活性粉末混凝土_RPC_配合比试验研究.docx

16748247 2011 06001503活性粉末混凝土( RPC) 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 041000)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 RPC 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 RPC 混凝土能达到客运专线 RPC 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:U214. 1 + 8文献标识码:AExperiment of Mix Proportion for Reactive Powder Concrete ( RPC)ZHANG JingFAN Wei-hongLIU Xue-peng( Headquarters of Datong-Xian PDL engineering，China Railway 12thBureau Group Co ，Ltd，Linfen041000，China)Abstract: Through the compound experiment of such materials as reactive powder，quartz sand，steel fiber and high per- formance water reducer of poly carboxylic acid system，this paper analyzes the influences on anti-fracture and anti-pres- sure of RPC caused by multi-grading aggregates of quartz sand with different water-glue ratio and steel fiber mixing Each result of performance index shows that the common siliceous dust，fly ash，mineral powder，poly carboxylic acid water reducer can substitute special additives and admixtures to be mixed with RPC and reach the requirement of accept- ance standard of RPC for PDL15Key words: reactive powder concrete; mixing proportion;experiment and research了确保 RPC 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 RPC 混凝土进行了试验研究。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1技术攻关( 1) 活性粉末混凝土( RPC) 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 RPC 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 RPC 混凝土成本偏高。( 2) 由于 RPC 混凝土水泥用量大，每 m3 RPC 混凝2土碱含量大于 6 kg / m3 ，所以，在水泥水化过程中，C S3和 C2 S 水化生成 C S H 凝胶的同时，形成了大量的Ca( OH) 2 。Ca( OH) 2 是一种极易溶解的物质，在水化收稿日期:2011-08-11作者简介:张 劲( 1968-) ，男，高级工程师。第 6 期张劲，等: 活性粉末混凝土( RPC) 配合比试验研究2011 年 12 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 Ca ( OH) 2 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 Ca( OH) 2 带 出，到达混凝土表面后，Ca ( OH) 2 与空气中的 CO2 和 H2 O 发生 化 学 反 应，生成不溶于水的白色沉淀物 CaCO3 附着在混凝土表面上，这种现象俗称泛碱，使得 RPC 预制板外观质量受到极大影响。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(RPC)原材料规格型号及性能要求表3、 SiO2 含量大于 97% ，含泥量不技术路线( 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 mm 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 RPC 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 50 Hz 以上，减 少空隙，并通过雾室加温( 30 70 ) 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 RPC 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. 13 0. 16 ) 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 Ca( OH) 2 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 CO2 和 H2 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 RPC 的总碱含量。3表 2 活性粉末混凝土(RPC)技术指标表16表 3 活性粉末混凝土(RPC)外观质量要求表RPC 配合比设计配合比设计需考虑的几个问题根据 RPC 混凝土配合比设计技术路线，进行配合66 1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 RPC 的韧性和延性。试验方法通过活性粉末混凝土( RPC) 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 RPC 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。4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6 2项目质量指标备注空洞深度3 mm，长度10 mm平整度4 mm / m蜂窝麻面深度3 mm，长度10 mm; 不多于 10 个 / m2深度 3 mm，但 8 mm; 长度 10 mm，但 20 mm允许修补深度 8 mm 或长度 20 mm不合格项目单位技术指标抗压强度MPa130静力受压弹性模量GPa48抗折强度MPa18氯离子渗透量coul4056 d 抗冻性F 500材料 名称规格型号性能要求水泥强度等级不低于 42 5，低碱 硅酸盐水泥或普通硅酸盐 水泥C A 含量 不 大 于 8% ，性 能 符 合 GB 175 2007 规定骨料石英砂，分 0. 63 1. 0 mm0. 315 0. 63 mm、0. 16 0. 315 mm 3 个粒级大于 0 5% ，按照 GB / T 14684 2001 规定进行筛分钢纤维直径 0. 18 0. 23 mm，长度12 14 mm抗拉强度不低于 2 850 MPa，其 它 性 能 满 足 JG 3064 1999 要求外加剂高性能减水剂符合 GB 8076 2008 标准，减 水率不得低于 30% ，硫酸钠含 量不得大于 2%掺合料硅灰、矿粉、粉煤灰满足 TB 10424 2010铁路混 凝土工程施工质量验收标准第 6 期张劲，等: 活性粉末混凝土( RPC) 配合比试验研究2011 年 12 月件，优选出了进行配合比设计的相关参数。( 1) 确定 RPC 的表观密度。随着石英砂、钢纤维 的掺量不同其密度在2 400 2 450 kg / m3 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. 13 0. 16 之间 均可;( 3) 依据 RPC 的抗折强度 18 MPa，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 100 140 kg / m3 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 m3 混凝土的水泥用量 700 kg / m3 ;( 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 RPC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 RPC 抗压强度，但后期能提高其抗 折强度。6 3优选 RPC 混凝土配合比针对 RPC 盖板设计抗压强度 130 MPa，抗折强度 18 MPa 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 150 200 mm) ，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 RPC 盖板成品。表 4 RPC 配合比试验数据统计表( kg / m3 )表 5 RPC 材料力学性能及耐久性试验结果表模量17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) RPC 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 RPC 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，RPC 板成型后会 带来外观质量缺陷;这里要说明表中 3 个编号的 RPC 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 RPC 盖板。6 47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 RPC 盖板制品。经 过检验，各项性能满足( 科技基2006129 号) 客运 专线活性粉末混凝土( RPC) 材料人行道挡板、盖板暂 行技术条件要求。参考文献:( 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 RPC 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 RPC 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 RPC 的强度，但超过一定范围时强 度反而下降。1科技基2006129 号，客运专线活性粉末混凝土( RPC) 材料人行道挡板、盖板暂行技术条件S覃维祖，曹峰 一种超高性能混凝土 活性粉末混凝土J 工业 建筑，1999，29( 4) : 6 182试验编号用水量( kg / m3 )胶凝总量( kg / m3 )钢纤维( kg / m3 )水胶比( % )抗压强度( MPa)蒸养 / 标养( 28 d)抗折强度( MPa)蒸养 / 标养( 28 d)电通量( C)抗冻 等级弹性( GPa)11551 1051000 1415014719 518 934F 50051 221651 0851200 1514314622 322 236F 50052 031751 0651400 1614013823 8