活性粉末混凝土材料的试验研究

Word版本，下载可自由编辑活性粉末混凝土材料的试验研究活性粉末混凝土作为一种新型的水泥基结构材料，具有超高强度、高耐久性、高韧性、良好的体积稳定性等优良的性能，已经进入实际应用阶段。本文将结合实验讨论，阐述协作比因素对RPC强度的影响及RPC的微观机理。

1、概述

活性粉末混凝土是继高强、高性能混凝土之后，在90年月中期利用采纳常规的水泥等材料开发出的超高强度、高耐久性、高韧性和体积稳定性良好的水泥基材料，是DSP材料与纤维增加材料复合而成的高性能混凝土。它的强度等级可分为200MPa、500MPa和800MPa三个等级。该材料已成为国际建造工程领域的讨论热点。

1993年，法国的BOUYGUES公司胜利研制出了RPC，并与美国陆军工程师团合作生产出RPC制品；加拿大于1994年开头举行工业化实验，在环境恶劣的魁北克省Sherbrooke用RPC举行预制构件的生产，并在现场组装了一座跨长为70m的单跨，供行人和自行车通行的架桥；韩国的汉城用RPC材料建筑了一座跨度为120m的拱桥；美国于2023年在伊利诺斯州用RPC材料建筑了直径18m的圆形屋盖；在澳大利亚，一座用RPC材料建筑的马路桥梁不久将问世；在欧洲，跨越克罗地亚Bakar海峡的一座432m的RPC拱桥也正在设RPC建筑的加拿大Sherbrooke行人/自行车桥梁计中；我国有关RPC材料的讨论主要集中在几所大学，目前已利用对材料协作比的讨论，制备出了的RPC材料小型试件，其抗压强度超过了200MPa、抗折强度达50MPa、断裂能大于、弹性模量大于4.6×104MPa.RPC的基本配制原理是利用提升组分的细度与活性，使材料的内部缺陷减小到最少，从而获得超高强度与高耐久性，它的研制按照以下原则举行：

1、提升体系的匀质性RPC采纳下列办法改进匀质性：用细骨料代替粗骨料；提升浆体的力学性能，RPC中浆体的弹性模量高达50MPa，甚至更高；降低骨料与浆体的比值。利用以上措施，可以有效的提升匀质性。

2、提升水泥石的密实程度从原材料挑选与成型工艺两个方面提升混凝土密实度，为了获得高密实度的混凝土，在配制RPC时，原材料的挑选可以遵从以下原则：

由若干粒级组成的级配，每一个粒级都有一个密集的颗粒范围；粒级之间要有显然的划分，两个相邻粒级的平均直径之比大于13；挑选水泥须考虑掺超塑化剂，二者应具有相容性，其最佳掺量可利用流变学分析打算；用水量可利用流变学和相对密度来打算。

在混凝土成型时，对新拌混凝土施加围压可以产生以下几种有利效应：削减新拌混凝土中裹夹的空气，可将新拌混凝土中的气泡排尽或显著削减；排解多余的水，这样活性粉末混凝土的水胶比降低，相应地提升了密实度；化学收缩的补偿，消退试件中因化学收缩而产生的部分孔隙。以上三种效应的叠加可使混凝土相对密实度提升6%以上，因此在混凝土成型过程中对新拌混凝土施加围压可以有效地提升混凝土密实度。

3.热处理改善微观结构热处理主要在于改进活性粉末混凝土的微观结构，利用对RPC施加90的热处理显著地加速了混凝土内部的水化作用，同时转变了已形成的水化物的微观结构；

另外，热处理可大大加速硅灰的火山灰反应，生成低碱性水化硅酸钙，降低了Ca2的含量。实验证明，在250高温时，能使水化产物C-S-H凝胶大量脱水，形成硬硅钙石结晶，有利于强度的提升。

4.掺入钢纤维增强韧性加入钢纤维后可以大大改善RPC的韧性，其断裂能可达20000～40000J/m2.通常，RPC内采纳长度13mm、直径0.15mm的钢纤维，掺量为混凝土体积的1.5%～3%，利用实验对照，它比掺长度为3mm的高低形短钢纤维的混凝土断裂能提升得多。

为了讨论上述因素对RPC材料强度的影响，本实验主要利用采纳不同水胶比、骨料品种和级配以及钢纤维的种类和粗细条件下成型RPC试件，并测试其强度，进而分析上述协作比因素对RPC强度的影响。

2、原材料与实验办法

2.1原材料水泥：北京某水泥有限公司生产的P.O42.5水泥；

矿粉：某矿粉加工厂生产的灰白色超细粉A与某新型建材公司生产的灰色细粉B；北京高钙粉煤灰；

细集料：采纳两种砂，福建平潭产标准砂和北京某砂厂定做的细石英砂；山西阳泉产高岭土；

钢纤维：一种是国内某钢纤维有限公司产，细圆形表面镀铜钢纤维，直径0.22mm，长度12～15mm.另一种是某钢纤维有限公司生产的螺纹型碳素钢纤维，长径比为32.24，100根平均长度为30.327mm；

化学外加剂：高效减水型，它的减水率大于29%，呈黄灰色的固体外加剂，与水泥的相容性良好，并具有良好的保水性。

2.2.实验办法混凝土抗压强度、抗折强度测试按《一般混凝土力学性能实验办法》举行[37]，但加荷速度变为抗压实验10KN/s、抗折实验0.27KN/s；抗压强度试件尺寸100mm×100mm×100mm、抗折强度试件尺寸100mm×100mm×400mm.

3、协作比因素对强度影响实验讨论

3.1不同水胶比对活性粉末混凝土强度的影响。

普通状况下，水胶比取值为0.16～0.22，实验选用水胶比为0.17和0.19两种，共制作了两种协作比试件，在标准养护室中养护1d，拆模后放入70℃水中养护，并测定其3d、7d、28d抗压强度。

细石英砂的颗粒级配对活性粉末混凝土抗压强度的影响本次实验采纳四种粒级的石英砂，粗砂：0.63～1.25mm，中砂：0.315～0.63mm，细砂：0.16～0.315mm，特细砂：0.16mm；采纳了三种石英砂组合：

①.粗砂中砂细砂；

②.中砂+细砂；

③.中砂+细砂+特细砂。按最大密实度理论，得到三种组合中各级砂子用量：第一个组合：粗砂+中砂+细砂=677.7kg403.8kg204.5kg；

其次个组合：中砂+细砂＝854kg432kg；

第三个组合：中砂+细砂+特细砂=727.5kg367.8kg190.7kg.

粉煤灰的掺入增大了颗粒间的填充密实度，建议RPC的骨料级配选用中、细、特细砂的组合。

钢纤维种类及掺量对活性粉末混凝土抗压强度的影响纤维能够妨碍混凝土内部微裂纹的繁衍、扩展，显著提升混凝土的韧性、延性和抗折强度，有效地避开混凝土无征兆的脆性破坏的发生。钢纤维对混凝土的增加效果与钢纤维长度、直径、长径比、体积率以及纤维形状等密切相关。本实验采纳不同含量的细钢纤维和粗螺纹型碳素钢纤维举行对照实验，分析钢纤维种类及掺量对活性粉末混凝土抗压强度的影响，碳素粗钢纤维掺量分离为混凝土容重的8%、6%、4%.

掺入粗钢纤维的活性粉末混凝土破坏时局部破坏严峻，抗折时，一旦开裂很快就达到极限强度，而掺入细钢纤维的活性粉末混凝土在开裂后仍能维持一段时光，强度仍有增长。

掺粗钢纤维的混凝土破坏时不少粗钢纤维被拉断，而细钢纤维则是被拔出的，几乎没有被拉断。

4、结论

利用以上RPC中不同组分掺量对其强度影响的系统讨论，可得到以下结论：

相同龄期下RPC