活性粉末混凝土制备试验研究.pdf

2 0 1 3年第 9期 9月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI N A C ONC RE T E AND C EME NT P R0DUC T S 2 0l 3 No 9 S e p t e mb e r 活性粉末混凝土制备试验研究 马 万， 赵铁 军， 王鹏 刚， 吴瑞雪 ( 青岛理工大学土木工程学院 ， 2 6 6 0 3 3 ) 摘 要 ： 研 究 了活性粉末混凝土( RP C) 各组分掺量对其 流动度和抗压 强度 的影 响 ， 并对 9 0 热 水养护和 9 0 o C 蒸汽养护两种养护方式进行 了研 究。结果表 明， 水胶 比为 0 2 1 、 硅灰掺 量为 O 3 5 、 石英粉掺 量为 0 2 7 、 石 英砂掺 量为 0 7 8 、 粉煤灰取代量 为 0 3时 可以得 到流动度与 强度 均较好的活性粉 末混凝土 ； 9 0 蒸汽养护 下试件 强度较 9 0 q C 热水养护稍有提 高， 在 3 d龄期 时强度提 高 了2 2 。 关键词 ： 活性粉末混凝土； 流动度 ； 强度 ； 养护方式 Ab s t r a c t ： T h e i n fl u e n c e s o f e a c h c o mp o n e n t d o s a g e o n t h e flu i d i t y a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f r e a c t i v e p o w d e r c o n c r e t e ( R P C ) a r e r e s e a r c h e d A n d t h e e ff e c t of c u ri n g m o d e s o n s t r e n gt h o f R P C i s a l s o i n v e s t i g a t e d R e s u h s i n d i c a t e t h a t w h e n w a t e r - b i n d e r r a t i o i s 0 21 a n d c e me n t ：s i l i c a f u me ： fl y a s h ： q u a r t z s a n d ：q u a r t z p o wd e r = 0 7 ： O 3 5 ：0 - 3 ： 0 7 8 ：0 2 7 t h e fl u i d i t y a n d s t r e n gth o f R P C w i l l b e b e t t e r A n d the c o m p r e s s i v e s t r e n g t h of t h e s p e c i m e n s s u b j e c t e d t o a 9 0 s t e a m c u rin g i s a l i t t l e h i s h e r t h a n t h o s e c u r e d i n h o t w a t e r a t 9 0 C o mp a r e d t o t h e s p e c i me n s c u r e d i n h o t wa t e r a t 9 0 t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f s p e c i m e n s s u b j e c t e d t o a 9 0 s t e a m c u ri n g i n c r e a s e s 2 2 a f t e r 3 d a y s c u ri n g Ke y wo r d s ： Re a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e ； F l u i d i t y ； S t r e n gth ； Cu ri n g mo d e s 中图分类号 ： T U 5 2 8 3 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 O 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3 ) 0 9 2 2 0 4 0前言 1 9 9 3年法 国 B o u y g u e s 实验室率先研制 出活性 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 以下简称 R P C) ” ， 因其具有超高的力学性能和耐久性能， 世界 范围内掀起 了一股研究 R P C的热潮。1 9 9 7年 ， 加拿 大 S h e r b r o o k e 建成 了第一座 以 R P C为材料 的人行 桥2 1 ， 标志着 R P C从理论研究走向了实际应用。 1 9 9 8年 ， R P C由清华 大学覃维祖教 授引入我 国， 随后湖南大学、 中南大学 、 北京交通大学 、 哈尔 滨工业大学 等国内高校对其迅速展开 了研究 。何 峰 、 黄政宇等人3 1研究 了原材料 品种、 性质及配合 比 对 R P C强度的影响，掺入钢纤维后在 2 0 0 高温干 热养 护条 件下 配制 出 了掺钢 纤维抗 压强 度 高达 2 9 8 6 MP a的 R P C； 闫光杰、 安明酷等人4 1 通过计算最 小空隙率得到了理想级配的石英砂 。 并研究 了不 同 温度热水养护对 R P C强度的影响 ， 得 出9 0 热水养 护最为适宜 的结论 ； 江桂华 、 林东等人阎 对 比分析了 8 0 热水养护和 8 0 蒸汽养护两种养护方式 以及 养护时间对 R P C强度的影响，结果表 明养护 4 d时 基金项 目： 9 7 3 项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 ) 。 一 2 2一 强度在 8 O 蒸汽养护下 比 8 0 热水 养护下提高约 1 5 MP a 。本文采用本地材料研究了水胶 比、 硅灰 、 石 英粉 、 石英砂 、 钢纤维掺量 以及粉煤灰取代量等对 R P C流动性和抗压强度的影响 ， 然后详细研究了在 最佳湿养温度 9 0 时， 热水养护与蒸汽养护两种养 护方式对 R P C强度的影响规律。 1 试验 1 1 原材料与配合 比 水泥 ： P 0 4 2 5级普通硅酸盐水泥 ； 硅灰 ： 平均 粒径 0 0 3 1x m； 粉煤灰 ： I 级粉煤灰 ， 所有胶凝材料主 要化学成分如表 1 所示 ：石英砂 ： 4 O 7 0目石英砂 ； 石英粉 ： 3 2 5目 石英粉 ； 减水剂 ： 聚羧酸高效减水剂 ， 减水率为 2 5 ； 钢纤维 ： 长 1 3 mm， 直径 0 2 mm； 拌合 水 ： 普通 自来水 。本文采用的配合比如表 2所示。 1 2 试件制作与养护 将粉煤灰 、 硅灰 、 水泥 、 石英粉 、 石英砂依次倒 入搅拌锅 中 ， 搅拌均匀 ： 将减水剂与 8 0 的水混合 均匀加入锅 中， 搅拌均匀 ； 将剩余 2 0 水加入锅中 ， 搅拌均匀 ； 若有钢纤维 ， 则加入锅 中搅拌均匀 ； 将拌 合物浇注于 4 0 mm x 4 0 mm x l 6 0 m m三联模 中， 置于振 动台上振动 3 m i n 振动完毕后立即用 塑料 薄膜覆 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 马万 ， 赵铁军 ， 王鹏刚， 等 活性粉末混凝土制备试验研究 盖 ，将试件带模移人标准养护室 ； 2 4 h后拆模养护 ， 除特殊注明外 ， 养护方式采用 9 0 热水养护 3 d 。 1 3 试 验方 法 拌合物 的流动度参照 G B T 2 4 1 9 -2 0 0 5 水泥 胶砂流动度测定方法 ， 采用跳桌法进行测定 。试件 抗压强度参照 GB T 1 7 6 7 1 - 1 9 9 9 ( 水泥胶砂强度检 验方法( I S O法) 进行测定。 2结果 分析 与讨 论 2 1 水胶比对 R P C流动度和强度的影响 试验对 4个水胶 比的 R P C流动度和抗压强度 进行了研究 ， 结果如图 1 所示。随水胶 比增大 ， 拌合 物 流动度 线性增大 。 水胶 比每增大 0 0 1 ， 流动度增 加约 2 0 ram。试验过程 中可以观察到 ： 水胶 比为 0 1 9 时 。 拌合物表面很快凝结 ， 待试件折断后 断面处有 大量孑 L 洞 ， 截面削弱作用比较明显 ； 水胶 比为 0 2 0 时 ， 振动时有少量气泡冒出， 试件断面有个别孔洞 ， 所 以其强度较水胶 比为 0 1 9时有所增大 ， 增大幅度 为 6 9 ； 水胶 比为 0 2 1时， 振动时拌合物可 以较快 水胶 比 图 1 水胶 比对 R P C流动度和强度的影响 填满模具 ， 并伴随大量气泡冒出， 试件断面无孔洞 ， 但试件强度 比 0 2 0时降低 了 5 9 。这是 因为用水 量增加导致颗粒间缝隙增大 ， 与 0 2 O时相比颗粒堆 积不紧密 ； 水胶 比为 0 2 2时 ， 拌合物可以 自流平 ， 但 强度 已下 降到 1 1 O MP a 。考虑 到水胶 比 0 2 0时 比 0 2 1 时强度提高不大 ，但拌合物工作性相对较差 ， 因此 ， 在 以下试验 中采用水胶比为 0 2 1的配合 比。 2 2硅灰掺量对 R P C流动度和强度的影响 研究表 明， 硅灰和石英砂总掺量与水泥掺量之 比为 0 6 2时 ， S i O 2 可与水化产物 C a ( O H) 反应 比较 彻底【 ” 。硅灰掺量对 R P C流动度和强度的影响如图 2所示 。随着硅灰掺量的增加 ， 流动度不断增大 ， 这 是因为硅灰颗粒为球形且非 常小 石英粉颗粒多棱 角 ， 所 以硅灰掺量增加 ， 石英 粉减少 ， 流动度增大 ， 但掺人硅灰浆体黏度会增加啕 ， 因此 。 硅灰掺量较大 时流动度增长减缓 。从 图中可以看出 ， 随着硅灰掺 量增加 ， R P C的强度随之增大 ，硅灰掺量为 O 2 5和 0 3 0时强度有所下 降 这可 能是 因为试 验误差所 越 幅 鹾 硅灰掺量 图 2 硅灰掺量对 R P C流动度和强度 的影响 一 23一 B d W， 巡照 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 9期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 9期 致 。硅灰掺量 为 0 3 5时 比 0 2 0时强 度增 大 了约 8 ， 这是因为石英粉 中 S i O 在 9 0 时活性很低 。 很 难 与 C a ( O H) 发生反应 ， 而硅灰 中的 S i O ： 在 9 O 时可迅速与 C a ( O H) 发生反应翻， 因此 ， 随硅灰掺量 增加 ， 火山灰反应更加迅速彻底 ， 相应 的水泥水化 也更加完全 ， 从而试件达到更高的强度。 2 - 3 砂胶 比对 R P C流动度 和强度 的影 响 砂胶 比对 R P C流 动 度 和 强度 的影 响 如 图 3所 示。从图中可以看出， 随着砂胶 比增大， 拌合物流动 性明显下 降 ，而强度则先上升后下降 。砂胶 比为 0 7 8时， R P C的强度达到最大值 ，砂胶 比为 0 6 8和 0 8 8时的强度分别比其低 9 2 和 l 3 3 。这是因为 在颗粒体 系中 ， 当大颗粒 占主导地位时 小颗粒被 嵌人在大颗粒之间的空隙中， 但这时小颗粒的存在 会影响大颗粒本身 的堆积结构 ， 产生“ 松开效应 ” ； 当小颗粒 占主导地位时 这时大颗粒的存在也会影 响小颗粒的堆积结构 ， 产生“ 壁效应” 嗍 ， 两种效应都 对混合物密实度有不 良影响 。由试验结果可 以看 出， 砂胶 比为 0 6 8时“ 壁效应” 仍然 比较 明显 而砂 胶 比增大到 0 8 8时“ 松开效应” 的作用较明显 两者 的密实度均小于砂胶 比为 0 7 8时的密实度 ，因此 。 砂胶比为 0 7 8时强度也最高 。 幅 烬 胶 砂 比 图 3砂胶 比对 R P C流动度和强度 的影 响 2 4 粉煤灰取代量对 R P C流动度和强度的影响 粉煤灰取代量对 R P C流动度和强度 的影响如 图 4所示 。从图中可 以看出， 随着粉煤灰取代量 的 增加 ， 流动度增大 ， 拌合物的工作性能得到提高 ， 而 强度先上升后下降 ， 并在取代量为 3 0 时强度达到 最高 。与取代量为 0时相比较 ， 取代量为 3 0 时强 度仅增大 1 2 ，但 流动度增大 了 4 1 m m，达到 了 2 33 mm 。 一 2 4一 粉 煤 灰 取 代 量 图 4 粉煤灰取代量对 R P C流动度 和强度 的影 响 这主要是因为粉煤灰 中 A l ： 0 ， 占 3 6 左右 ， 而 A l 0 3 要优先于 S i O 与水 泥水化产物 C a ( O H) 反 应 并且水化铝酸钙 比水化硅酸钙强度要低。当粉 煤 灰取代 量 为 1 0 时 ， A 1 ： 0 ， 与水 泥水 化 产物 C a ( O H) 反应生成水化铝酸钙 ，因此其强度要 比不掺 粉煤灰的低 。随着粉煤灰取代量增大 ， 水泥用量减 少 ， 水化产物 C a ( O H) 减少 ， 通过计算得到粉煤灰 取代量在超过 2 0 后其更多的是填充作用。由于粉 煤灰颗粒粒径 比水泥小 。 比硅灰要大 ， 在水泥硅灰 二元堆积密实胶凝材料 中 。以粉煤灰替代部分水 泥， 材料整体堆积密实度会随着取代量增大先增大 再减小嘲 ， 因此 ， 粉煤 灰取代量从 1 0 增 大到 5 0 时， 强度先上升后下降。 2 5 钢纤维掺量对 R P C流动度和强度的影响 钢纤维掺量对 R P C流动度和强度的影响如 图 5所示。从 图中可以看 出， 随着钢纤维掺量 的增加 ， 拌合物 的流动度明显下降 ， 试件 的强度较钢纤维掺 量为 0时分别增大了 1 4 2 、 2 7 7 、 3 7 7 、 4 1 2 ， 幅 避 钢纤维掺量 k g 图 5 钢纤维掺量对 R P C流动度 和强度 的影 响 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 马万 ， 赵铁军 ， 王鹏 刚， 等 活性粉末混凝土制备试验研究 钢纤维掺量 由 1 5 0 k g m 。 增 大到 2 0 0 k g m 时强度增 大 趋 势 明显 减缓 。这 主要 是 因为 在受 压 过 程 中 钢 纤维的存在限制 了 R P C微裂缝的扩展 ， 延迟 了 R P C 的破坏过程 ，因此对 R P C的抗 压强度具有提高作 用 ； 当钢纤维 掺量大于 1 5 0 k g m 3 后 。 大量 的钢纤维 互相支架 ， 造成 R P C内部存在孔洞 ， 对 R P C的强度 产生不利影响 ，因此 钢纤维 由 1 5 0 k g m 增大到 2 0 0 k g m。 时 ， 强 度增 大减 缓 。 2 6养护方式对 R P C强度的影响 试验研究 了 9 0 热水 养护与 9 0 蒸 汽养护两 种养护方式在 2 d 、 3 d 、 4 d 、 7 d时对强度 的影响 ， 结果 如图 6所示 。从 图中可以看 出， 在 9 0 高温湿养条 件下 ， R P C试件强度先迅速攀升 ， 在 3 4 d时强度达 到最高值。这是因为高温湿养环境加速了水泥水化 反应 ， 促进 了硅灰 、 粉煤灰和石英粉参与二次灰反 应 ， 有利于 R P C早期强度 的建立 ： 当 R P C养护时间 增大到 7 d时 ， 强度 明显下降， 出现倒缩现象 ， 张胜 、 周锡玲等人9 】 认为 。 这是 因为随蒸养时间的持续延 长 ， 水化产物不断生成 ， 微裂缝不断出现和愈合 ， 以 致混凝土强度出现忽低忽高的变化。 善 越 穗 幽 龄 期， d 图 6 养护方式对 R P C强度的影响 R P C试件龄期由 2 d增大到 3 d时 ， 强度增大了 约 8 ：龄期 由 3 d增大到 4 d时 ，强度仅增大不到 1 ；而龄期为 7 d时热水养护和蒸汽养护强度分别 比 4 d时下降了 6 和 3 。蒸汽养护下 的强度在各 龄期都要 比热水养护有所提高 ，龄期 为 3 d时增幅 达到 2 2 。由此可知， 9 0 蒸汽养护 比 9 0 热水养 护对 R P C的强度发展和保持更为有利 。 3结 论 ( 1 ) 水胶 比增大 ， R P C的流动度线性增 大 ， 强度 则先增大后减小。水胶 比0 2 1 时 ， 与水胶 比0 2 0时 的相 比， 强度相差不大 ， 但工作性大大提高 ， 更有利 于 实 际应 用 。 ( 2 ) 硅灰掺量增加 ， 石英粉掺量减少时 ， R P C的 流动度与强度显著提高 ；与石英粉相 比。硅灰在 9 0 热水养护条件下更利于提高 R P C的强度。 ( 3 ) 粉煤灰取代水泥可以明显改善 R P C的流动 度。取代量为 0 _ 3时 ， 与取代量为 0时相 比， 强度仅 增大 1 2 ， 但流动度增大 了 4 1 mm。 极大地改 善 了 R P C的工作性 。 ( 4 ) R P C的流动度 随着钢纤维掺量的增加急剧 减小 ， 而强度随钢纤维掺量增加迅速提高 ， 钢纤维 掺 量达到 1 5 0 k m 时 ， R P C强度增 幅高达 3 7 7 ， 继续增加钢纤维对强度提高效果不大。 ( 5 ) 9 0 蒸汽养护下 R P C强度在各龄期时都要 比 9 0 热水养 护的要高 ，龄期 3 d时提高 幅度达 2 2 ； 9 0 蒸汽养护时 ， R P C后期强度倒缩要 比 9 O c I = 热水养护的低 3 。 参考文献 ： 1 P R i c h a r d ，M C h e y r e z y C o m p o s i t i o n o f R e a c t i v e P o w d e r C o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ，1 9 9 5 ，2 5( 7 ) ： 1 5 0 1 1 5 1 1 f 2 P Y B l a i s ， MC o u t u r e P r e c a s t ，P r e s t r e s s e d P e d e s t ri a n B ri d g e - Wo rl d S F i r s t R e a c t i v e P o w d e r C o n c r e t e S t r u c t u r e f J 1 P C I J o u r n a l ， 1 9 9 9 ， 9 ( 1 0 ) ： 6 0 - 7 1 3 】 何峰， 黄政宇 2 0 0 3 0 0 M P a活性粉末混凝 土( R P C ) 的配制 技术研究 J 混凝土 与水泥制 品， 2 0 0 0 ( 4 ) ： 3 7 4 目光杰 ， 阎贵平， 安 明 ， 等 2 0 0 MP a级活性粉末 混凝土 试验研究 J 铁道学报， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 2 ) ： 1 1 6 1 1 9 5 江桂 华， 林东 ， 林永 权， 等 养护 制度对 活性粉 末混 凝土 强度的影 响及 其机理研 究 J 广东建材， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 1 8 2 1 6 】 时术 兆， 齐砚 勇， 严 云， 等 多元 凝胶 紧密堆积 对活性 粉 末混凝土的影响【 J 水泥工程， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 7 7 8 0 7 何峰， 黄政宇 养护 制度对 活性粉末 混凝土( R P C ) 强度 的 影响研究 J 混凝土， 2 0 0 0 ( 2 ) ： 3 1 - 3 4 【 8 】 吴中伟， 廉慧珍 高性能混凝 土 M】 北京： 中国铁 道出版 社 1 9 9 9 【 9 】 张胜， 周锡龄， 谢友 均， 等 养 护制度 对活 性粉末 混凝 土 强度及微观结构影响 的研究 J 混凝土， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 1 6 1 8 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 7 2 0 作者简 介 ： 马万 ( 1 9 8 9 一 ) ， 男 ， 在读硕士研究生 。 通讯地址 ： 山东省青岛市市北区抚顺 路 1 1 号 联 系电话 ： 1 3 9 5 4 2 8 3 0 0 7 E ma i l ： ma wa n l 3 1 2 31 1 4s i n a c o m 一 25 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m