6 R P C标准养护抗折强度增长趋势 1 0 6 ， 2 8天强度达到 9 l 一1 2 2 ， 6 0天强度达到 9 6 1 3 3 ， 随着龄期增长 ， 强度增长率越来越小。 当水胶 比为 0 2时 ， 抗折强度增长率明显较其他水 胶 比的偏大。 R P C在超过 2 8天龄期后 ， 混凝土的强度增长很 少 ， 强度波动变大 ， 甚 至 出现倒缩 或忽高忽低 的现 象。从图 3 6可知 ， 水胶 比为 0 1 9时 ， 抗压强度在 2 8天后出现强度倒缩现象， 水胶比为 0 1 7时， 抗折 强度在 2 8天后 出现强度倒 缩现象 ； 随着龄期 的增 长 、 水胶 比的减小 ， 水化产物不断增加 ， 毛细孔不断 减少， 抗压强度、 抗折强度总体呈增长趋势， 水胶比 变化对抗压强度的影响远大于抗折强度； 水胶比在 0 2以下 、 龄期超过 2 8天时， 强度 出现倒缩 的可能 性较大， 最佳的临界性养护龄期为2 8 天。 产生以上现象的原因可能是由于 R P C水胶 比 很小， R P C内毛细孔隙数量很少， 毛细孔隙体积很 如 勰 加博 H佗m B d 憩 的 如 丑 骥出 2 6 0 四川建筑科学研究 第3 9卷 小 ； 在胶凝材料水化过程 中， 随着新水化产物继续生 成发展， 体积不断增大， 不断填充毛细孔隙， 使形成 固相水泥石更加密实， 获得更高的结构强度。当养 护到一个 临界性龄期 ， 水化产物体积超过毛细孑 L 隙 体积时 ， 就会产生 内压 ， 撑破原有孔隙 ， 有可能在 已 定型的水泥石结构中引起微裂缺陷， 导致强度倒缩； 而随着水化继续进行 和水化产物继续生成 ， 已出现 的微裂结构又有可能重新愈合 ， 促进强度重新增长 。 2 2 养护制度对强度的影响 理论上讲 ， 对于 同一水胶 比， 如果 R P C所有 的 活性材料充分水化 的话 ， 热养护生成 的水化产物数 量大于标准养护的， 即表现为热养护强度 大于标养 强度。R P C进行 9 O q C的热 养护 可显著加速火 山灰 反应 ， 同时改善水化 物的微结构 ，生成低碱性水化 硅酸钙 ， 降低 了 c a ( O H) 的含量 ， 其形成 的水化产 物仍是无定形的 J ， 与标准养护形成的水化产物相 同， R P C标准 养护 时， 仅 水泥 、 硅粉 产生 火 山灰反 应 ， 随着龄期增加 ， 水化产物不 断生成 ， 持续填充毛 细孔隙， 改善水泥石微结构 ， 使得强度不断增大。热 养护水化反应速度远大于标准养护， 石英粉不仅能 发挥微集料填充效应 ， 热养护还具有一定 的火 山灰 效应_ 9 J ， 其生成 的水化 产物数量多 ， 对强度 的影响 也不一样。从图 7可知 ， 热养护抗压强度均 高于标 养 6 O天强 度 ，随着水胶 比的减小 、 标养龄期 的增 加 ， 抗压强度总体呈增长趋势。 图 7 养护制度对 R P C抗压强度的影响 标养3 天 标养7 天 标养2 8 天 标养6 0 天 热 养护 水胶比在0 1 4 0 1 9区间， 热养护时， 抗折强 度在2 4 4 2 7 4 M P a 区间小幅变化； 标准养护同一 龄期的抗折强度变化规律不明显， 差别不大。从图 8 知， 当水胶比在 0 1 4 0 1 5 、 0 2 0时， 热养护抗折 强度部分低于标养 6 O天强度， 当水胶比在 0 1 6 0 1 9时， 热养护抗折强度标养 6 O天强度略高于标 养强度 ； 当水胶 比0 2 0时 ， 两种养护方式 R P C抗压 强度相差越接近， 热养护抗折强度则 明显低 于标养 2 8 天、 6 O天抗折强度， 这可能是较高水胶比促进水 +热养护 标养3 天 标养 7 天 争 标养2 8 天 一 标养6 O 天 图8 养护制度对 R P C抗折强度的影响 化反 应 ， 生 成 的水 化 产 物 数 量 也 比较 接 近 的缘 故 ， 水化产物数量对抗压强度影响较抗折强度 明 显得多 ， 热养护的抗折强度较标准养护的偏低 ， 水胶 比 0 2 0水化速度较快可能会造成抗折强度不高而 强度增长率却较大的现象。 2 3 养护制度对韧性的影响 断裂韧性以材料单位体积在断裂时吸收的能量 为测量单位 ， 可 以用压折 比( 抗 压强度与抗折强度 的比值 ) 表征 ， 是 材料柔韧性物理量 的反 映。材料 的压折比越小， 其抗弯曲性能越好， 脆性越小。不同 的养 护方式对 R P C不同 ， 对 韧性 的影 响也各不相 同。 从图9可知， 热养护的压折比均大于标准养护 的 ， 标准养护的 R P C韧性均好 于热养护 ； 不 同水胶 比的 R P C标准养护时 ， 韧性差别不大 ， 水胶 比0 1 4 时韧性最佳 ； 热养护时 ， 水胶 比在 0 1 4 0 1 9区间， 随着水胶 比的增加 ， 韧性增加 ， 在水胶 比0 1 9时， 韧 性最好 ， 而热养护在水胶 比0 2 0时韧性最差 。 热养护 标养3 天 标养7 天 标养2 8 天 标养6 O 天 图9 养护制度对 R P C韧性的影响 3 结 语 1 ) 本文在不掺钢纤维的情况下， R P C在保证一 定流动度的情况下， 采用标准养护及常规工艺制备 的 R P C也能获得超高强度， 抗压强度可达到 1 4 0 M P a以上 ， 抗折强度 2 0 MP a以上采用 自然养护应用 ( 下转第2 7 0页) 如 勰 控 如 M B d 善 嘎 2 7 0 四川建筑科学研究 第 3 9卷 2 ) 建议模 式二 ： 适合 于三代人联合家庭 ， 院落 为近似正方形 1 6 m1 6 7 m， 建筑为两层。 4 结 语 对于宁夏沿黄城市带 回族新型住区院落空间布 局模式的探索研究 ， 体现 了对 回族 居民居住环境质 量和特有的民族文化心理 的 13益重视 。当然 ， 空 间 布局模式的研究仅仅能从功能组织、 空间架构方面 体现回族新型住 区土地集约利用 、 生活环境改善和 回族宗教生活延续方面的内涵 ， 如何使 院落空间 的 建设真正符合宁夏沿黄城市带未来 的发展需求 ， 最 大限度的营造回族文化氛 围， 实现生态 、 绿色、 安全 、 舒适的生活环境 ， 还需从建筑装饰 、 材料 、 结构、 基础 设施、 能源利用等等更广泛的层面继续深入研究， 从 社会 、 经济 、 文化 、 技术等各个领域来探 寻并建构适 合于宁夏沿黄城市带 回族新 型住 区建设 的院落 单 元 。 致谢 ： 感谢银川 市规划编制研究 中心的张媛媛 在论文调研 以及图件绘制方面的大力协助。 参 考 文 献 ： 1 李海霞 ， 孟文俊 中国民居 室 内设 计 的格局 研究 J 科 技资 讯 ， 2 0 1 0 ( 5 ) 2 李卫东 宁夏回族建筑研究 D 天津： 天津大学， 2 0 0 9 3 陈醋 ， 张健 传统民居空间划分的伦理 内涵 J 城 市文化 资本 ， 2 0 1 0 ( 2 ) 4 马平， 赖存理 中国穆斯林民居文化 M 银川： 宁夏人民出 版社 ， 1 9 9 5 5 马燕 从 民居 建筑看西北 回族的审美文 化特征 J 西北第 二 民族学院学报 ， 2 0 0 5 ( 2 ) ( 上接第 2 6 0页) 于现场浇筑是可行 的； 养护制度对抗折强度 的影 响 远小于抗压强度， 与热养护相比， 标准养护的抗压强 度略低 ， 6 O天抗压强度可达到热养护强度的 8 4 9 2 ， 抗折强度基本相当， 部分略高， 6 0天抗折强度 可达到热养护强度的 9 6 一1 3 3 ， 热养护对提高 R P C抗压强度有利， 而标准养护则对提高 R P C韧性 有利。 2 ) 标准养护下 ， R P C在水胶 比为 0 2时， 6 O天 强度较 2 8天强度增长幅度较大 ， 与热养护强度最接 近， 更适合采用标准养护， 建议采用 6 0天作为现浇 R P C验收龄期， 以便充分利用其后期强度； 当水胶 比小于 0 2时 ， R P C出现 6 0天强度倒缩现象可能性 大， 最佳的临界养护龄期是 2 8天。鉴于养护制度对 R P C各种性能 的影 响是 不 同的， 既有强度性 能、 韧 性方面的， 也有耐久性、 渗透性能等其他方面的， 可 根据具体工程的设计要求及施工条件， 针对不同的 应用需求 ， 选择重要 的性能指标进行更多的对 比试 验研究 ， 从而选择适宜的养护方式 。 3 ) 标准养护的R P C韧性整体好于热养护， 对提 高结构的安全性有利， 很适合应用于对抗折强度要 求高的领域 ， 如用于路面、 跑道工程等现场浇筑， 并 能大幅度减少路面混凝土厚度及配筋量。与普通混 凝土相比， R P C对材料及养护的要求很高， 成型工 艺复杂 ， 成本较高 ， R P C单位立方造 价较 高， 在同等 承载力的情况下， 其优良的技术性能， 可减少构件的 截面积， 减少混凝土用量， 增加更多的使用面积或使 用空间 ， 如能进行现场浇筑 ， 采用 自然养护将有利于 大幅降低 R P C造价成本 ， 便于其能广泛推广应用 。 参 考 文 献 ： 1 铁道部工程管理 中心 关 于铁路活性 粉末 混凝 土 ( R P C) 盖板 实施的指导意见 R 工管技 2 0 0 9 ) 7 5 号： l _ 7 2 陈毅卓， 阎贵平， 安明哲 常规搅拌工艺条件下活性粉末混凝 土抗压强度影响因素 的研究 J 铁道建 筑 ， 2 0 0 3 ( 3 ) ： 4 4 48 3 陈广智， 孟世强， 阎培渝 养护条件和配合比对活性粉末混凝 土变形率的影响 J 工业建筑， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 9 ) ： 6 3 - 8 4 4 何峰 ， 黄政宇 养护制度对活性粉末混凝 土( R P C) 强 度的影 响研究 J 混凝土 ， 2 0 0 0 ( 2 ) ： 3 1 - 3 4 5 周锡玲 ， 张胜 ， 谢友均 养护 制度对 活性粉末 混凝 土 R P C强 度与干缩性能 的影响 J 混凝土 ， 2 0 1 0 ( 4) ： 4 2 4 4 6 吴炎海， 何雁斌， 杨幼华， 等 养护制度对活性粉末 昆 凝土 ( R P C) 强度 的影响 J 福州大学学报 ： 自然科 学版 ， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 5 93 - 5 9 7 7 刘娟红 ， 王栋民 养护对矿物细粉活性粉末 混凝土性 能的影响 J 武汉理工大学学报， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 1 0 0 1 0 3 8 龙广成， 谢友 均， 陈 瑜 养 护条件 对活性 粉末混 凝土 ( R P C 2 0 0 ) 强度的影响 J 混凝土与水泥制品， 2 0 0 1 ( 3 ) ： 1 5 1 6 9 Z a n n i H ， C h e y r e z y M， M a r e t V， e t a 1 I n v e s t i g a t i o n o f H y d r a t i o n a n d P o z s z o l a n i c R e a c t i o n i n 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) U s i n g S i N MR J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h， 1 9 9 6， 2 6( 1 ) ： 9 3 1 0 0