活性粉末混凝土原材料及制备方法.ppt

活性粉末混凝土原材料及制备方法 北京交通大学土木建筑工程学院安明喆SchoolofCivilEngineeringandArchitecture BeijingJiaotongUniversity 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 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 一 RPC材料及其发展现状 2 RPC研究及发展现状 一 RPC材料及其发展现状 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 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 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 2 RPC研究及发展现状 一 RPC材料及其发展现状 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 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 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 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 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 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 1250 m 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 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 42 5 水泥的熟矿物组成 其中 石膏掺量为2 95 3 0 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 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 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 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 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1 m 平均粒径为0 1 0 2 m 无定形SiO2含量 90 三 原材料 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 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 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 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 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 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 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 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 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工序 如拌合 运输 浇灌 振捣等 的性能 包括流动性 粘聚性和保水性 对RPC而言 影响其工作性的主要因素有 水胶比 砂胶比 钢纤维种类及掺量 矿物掺合料的掺量 五 配合比对工作性能的影响 1 水胶比 水胶比对活性粉末混凝土流动度影响 随着水胶比的增大 拌合物的流动度也随之增大 五 配合比对工作性能的影响 2 砂胶比 砂胶比对活性粉末混凝土流动度影响 随砂胶比的增大 活性粉末混凝土的流动度逐渐减小 五 配合比对工作性能的影响 3 钢纤维种类及掺量 纤维掺量对活性粉末混凝土流动性影响 随钢纤维掺量的增加 活性粉末混凝土的坍落度逐渐减小 流动性变差 五 配合比对工作性能的影响 不同纤维类型活性粉末混凝土流动性随