活性粉末混凝土原材料及制备方法

优选活性粉末混凝土原材料及制备方法当前第1页\共有32页\编于星期三\4点前言随着新型高效减水剂的发明与应用、矿物超细粉的回收与加工、纤维材料的发展以及新型水泥基材料的发明，混凝土技术有了重大突破，尤其是高性能混凝土（HPC）和超高性能混凝土（UHPC）。目前HPC和UHPC已经广泛地应用于世界各地的重特大工程中。当前第2页\共有32页\编于星期三\4点一、RPC材料及其发展现状1.什么是UHPC活性粉末混凝土(ReactivePowderConcrete，以下简称RPC）作为UHPC的一种，是90年代中期法国Bouygues公司Richard等人研制出的具有超高强度、高韧性、高耐久性、且体积稳定性良好的水泥基复合材料。“超高性能混凝土”

(Ultra—HighPerformanceConcreteUHPC)，所谓“超高”包含两个方面——超高的力学性能和超高的耐久性。UHPC以DSP（densifiedsystemscontaininghomogeneousarrangedultrafineparticle）技术为基础，使“DSP+S（砂）+F（纤维）”体系的抗压强度＞200MPa，“DSP+S（砂）+G（碎石）”的抗压强度＞150MPa。

定义：RPC由超细活性粉末、水泥、优质细骨料、高强度纤维等组分，通过最优化级配设计，经高温热合等特定工艺制备而成，是超细粒聚密材料与纤维增强技术相结合的高技术复合材料。当前第3页\共有32页\编于星期三\4点一、RPC材料及其发展现状RPC具有高强度、高韧性、高耐久性和高环保性。

当前第4页\共有32页\编于星期三\4点2.RPC研究及发展现状一、RPC材料及其发展现状当前第5页\共有32页\编于星期三\4点国外RPC主要研究及应用2.RPC研究及发展现状一、RPC材料及其发展现状当前第6页\共有32页\编于星期三\4点国内RPC主要研究机构及研究内容2.RPC研究及发展现状一、RPC材料及其发展现状当前第7页\共有32页\编于星期三\4点本课题组自开展RPC研究以来，先后得到了多项国家自然科学基金的资助。项目编号项目名称51108019活性粉末混凝土在复杂应力状态下的强度与本构关系研究511008014钢管约束下活性粉末混凝土本构模型研究50778021活性粉末混凝土的疲劳损伤机理研究50778017活性粉末混凝土墩柱构件的损伤机理研究50508005活性粉末混凝土的基本力学特性及其机理研究2.RPC研究及发展现状一、RPC材料及其发展现状当前第8页\共有32页\编于星期三\4点（建筑工程）车站顶棚高炉屋顶建筑外墙面层板车站声屏障板建筑外墙面层板一、RPC材料及其发展现状2.RPC研究及发展现状当前第9页\共有32页\编于星期三\4点2一、RPC材料及其发展现状各类RPC预制构件2.RPC研究及发展现状当前第10页\共有32页\编于星期三\4点一、RPC材料及其发展现状2.RPC研究及发展现状韩国RPC人行拱桥日本Sakata-Mirai人行桥加拿大Sherbrooke人行桥我国青藏铁路RPC桥梁北京五环路RPC盖板（桥梁工程）当前第11页\共有32页\编于星期三\4点二、RPC制备原理1.基本原理（1）匀质性的改进

1）用细骨料代替粗骨料

2）提高浆体的力学性能

3）降低骨料与浆体的比值

4）减少界面与改善过渡区（3）热处理改善微观结构

1）按合理制度高温养护

2）激发活性组分的活性（4）掺入钢纤维增加韧性与强度高强度钢纤维改善韧性，提高强度（2）密实度的提高

1）优选原材料

2）最密实配料

2）成型工艺

当前第12页\共有32页\编于星期三\4点二、RPC制备技术2.配合比设计思路设计思路：混凝土的集料尽可能地紧密堆积，集料颗粒之间的空隙由具有一定水胶比的浆体填充，胶凝材料级配合理。

进一步再考虑颗粒间的物理化学反应，通过颗粒间的相互粘结形成均匀的内部结构，达到超高强和高密实。当前第13页\共有32页\编于星期三\4点三、原材料1.原材料组成（1）水泥：普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥（2）骨料：石英砂，粒径范围0~1250μm，三种粒级（3）钢纤维：细圆形钢纤维，直径0.20mm，长度12~14mm（4）矿物添加剂：多种活性矿物通过活性组合实验与最佳颗粒级配计算配制（5）高性能减水型外加剂：新型高性能减水剂，深紫色透明液体，减水率为31%当前第14页\共有32页\编于星期三\4点

三、原材料

水泥应采用品质稳定、强度等级不低于42.5级的低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥，水泥熟料中C3A含量不得大于8％。其它性能应符合GB175-2007规定，不得使用其它品种水泥。

我国配制活性粉末混凝土所用水泥一般为42.5#的普通硅酸盐水泥。

1.1水泥矿物名称C3SC2SC3AC4AFf-CaOf-MgO含量(%)60.518.17.48.90.91.842.5#水泥的熟矿物组成其中，石膏掺量为2.95-3.0%当前第15页\共有32页\编于星期三\4点三、原材料1.2骨料RPC所用骨料为石英砂，其性能指标应满足要求：序号项目单位性能指标1SiO2含量%≥972氯离子含量%≤0.023硫化物及硫酸盐含量%≤0.504云母含量%≤0.505含泥量%≤0.50分粗砂、中砂、细砂三种粒径，不同粒级石英砂的超粒径含量限制如下：不同粒级石英砂1.25～0.63mm0.63～0.315mm0.315～0.16mm≥1.25mm＜0.63mm≥0.63mm＜0.315mm≥0.315mm＜0.16mm百分率（％）51051055当前第16页\共有32页\编于星期三\4点三、原材料1.3钢纤维钢纤维应采用高强度圆截面纤维，其性能指标应满足要求：序号项目单位性能指标1抗拉强度MPa≥28502长度*%12～14mm纤维比例≥96%3直径**%0.18～0.22mm纤维比例≥90%4形状合格率%≥96%5杂质含量%≤1.00%注：*50根试样的长度平均值应在12～14mm范围内；**50根试样的直径平均值应在0.18～0.22mm范围内。当前第17页\共有32页\编于星期三\4点RPC配制过程中掺加矿物掺合料可以减小水泥用量，提高组份的细度和反应活性，同时还可以改善活性粉末混凝土的内部结构，从而改善其基本性能。通常活性粉末混凝土中掺加的矿物掺合料有：硅粉、粉煤灰、矿粉、偏高岭土等几种。1.4矿物掺合料三、原材料当前第18页\共有32页\编于星期三\4点1.4.1硅粉

硅粉也叫硅灰（SilicaFume），是工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中，随废气逸出的烟尘经特殊的捕集装置收集处理而成。常用的硅粉是灰白色球状粉末，表观密度通常为150～250kg/m3，比表面积≥20m2/g，粒径小于1µm，平均粒径为0.1～0.2µm，无定形SiO2含量≥90%。三、原材料当前第19页\共有32页\编于星期三\4点

粉煤灰（flyash）是工业固体废物的一种。是煤粉进入1300～1500℃的炉膛后，在悬浮燃烧条件下经受热面吸热后冷却而形成的。活性粉末混凝土中，由于水胶比较低，所以在配制过程中掺入粉煤灰具有如下优点：

（1）粉煤灰能和硅灰一起改善拌合物的流动性及和易性，降低拌合物的粘稠度，减少搅拌时引入的气泡，提高基体的密实度；（2）由于粉煤灰在早期不参与水化，所以在整个胶凝组分中水灰比（水/水泥）并不低，因此掺加粉煤灰有利于水泥在早期的水化。同时在水化后期，粉煤灰能与水泥水化物进行二次水化反应，起到进一步填充密实的效果；（3）利用粉煤灰部分替代水泥还能够降低总成本，提高性能价格比。1.4.2粉煤灰三、原材料当前第20页\共有32页\编于星期三\4点1.钢纤维1.钢纤维1.4.3其它矿物掺合料

偏高岭土是在一定温度和条件控制下煅烧的高岭土，具有较高的火山灰活性。活性粉末混凝土配制过程中掺加的偏高岭土具有加速水泥水化效应、填充效应及火山灰效应，从而提高活性粉末混凝土的强度及其他性能。此外矿粉也可用于制备活性粉末混凝土。三、原材料当前第21页\共有32页\编于星期三\4点

活性粉末混凝土配制过程中通过掺加减水剂来降低水的用量，从而降低水胶比。用来配制活性粉末混凝土的减水剂应有很好的减水效果，并能与所选水泥相匹配，即水泥与减水剂的相容性好。1.5高效减水剂三、原材料序号项目单位性能指标1减水率%≥292总碱含量（按Na2O质量计）%≤3.53氯离子含量%≤0.24硫酸钠含量%≤1.55含固量%≥306凝结时间差min±1207净浆流动度mm≥2508含气量%≤2.09抗压强度比3d%≥1307d%≥12528d%≥12010对钢筋锈蚀作用-对钢筋无锈蚀作用高效减水剂性能指标高效减水剂的减水率检验按GB8076-2008要求进行，掺量宜在2.5～3.0%。当前第22页\共有32页\编于星期三\4点四、制备及成型工艺

活性粉末混凝土和普通混凝土一样，仍然是一种多相水泥基复合材料，可以采用普通混凝土的制备设备，但在生产工艺控制上有特殊要求。其制备及成型步骤如下：当前第23页\共有32页\编于星期三\4点四、制备及成型工艺

1.制备工艺技术要求：（1）模板应具有足够的强度、刚度和稳定性；应保证构件各部位形状、尺寸及预埋件的准确定位。（2）搅拌设备应为强制式搅拌机，搅拌机转速不宜低于45转/min。（3）投料、搅拌顺序：先加石英砂和钢纤维，搅拌3min；再加入水泥和矿物掺合料，搅拌1min；最后加水和化学增强剂，再搅拌4min。（4）搅拌完毕的活性粉末混凝土材料拌合物坍落度宜控制在140～180mm。拌合物应在20min内浇筑完毕。单一构件应一次浇注成型。（5）活性粉末混凝土材料搅拌、运输、浇筑及构件静停应在10℃以上的环境下完成。（6）在浇筑活性粉末混凝土材料构件过程中，应随机抽样制作活性粉末混凝土材料试件。试件应随构件同条件下成型，并随构件同条件养护。当前第24页\共有32页\编于星期三\4点四、制备及成型工艺

搅拌好的RPC材料应一次性装入试模并高出试模上口，在振动台上振动成型。振动时应防止试模在振动台上跳动，并用抹刀沿试模内壁多加插捣，持续到RPC表面出浆为止。振捣过程中注意抹平压光，并防止气泡产生。振捣结束刮去多余的拌合物，用抹刀抹平试件表面，将模具放入养护室，养护至24h～36h后拆模。2.成型工艺当前第25页\共有32页\编于星期三\4点四、制备及成型工艺

成型完毕的构件先要放入温度20±2℃、相对湿度95%以上的标准养护室内养护24h~36h，之后拆模；然后将脱模后的试件放入蒸汽养护箱中，先将温度调至45℃，2h后调至60℃，再2h将温度升高至75℃后维持不变，养护68h后取出试件；最后将养护后的试件放到温度为（20±2）℃、湿度为（60±5）%的恒温恒湿试验室。3.养护方法当前第26页\共有32页\编于星期三\4点

五、工作性

工作性是指混凝土拌合物在不发生离析、泌水的条件下，能够满足一系列施工