大西客运专线活性粉末混凝土（RPC130）配制试验研究.pdf

大西客运专线活性粉末混凝土 ( R P C 1 3 0 ) 配制试验研究 王 克 文 ( 中铁 十二局 集团有限公司大西铁路客运专线工程指挥部 ，山西临汾0 4 1 0 0 0 ) 桥 梁 摘要 ： 为降低 生产成本 ， 大西客运 专线指挥部 组织各个标段试 验 室对 活性 粉末混凝 土( R P C 1 3 0 )进行 配制试验 。 通过 单一变量法 ， 经过 多次试 验得 出 R P C 1 3 0配合比 ， 并 比较 分析 了硅灰 占胶凝材料 比、 砂 胶比、 微钢纤 维掺量等 参 数对 R P C抗折 、抗压 强度 的影 响 ， 得 出硅 灰 占胶凝 材料 总量 的 1 6 、 砂胶 为 l： 0 9 、 钢 纤维掺 量 占 R P C体积 的 1 4 时， 活性粉 末混凝土具有 良好的力 学性 能与较低 的生产成本 。 关 键词 ： 桥 梁附属 工程 ；活性粉末混凝土 ；配合比设计 ；硅灰 中图分 类号 ： U 4 4 4 文献标识码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 42 9 5 4 ( 2 0 1 1 ) S 一0 l 1 7 0 2 Ex p e r i m e n t a l Re s e a r c h o n t he Pr O p0 r t i 0 n i ng o f RPC ( RP C1 3 0 )C o n c r e t e o n Da t o n g - X i a n P DL W a ng Ke we n ( Da Xi P D L P r o j e c t He a d q u t e r s ，C h i n a Ra i l w a y 1 2 En g i n e e r i n g Bu r e a u Gr o u p C o ，L t d ，L i n f e n 0 4 1 0 0 0) Ab s t r a c t ：To r e d u c e p r o d u c t i o n c o s t s ，Da Xi P DL He a d q u a t e r s o r g a n i z e d e a c h t e n d e r S l a b o r a t o r i e s t o c a r r y o u t p r o p o r t i o n i n g t e s t s f o r t h e Re a c ,t i v e P o wd e r C o n c r e t e( RP C 1 3 0) I n t h i s p a p e r ，s i n g l e v a r i a t i o n me t h o d wa s a p p l i e d f o r a s e r i e s o f e x p e r i me n t s wh i c h d e t e r mi n e d t h e o p t i ma l p r o p o r t i o n for RPC 1 3 0 Me a n wh i l e，d i f f e r e n t r a t i o s o f s i l i c a a s h t o t o t a l c e me n t i t i o u s ma t e r i a l ， s a n d c e me n t r a t i o，mi c r o s t e e l fib e r c o n t e n t a n d s o me o t h e r p a r a me t e r s f o r RPC 1 3 0 a s we l l a s t h e i r e ffe c t o n t h e PRC S fle x u r a l a n d c o mp r e s s i v e s t r e ng t h we r e a n a l y z e d RPC 1 3 0 c o n c r e t e p o s s e s s e s b e s t me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d l o we r c o s t wh e n s i l i c a a s h a c c o u n t s for 1 6o f t h e t o t a l c e me n t i t i o u s ma t e r i a l ，s a n d c e me n t r a t i o be i n g 1 ： 0 9 a n d mi c r o s t e e l fib e r c o n t e nt b e i n g 1 4o f t h e t o t a l v o l ume Ke y wo r d s：Br i d g e s u b s i d i a ry e n g i n e e r i n g；Ac t i v e p o wd e r c o n c r e t e；Pr o p o r t i o n i n g d e s i g n；S i l i c a a s h 1 概 述 大西客运专线是 国家中长期 铁路 网规划的重 要组 成部 分 ， 线路 北起 山西 省 大 同市 ， 自北 向南贯 穿 山 西省 中部后 ， 跨 黄河进人陕西省渭南 市 ， 经 临潼至西 安 。线路 正线 全 长 8 5 9 k m。在 大 西客 运 专 线 建 设 中 ， 存在大量的桥梁工程。以往客运专线桥梁使用 的人行 道步 行板 与 电缆槽 盖 板 为 普通 混凝 土制 成 ， 它存 在 覆 盖时截 面 高 、 自重 大 且 安装 和更 换 不 方 便 等 缺 点 。针 对 这些 特 点 ， 大西 客 运专 线采 用 R P C作 为制 作 人行 道 步行板 与 电缆槽 盖 板 的材料 。 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 ， 缩 写 为 R P C ) 是应用 于我 国铁路 建设的一项新技术 ， 与过 收稿 日期 ： 2 0 1 1 1 03 1 作者简介 ： 王克文 ( 1 9 8 7 一 ) ， 男 ， 助理工程 师 ， 毕业 于长安大 学 ， E m a i l l s l e r s 1 2 6 c o m。 铁道标准 设计R A I L W AY S T A ND A R D D E S I G N 2 0 1 1 ( s ) 去应用材料相 比， 其质量轻 ， 抗折强度和抗压强度高 ， 韧性好 、 有极好的抗冲磨和抗渗透性能， 安装方便且具 有 良好 的使用性 能 和耐久 性 。 活性 粉末 混凝 土 主要 组 成 为 级 配 良好 的石英 砂 、 水泥 、 矿物外加剂 、高效减水剂、 微钢纤维， 其成型过 程 中可采 取预 压 、 加 热等 养 护 成 型工 艺 。笔 者 进行 了 活性 粉 末 混 凝 土 ( R P C 1 3 0) 的 配 制 试 验 ， 得 出 R P C 1 3 0配合 比， 并通过多次试验 比较分析 了水胶 比、 砂胶 比、 减水 剂 掺 量、 硅灰 占胶 凝 材料 比等 参 数对 R P C的流动 度 以及抗 折 、 抗 压强 度 的影响 。 2 RP C1 3 0的配 制原理 2 1 原 材料 的选 用 R P C与 混凝 土 不 同 的 主要 原 因 之 一 就 是 选 用 的 原材料 。R P C选用镀 铜钢纤维作为混凝土 的骨架结 构 ， 而 不是普 通 混凝 土所用 的石 子 ， 细骨料 选用 多粒径 1 1 7 桥 梁 王克文一大西客运专线活性粉末混凝土( R P C 1 3 0 ) 配制试验研究 的石 英 砂 ， 粒 径 分 别 为 1 0 0 6 3 、 0 6 3 0 3 1 5 、 0 3 1 5 0 1 6、 0 1 6 m m以下 ， 外加剂采用高性能聚 羧酸 且要求 减水 率大 于 2 9 。这 样做 的主要 原 因是 ： 普通 混凝 土采用 石子 的母岩 抗压 强度 与石子 本身 的弹 性模 量无法 满 足 R P C 1 3 0混 凝 土 的需 求 ， 且 会 在 混 凝 土 中造成粘 结 时的 间 隙 ， 当应 力 、 温 度 发 生变 化 时 ， 骨 料和胶材凝结产生强度 的水泥石 的变形不一致 ， 致使 接 口处形 成细微 的裂 缝 ； 另外 ， 在 普通 混凝 土 硬化 前 ， 水泥 浆体 中 的水 分 向亲 水 的集 料 表 面迁移 ， 在集 料 的 表面 形成 一层水 膜 ， 从 而在 硬 化 的 混凝 上 中留 下 细小 的缝 隙 ； 此 外 ， 浆体 泌水 也会 在集 料下 表 面形 成水 囊 。 因此 ， 混凝土在承受荷载作用 以前界面处就充满了微 裂缝 ； 受 到荷 载 作 用 以 后 ， 也 易 出 现微 裂 缝 。R P C骨 架 采用 直径 0 1 8 0 2 3 m m、 长度 为 1 21 4 m m 的钢 纤 维 ， 这 样在 很大程 度上 增加 了混凝 土 的抗 剪性 能 ， 且 细 骨料 采用 S i O ， 含 量 9 7 的石英 砂 ， 不 仅 细骨 料 的 坚固性很高 ， 且在与水泥浆结合时 ， 形成被水泥浆包裹 的砂 浆 ， 石英 砂会 随着水 泥浆 的移动 而移 动 ， 不会 产生 裂缝 。研 究表 明 ， 微 裂 缝 宽度 与 被 水 泥浆 包 裹 的 颗粒 直 径成 正 比 ； 在 R P C中 ， 骨料 的直径 减小 了 5 0倍 ， 可 以极 大地减小 由力 学 ( 外 荷 载 ) 、 化学 ( 自收加 热 养 护 ， 由于 砂 浆 与 骨 料 的 膨 胀 率 不 同 ) 引 起 的 微 裂 缝 的 宽度 。 2 2 采 用最大 密实理 论模 型选择 材料 直径 R P C采用 减水率 高达 2 9 以上 的减水 剂 ， 且 水 胶 比小 于 0 2 0 ， 这 样 很 大 程度 上 就 减 少 了用 水 量 ， 但 胶 凝 材料 并不 能完全 水 化 ， 所 以强度 产 生 的 另一 个 方 法 就是 采用最 大密 实 理论 。对 粉 末 堆 积 的研 究 表 明 ， 当大小均匀的球形颗粒粉末倒入容器时 ，即使进行面 心立 方或 六 方 密 堆 排 列 ， 堆 积 密 度 也 较 低 ， 一 般 小 于 7 4。通过振动可 以提高堆积密度， 但 即使采用最 仔细的振动方式 ， 最高振实密度也只能达到 6 2 8。 所以为提高堆积密度 ， R P C采用不 同粒径的石英砂作 为骨 料 ， 且 胶材 采用 的水泥 、 粉煤 灰 、 矿 粉 、 硅 灰也 是按 照在 较大 的均一 的颗 粒 之 间加 入 较 小 的颗 粒 ， 这 样 就 可以使直径最大的球体堆积成最密填充， 剩下的空 隙 依次 由小直径 的球 体填充下去 ，使球体 间的空隙减 小 ， 从 而达 到最 大密 实状态 。 3 RP C 配合 比设计 查阅资料 ， 选择设计 密度 为2 5 0 0 k g m ， 胶材 总 量 为 1 1 5 0 k g ， 水 胶 比设 计 为 0 1 4， 由 于水 胶 比 为 0 1 4 ， 所以外加剂掺量为胶材的 4 ， 钢纤维掺量为体 积 的 1 0 1 4 。所用 原材料 如下 ： 山西 襄汾鸿 达建 材生产的 4 2 5级普通硅酸盐水泥， 陕西众帮建材生产 的 I 级粉煤 灰 ， 甘 肃三 远生 产 S i O 含 量 大于 8 5 的硅 灰 ， 郑州 禹 建渡 铜钢 纤维 ， 上 海法 拉 德减 水 率 大 于 2 9 的减水剂 ， 河北广信矿产生产 的 S i O ， 大于 9 7 石 英砂 。 初 步确定 粉煤灰 掺量 为胶 材 总量 的 1 6 ， 硅灰 占 胶 材 总 量 的 1 8 ， 水 泥 用 量 为 7 5 9 k g ， 石 英 砂 为 1 0 3 3 k g ， 钢 纤 维 为 1 1 0 k g ， 其 中石 英 砂 由 3种 级 配 组 成 ， 分 别 为 粗 1 00 6 3 m m、 中 0 6 30 3 1 5 mm、 细 0 3 1 5 m m 以下 ， 其 比例 为 粗 ： 中 ： 细 =3： 5： 2 。根 据 此配合比进行试拌， 测得坍落度为 2 0 0 m m， 并对其成 型试件在加速养护箱中进行养护。养护时温度最高控 制 为 8 0 c I 二 ， 养 护时 间为 7 2 h ， 试 验结果 如下 ： 7 2 h 抗 压 强度为 1 5 2 MP a ， 抗 折 强 度 为 2 1 5 M P a 。根 据此 结 果 保持条件不变， 进行如下试验。 ( 1 ) 改变粉煤灰与硅灰占胶材总量的比例( 表 1 ) 表 1 改变粉煤灰与硅灰比例的混凝土强度 ( 2 ) 保 持条件 不变 ， 对胶 砂 比进 行调 整 ( 表 2 ) 表 2 改变砂胶比的混凝 土强度 ( 3 ) 保 持条 件不 变 ， 改变 钢纤 维 的掺量 ( 表 3 ) 表 3 改变钢纤维掺量的混凝土强度 4 试 验结 果讨 论 当条件保持不变的情况下 ， 对粉煤灰 与硅灰 占胶 材总量的比例进行调 整。当硅灰 的比例增大时 ， R P C 的抗压强度与抗折强度均有所增加 ， 当粉煤灰 的比例 增大 时 ， R P C的抗 压 强 度 与 抗 折 强 度 均 有 所 减 小 ( 建 议硅 灰与 粉煤 灰 占胶 凝材 料 总量 不 宜 超 过 4 0 ) ， 但 硅灰单价远远高出粉煤灰单价 ， 所以在选取配合 比的 时候 要综 合考 虑 。 ( 下转 第 1 2 2页 ) 1 1 8 铁道标准设 计R A I L W AY S T A N D A R D D E S I G N 2 0 1 1 ( ) 桥 梁 罗 雪， 王绍文一梁场生产信息化管理系统在质检资料中的应用 图 6梁信息维护界面 会加载系统里面的所有桥 ， 选中某桥后 ， 如果该桥的桥 孔号不为空 ， 就会在所属桥孔下面加载该桥下 的所有 桥孔 ， 可 以选择 某 个 桥孔 。在这 里 还 可 以修 改 这 个 梁 的状态 ， 启用或者作废 ， 点击“ 保存” 按钮 ， 保存所做 的 修改 ， 并 自动关闭修改页面 ， 修改后 的信息会 自动更新 到列表 。点 击“ 关 闭 ” 按 钮 ， 关 闭此 页面 。 5 3 制梁 工艺 时 间修 改 这个 界面 的功 能是 用来修 改 某个 梁 的制梁 工艺 时 间 ， 点 击“ 信息维护 ” 模块 下面 的 “ 制 梁工艺 时 间修改 ” ， 4 D - i l l I h ( 上接 第 1 1 8页) 当条件保 持 不变 的情 况下 ， 在 一 定 范 围 内胶 砂 比 增 大 时 ， R P C的抗压 强 度 与抗 折 强 度均 有 所 增 加 。 同 样 考虑 经济 因素 ， 选 取 配 比 时需 要 注 意成 本 。本 文 选 用 胶砂 比为 1： 0 9 0 。 当条件 保持 不变 的情况 下 ， 在 一定 范 围内 ， 钢纤 维 掺量增 大后 R P C的抗 折性 能有 较大 的提 高 ， 强度 略有 增 加 。本文 选用 钢纤维 占体 积 的 1 4 。 当钢纤 维 的掺量 保 持 不变 的情 况 下 ， 硅灰 掺 量 的 增 加对 抗折 强度 有较 大 的 提 高 ， 并 且 钢 纤 维单 价 远 远 高出硅灰单价， 所以要综合考虑成本 ， 根据原材料的单 价 选 出最佳 配 比 。 试验中， 随着粉煤灰所 占胶材 比例 的增加 ， R P C 的流动性有所提高； 随着钢纤维掺量 的增加 ， R P C的 流动性 有所 降低 ， 且 会在 现 场实 际生 产应用 R P C的 时 候易造成钢纤维沉底的现象 。 综合上述因素 ， 选择如下配合 比为最终结果 ( 质 量 比)： 水 泥 ： 粉煤 灰 ： 硅灰 ： 石英 砂 ： 外加 剂 ： 水 ： 钢 纤维 = 7 5 9： 2 0 7： 1 8 4： 1 0 3 3： 4 6： 1 6 1： 1 1 0 。 实际生产 中， R P C的水胶 比很小 ， 这样对减水剂 的质量和拌和的计量系统要求会很高 ， 需注意。 大西客运专线 自2 0 1 1年 3月 已有部分标段开始 使用 自行研究的配合比生产 R P C人行道步行板 ， 其力 学性能及外观质量完全达到一流水平。 1 22 会 弹出一 个界面 只能修 改梁 的开始 时间和结束 时 间 ， 梁 编号 、 台位和工艺是只读的。开始时间和结束时间的修 改方法 和流程里面介绍 的修 改工艺时间是相 同的。 6 结 语 铁路建设管理信息化能够有效地实现标准化的管 理 ， 大大提高监管力度 ， 达到信息与管理的同步性 ， 对 提 高工程 质量 有着不 可忽视 的作 用 。该系统 为实 现标 准 化管理 提 供 有力 支 撑 ； 坚 持 ” 实 用管 用 好 用 ” 原 则 ， 借助信息化管理提升工程建设管理水平。 参 考文献 ： 1 曹亚恒 ， 高 继超 施工 企业信 息化与知 识管理 J 科技 风 ， 2 0 1 0 ( 6 ) 2 张锦 京 浅论 建 筑 施工 企 业信 息 化建 设 J 中国科 技 信 息 ， 2 0 1 0 ( 2 1 ) 3 李学伟 ， 汪晓霞 中国铁 路信息资源理 论基础 M 北京 ： 清华 大 学 出版社 ， 北京交通大学 出版社 ， 2 0 0 4 4 马保合 对于 目前施 工企业信 息化建 设的简 要分析 J 科技 资 讯 2 0 0 9( 7) 5 S J T 1 1 2 9 3 -2 0 0 3 企业信息化技术规 范 S I h 一 Il l 5 结语 R P C作为一种新型的材料， 由于其 良好 的力学性 能 与耐久 性 ， 将 会越 来 越 广 泛应 用 于各 个领 域 。但 是 配 制 R P C所 需 的部分 原材 料具 有特 殊性 ， 这 在一 定程 度 上阻 碍 了其 发展 ， 比如 ： 石英 砂能 否用 干净 的河 沙代 替 ， 钢纤 维能 否用纤 维代 替 ， 或 者掺人 矿物 外加 剂能否 取得更好 的工作性 能等 ， 这些 都需要进 一步研究 和 探 索 。 参 考文 献 ： 1 中华人 民共和 国铁道 部 科技 基 2 0 0 6 1 2 9号 客运专 线 活性 粉 末混凝土 ( R P C) 人行 道挡板 、 盖板暂行 技术条件 S 北 京： 中国 铁道出版社 ， 2 0 0 6 2 吴炎海 ， 何 雁 斌 活性 粉末 混凝 土 ( R P C 2 0 0)的配 制试 验研 究 J 中国公路学报 2 0 0 3 ( 4 ) ： 4 49 9 3 周美玲 材料工程基础 M 北京 ： 北京工业大学 出版社 ， 2 0 0 I 4 何雁斌 ， 吴炎海 活性粉末混凝 土( R P C 2 0 0 ) 的材料选用 及制作技 术 J 福建建筑， 2 0 0 3 ， 4 2 ( 1 ) ： 7 07 2 5 毕巧巍 ， 杨兆鹏 活性粉末混凝 土的研究与应 用概述 J 山西建 筑 ， 2 0 0 8 ( 1 7 ) ： 5 6 6 柯开展 ， 蔡文尧 活性粉末混凝 土( R P C) 在 工程结构 中的应用与 前景 J 福建建材 ， 2 0 0 6 ( 1 0 ) ： 1 61 7 7 王俊昌 ， 江波 活性粉末混凝土的发展 现状 和机理研究 J 山西 建筑 ， 2 0 0 7 ， 3 3 ( 3 0 ) ： 1 8 91 9 0 8 安明哲 ， 王庆生 ， 丁建彤 活性粉末混凝土 的配置原理及应用前景 J 建筑技术 ， 2 0 0 0 ( 3 2 )： 3 53 6 9 蒋宗全 ， 杨 忠， 郭晓安 ， 刘士城 ， 王文云 活性粉末混凝土配合 比 设计研究及生产工艺 J 铁道建筑 ， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 1 4 21 4 3 1 O 屈文俊 ， 邬生吉， 秦宇航 活性粉末混凝 土力学性能试验 J 建 筑 科学与工程学报， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 1 3 1 8 铁道标准设计R AI L W AY S T A N D A R D D E S I G N 2 0 1 j ( S )