活性粉末混凝土原材料及配合比設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇

申請(qǐng)免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

何峰1，2，黃政宇1(1．湖南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410082；2．湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410081) 摘要：由于活性粉末混凝土(RPC)的組分較’——般高性能混凝土的多，原材料性質(zhì)、配比及成型養(yǎng)護(hù)工藝都會(huì)對(duì)RPC的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生很大的影響，因此，在廣泛收集RPC200配制試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，探討了RPC200的原材料和配合比設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇，并提出了目前RPC200配合比設(shè)計(jì)中存在的主要問題。 關(guān)鍵詞：活性粉末混凝土；原材料；配合比設(shè)計(jì) 中圖分類號(hào)：TU528．575 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-702X(2007)03-0074-04 活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，簡(jiǎn)稱RPC)因其具有超高強(qiáng)、低脆性和優(yōu)異耐久性受到廣泛關(guān)注，最近幾年，國(guó)內(nèi)許多科研機(jī)構(gòu)對(duì)RPC配制技術(shù)、微觀結(jié)構(gòu)、基本力學(xué)性能和耐久性能等方面進(jìn)行了廣泛深入的研究，特別是在RPC的配制方面，根據(jù)RPC配制原理，利用不同地區(qū)的當(dāng)?shù)卦牧暇晒Φ嘏渲瞥隽薘PC200。然而，由于RPC的組分較一般高性能混凝土的多，原材料性質(zhì)、配比及成型工藝都會(huì)對(duì)RPC的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生很大影響，因此有必要盡量廣泛地收集有關(guān)數(shù)據(jù)，提出適合RPC原材料和配合比設(shè)計(jì)參數(shù)，以便指導(dǎo)工程技術(shù)人員進(jìn)行RPC200的快速配制。 1 RPC200的配制原理和配合比設(shè)計(jì)要求1．1 RPC200的配制原理
RPC200是通過合理選用原材料，優(yōu)化顆粒級(jí)配，在凝結(jié)硬化過程中采取適當(dāng)?shù)某尚宛B(yǎng)護(hù)工藝獲得的。其設(shè)計(jì)是建立在減少孔隙率，優(yōu)化孔結(jié)構(gòu)，改善微觀結(jié)構(gòu)的宗旨上，其基本原理包括以下幾點(diǎn)：(1)不含粗骨料，改善內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性；(2)優(yōu)化顆粒級(jí)配，采用多級(jí)粒徑分布，提高密實(shí)度；(3)優(yōu)選與活性組分相容性良好的高效減水劑，以減低水膠比；(4)采用熱養(yǎng)護(hù)，改善微觀結(jié)構(gòu)；(5)加入鋼纖維，增加混凝土的韌性和體積穩(wěn)定性[1-3]。
1．2 RPC200的配合比設(shè)計(jì)要求
配合比設(shè)計(jì)的目的是要在盡可能低的造價(jià)下獲得性能滿足要求的混凝土拌和物。因此，針對(duì)不同用途要求，RPC200應(yīng)對(duì)高耐久性、超高強(qiáng)度、良好的施工性、良好的體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等有重點(diǎn)地予以保證。 2 原材料的選擇2．1 水泥
RPC200所用水泥最好是強(qiáng)度高且同時(shí)具有良好的流變性能，并與目前大宗使用的高效減水劑有很好的相容性。因此，可考慮以下幾個(gè)方面：
(1)水泥宜優(yōu)先選用52．5級(jí)的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。一般不得選用低于42．5級(jí)的水泥。
(2)由于在目前的技術(shù)水平下，通常是采用提高C3A和C3S含量以及提高比表面積的措施來提高水泥的標(biāo)號(hào)，這必然造成水泥水化熱大、需水量大、水泥與高效減水劑相容性差等問題。因此，對(duì)于RPC200，應(yīng)考慮選擇C3S含量高、C3A含量低的硅酸鹽類水泥膠結(jié)效果最好，不宜粉磨太細(xì)避免需水量過大而影響硬化體的密實(shí)；
(3)為了保證水泥質(zhì)量的穩(wěn)定，應(yīng)禁止使用立窯水泥。
2．2 硅灰和其它礦物細(xì)摻料 在配制混凝土?xí)r加入礦物細(xì)摻料，可降低水化熱，改善工作性，提高后期強(qiáng)度，并可改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高抗腐蝕能力。因?yàn)镽PC200具有很低的水膠比，所以對(duì)用于RPC200的礦物細(xì)摻料品質(zhì)的要求，除限制有害組分含量外，主要包括活性和需水性。 (1)硅灰：硅灰因其優(yōu)異的微填充性能和火山灰性能是RPC200不可或缺的主要組分之一。隨著硅灰中Si02含量的增加，硅灰中堿和碳等有害雜質(zhì)的含量和燒失量下降。因此，用于配制RPC200的硅灰中Si02含量應(yīng)大于90％，其中活性(即在飽和石灰水中可溶)Si02應(yīng)在40％以上。
(2)其它礦物細(xì)摻料：由于國(guó)內(nèi)硅灰產(chǎn)量低，價(jià)格較高，且硅灰較大的比表面積不利于新拌混凝土的工作性，因此；國(guó)內(nèi)有些研究者在配制RPC時(shí)采用了其它礦物細(xì)摻料。如超細(xì)粉煤灰、粒化高爐礦渣”叫等代替部分硅灰，均成功地獲得了性能優(yōu)異的RPC200。
由于各礦物細(xì)摻料物理化學(xué)性能的差異，其活性指數(shù)也存在顯著的差異。一般來說，硅灰28d活性指數(shù)為3．47，其次是超細(xì)粉煤灰，活性指數(shù)為2．33，超細(xì)高爐礦渣為1．06fsi。同時(shí)超細(xì)粉煤灰需水量較小，：并能與硅灰形成超疊加效應(yīng)，所以在粉煤灰、礦渣、偏高嶺土等礦物摻合料中，粉煤灰是配制RPC中部分取代硅灰的較為理想的礦物摻合料。在選擇超細(xì)粉煤灰時(shí)主要應(yīng)考慮其含碳量，因?yàn)楹剂扛叩姆勖夯倚杷看螅瑢?duì)混凝土的流變性、強(qiáng)度和變形都有不利的影響。因此，對(duì)用于RPC中的超細(xì)粉煤灰的燒失量以小于3％為宜。
?；郀t礦渣粉磨得越細(xì)，其活性越高，早期產(chǎn)生的水化熱越大；當(dāng)比表面積超過4000cm2/g的礦渣用于很低水膠比的混凝土中時(shí)，混凝土早期的自收縮隨礦渣摻量的增加而增大[9]。因此，摻入RPC中的磨細(xì)礦渣的比表面積不宜過細(xì)，而應(yīng)綜合考慮其利弊，一般以不超過4000cm2／g為宜。
石英粉：石英粉是RPC在熱養(yǎng)護(hù)下特別是高溫養(yǎng)護(hù)下必不可少的組分。因此，為了充分發(fā)揮石英粉在熱養(yǎng)護(hù)下的活性，其平均粒徑范圍應(yīng)為5-25lamBI，這與水泥的細(xì)度接近。
砂：配制RPC宜優(yōu)先選用石英砂。因?yàn)槭⑸熬哂泻芨哂捕群蛢?yōu)良的界面性能，且采集容易，價(jià)格低廉。在選擇石英砂時(shí)，應(yīng)考慮其礦物成分、平均粒徑、顆粒形狀和摻用比例。為符合最大密實(shí)理論模型，避免與水泥顆粒粒徑?jīng)_突，應(yīng)選擇平均粒徑2501xm，粒徑范圍為150-6001xm，顆粒多呈球形，礦物成分Si02含量不低于99％的細(xì)石英砂。
高效減水劑：選擇高效減水劑通常需考慮2個(gè)方面，第一，減水率要求在20％以上：第二，選用品種與水泥相容性好。理想的高效減水劑應(yīng)包含較長(zhǎng)分子鏈，其磺酸鹽基團(tuán)應(yīng)占據(jù)甲醛和萘磺酸鹽的鈉鹽縮合物的p位置。在配制RPC200時(shí)，可選擇高濃型萘系高效減水劑、可溶性樹脂型高效減水劑和聚羧酸系減水劑等。
鋼纖維：鋼纖維品種及摻量對(duì)RPC性能有重要的影響。在選擇鋼纖維時(shí)，可考慮以下幾方面：
(1)鋼纖維長(zhǎng)徑比和含量對(duì)鋼纖維RPC的拌制及強(qiáng)度指標(biāo)有較大影響，根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼纖維RPC研究的統(tǒng)計(jì)，鋼纖維長(zhǎng)徑比宜在50~80內(nèi)選定。長(zhǎng)徑比大于100的細(xì)長(zhǎng)鋼纖維在拌制時(shí)易互相纏繞和彎折，也不易搗實(shí)；長(zhǎng)徑比過小則增強(qiáng)效果不明顯。
(2)在RPC強(qiáng)度試驗(yàn)中觀察到試件破壞面上鋼纖維基本上是一端被拔出，這說明鋼纖維的抗拉強(qiáng)度并未充分發(fā)揮，而是破壞面附近的鋼纖維與混凝土基體間的粘結(jié)強(qiáng)度不足，握裹力小，導(dǎo)致鋼纖維被拔出。因此，除了采用高標(biāo)號(hào)水泥，摻入適量硅灰提高鋼纖維和混凝土基體之間的粘結(jié)強(qiáng)度外，在選擇鋼纖維時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用異形纖維，如波狀纖維、帶鉤的纖維、或選用長(zhǎng)徑比相對(duì)較大的纖維，以保證鋼纖維和RPC基體之間具備足夠的粘結(jié)力和握裹力。3 配合比設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇3．1 水膠比
在原材料已定的情況下，水膠比是決定RPC強(qiáng)度的因素，也是影響其耐久性和工作性的重要因素。因此，選擇水膠比必須同時(shí)滿足強(qiáng)度、耐久性和工作性的要求，
RPC200水膠比按經(jīng)驗(yàn)選擇，一般以0．18-0．22為宜。當(dāng)水膠比低于0．18時(shí)，成型較困難，密實(shí)度下降，對(duì)強(qiáng)度和耐久性均帶來一定的損害；當(dāng)水膠比大于0．22時(shí)，雖然工作性良好，但其強(qiáng)度也有一定程度的下降。
3．2 水泥用量
考慮到混凝土中水泥用量過多會(huì)產(chǎn)生大量水化熱、引起收縮裂縫等不良后果，在高性能混凝土中，水泥用量宜控制在550kg／m3以內(nèi)[1q。然而，由于RPC摻有一定量的礦物細(xì)摻料，可在一定程度上降低水化熱，且因不含粗骨料，加上礦物活性材料的二次水化效應(yīng)，可減少其在硬化過程中收縮裂縫，因此為了獲得RPC200，水泥摻量可適當(dāng)增加，但一般控制在800kg／m3以內(nèi)。
3．3 礦物細(xì)摻料摻量
(1)從硅灰摻量對(duì)RPC抗壓強(qiáng)度、密實(shí)度以及RPC基體和鋼纖維間的粘結(jié)強(qiáng)度[11]的影響來看，硅灰的摻量應(yīng)控制在25％-35％。
　　(2)如用其它礦物細(xì)摻料取代部分硅灰，為了不大幅度損害RPC200的強(qiáng)度，硅灰的取代量不能太高，即礦物細(xì)摻料的摻量要有一定的范圍。有研究表明，粉煤灰等礦物摻合料的摻量為膠凝材料的20％左右[12-13]，此時(shí)硅灰摻量應(yīng)保持為膠凝材料的15％-25％。
3．4 石英粉摻量
石英粉摻量一般取水泥量的25％-40％為宜[15]。由于石英粉在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的RPC200中主要是發(fā)揮微集料效應(yīng)，在熱水養(yǎng)護(hù)(90℃左右)時(shí)其活性也不明顯，且其粒徑又與水泥顆粒接近，因此一些國(guó)內(nèi)研究者在配制RPC200時(shí)，去除了石英粉組分，適當(dāng)增大石英砂的含量，也可配制出性能較好的RPC200。
3．5 砂膠比
在國(guó)內(nèi)對(duì)RPC200的配制研究中，砂膠比的變化較大。根據(jù)筆者的研究，砂膠比在0．48-0．80變化時(shí)，均可獲得較高強(qiáng)度的RPC200]~。根據(jù)文獻(xiàn)[7]的研究，砂膠比在0．70~0．90時(shí)，RPC具有很好的流動(dòng)性。綜合考慮RPC的強(qiáng)度、工作性和經(jīng)濟(jì)性，建議砂膠比取0．80~0．90為宜。
3．6 高效減水劑摻量
高效減水劑用量通常可取膠凝材料摻量的2％-3％。
3．7 鋼纖維摻量
RPC中鋼纖維含量過低將失去增強(qiáng)與改善脆性的意義，鋼纖維含量過高則在拌制中拌和物變得非常干澀，造成施工不便，因此，鋼纖維體積摻量為1．5％-3％適宜，從經(jīng)濟(jì)方面考慮可選擇2％。
國(guó)內(nèi)幾種典型的RPC配合比見表1。
表1 國(guó)內(nèi)幾種典型RPC配合比

原料種類	配比試樣編號(hào)
	1	2	3	4	5	6
水泥硅灰超細(xì)粉煤灰超細(xì)礦渣石英粉砂砂膠比高效減水劑／％水膠比鋼纖維(體積摻量) ／％抗壓強(qiáng)度／MPa	1(42．5級(jí))0．30－0．45-0．500．31．00-1．500．56-0．832．50．23±0．011．5-2．0125	1(42．5級(jí))0．250．30-0．40－－－1．22．00．16	1(42．5級(jí))0．20-0．300．25－0．3-0．40．88-1．120．70-0．902．5-3．00．22－150-60	1(42．5R)0．250．20－－1．250．861．30．162．6210	1(52．5級(jí))0．35－－0．31．100．812．50．18-0．22	1(52．5R)0．130．20-0．320-0．13－1．250．865．70．172-3160-175
		0 3200 250			0 3160-170 230-240
養(yǎng)護(hù)制度	熱水養(yǎng)護(hù)[5]	熱水養(yǎng)護(hù)[6]	熱水養(yǎng)護(hù)[7]	熱水養(yǎng)護(hù)[14]	熱水養(yǎng)護(hù)[15]	熱水養(yǎng)護(hù)[16]

注：為了具有可比性，文中采用了“砂膠比”參數(shù)，其值為砂子與膠凝材料(包括泥與礦物細(xì)摻料，不包括石英粉)的質(zhì)量比。表中砂膠比除配比2來自原有文獻(xiàn)以外，其余均由筆者換算而來。4 RPC200配合比設(shè)計(jì)中存在的問題4．1 原材料問題
RPC200采用的原材料與一般高性能高強(qiáng)混凝土相比存在很大的差別。如RPC200不含粗骨料，添加了礦物細(xì)摻料，并摻入了高效減水劑和鋼纖維等。RPC200組分多，強(qiáng)度高，對(duì)原材料性能很敏感。目前國(guó)內(nèi)研究者在配制RPC200時(shí)，對(duì)原材料的選擇基本上考慮就地取材，這一方面對(duì)降低成本，促進(jìn)其工程應(yīng)用提供了研究基礎(chǔ)，另一方面也給有限的試驗(yàn)數(shù)據(jù)造成了很多不可比的因素，且試驗(yàn)結(jié)果差別較大。
(1)為了優(yōu)化顆粒級(jí)配，減少孔隙率，改善孔結(jié)構(gòu)，提高RPC200的工作性、強(qiáng)度和耐久性，RPC200中摻入了硅灰、粉煤灰、石英粉等細(xì)摻料。細(xì)摻料質(zhì)量的變化將對(duì)RPC200的性能帶來顯著影響。但由于目前國(guó)內(nèi)缺乏一種評(píng)價(jià)礦物細(xì)摻料的質(zhì)量指標(biāo)體系，因此，如何穩(wěn)定礦物細(xì)摻料產(chǎn)品的性能，制訂其品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)配制性能優(yōu)異、質(zhì)量穩(wěn)定的RPC200至關(guān)重要，也是應(yīng)深入研究的問題。
(2)高效減水劑解決了RPC200低水膠比與工作性之間的矛盾。然而，高效減水劑與水泥的相容性問題是目前國(guó)內(nèi)研究者配制RPC時(shí)普遍忽略的問題。雖然某些高效減水劑在極低水膠比下能獲得較好的工作性，但是其坍落度損失極快，顯然滿足不了工程應(yīng)用的需要。此外，目前高效減水劑的品種繁多，良莠不齊。因此，應(yīng)盡快建立起評(píng)價(jià)高效減水劑品質(zhì)的質(zhì)量體系，規(guī)范市場(chǎng)。(3)鋼纖維的摻入對(duì)增加RPC200的韌性和體積穩(wěn)定性有著重要作用。但目前鋼纖維售價(jià)較高，如熔抽法生產(chǎn)的碳鋼纖維售價(jià)2000~3000元/t,薄鋼板剪切法生產(chǎn)的碳鋼纖維售價(jià)4000~7000元／t，成為鋼纖維RPC應(yīng)用的障礙。因此，大力開發(fā)生產(chǎn)價(jià)廉質(zhì)優(yōu)的鋼纖維品種，對(duì)推廣鋼纖維RPC在工程中的應(yīng)用具有重要意義。
4．2試件制備問題
RPC的攪拌、成型和養(yǎng)護(hù)等與一般高性能混凝土的常規(guī)工藝條件存在較大的差別，它們對(duì)RPC的性能有重要影響。目前國(guó)內(nèi)研究者在配制RPC200時(shí)，除了對(duì)養(yǎng)護(hù)方法和養(yǎng)護(hù)制度有較具體的探討外，極少有研究者關(guān)注其攪拌和成型等制備工藝，其方法基本沿襲了國(guó)外文獻(xiàn)中提出的攪拌工藝和國(guó)內(nèi)的水泥膠砂振動(dòng)成型工藝。如何針對(duì)我國(guó)配制RPC200的實(shí)際情況，探討一種既經(jīng)濟(jì)又能提高其工作性、強(qiáng)度和耐久性的制備工藝顯得非常重要。
4．3 試驗(yàn)參數(shù)問題
試件和加荷條件等是影響RPC強(qiáng)度試驗(yàn)的重要參數(shù)，主要包括混凝土試件尺寸和潮濕情況等影響：加載參數(shù)包括應(yīng)力大小和持續(xù)時(shí)間以及所加應(yīng)力的速率。
目前，國(guó)內(nèi)研究者在配制RPC200時(shí)，除了普遍采用40mmx40mmxl60mm尺寸的試件外，還有70．7mm×70．7mm×70．7mm和100mm×l00mm×l00mm等立方體試件。雖然相對(duì)于普通混凝土，RPC的尺寸效應(yīng)不甚顯著，但其尺寸效應(yīng)對(duì)強(qiáng)度的影響仍不可忽略。另外，目前在進(jìn)行RPC強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)的潮濕情況也不一，如有的試件在試驗(yàn)時(shí)處于干燥狀態(tài)，而有的試件在熱養(yǎng)護(hù)后再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，因此試件在試驗(yàn)時(shí)相對(duì)濕度達(dá)到90％以上。目前相對(duì)濕度對(duì)RPC200強(qiáng)度的影響程度還不得而知。此外，也極少有研究者關(guān)注加載持續(xù)時(shí)間及所加應(yīng)力的速率對(duì)RPC強(qiáng)度的影響。
4．4 規(guī)范問題
如上所述，RPC200與一般高性能高強(qiáng)混凝土在原材料、配合比以及生產(chǎn)和施工工藝各方面，存在很大的差別。標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的缺乏對(duì)RPC200的工程應(yīng)用和推廣是很不利的。因此，現(xiàn)階段需要積極積累經(jīng)驗(yàn)，制訂適合于我國(guó)國(guó)情的RPC200的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，并在實(shí)踐中不斷完善，以提高設(shè)計(jì)的精確度和可靠性。5 結(jié) 語(yǔ)
RPC是近代水泥基材料科學(xué)與工程學(xué)取得的新成就，是混凝土技術(shù)長(zhǎng)期實(shí)踐的結(jié)果。作為一種新型的超高性能混凝土，正確選擇RPC200的原材料和配合比設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)簡(jiǎn)化試配工作，促使其推廣到工程應(yīng)用具有重要的意義。然而，因數(shù)據(jù)有限，已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)中原材料品質(zhì)多樣，試驗(yàn)參數(shù)不統(tǒng)一，因此，目前還難以建立適當(dāng)模型與強(qiáng)度、耐久性和工作性等要求聯(lián)系起來，建立一種快速設(shè)計(jì)方法。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)RPC200試驗(yàn)數(shù)據(jù)的不斷擴(kuò)充，原材料生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng)的不斷規(guī)范，其配合比將會(huì)得到更深入的研究。

赤峰HZS60混凝土攪拌站

仁化2方混凝土攪拌機(jī)廠家、價(jià)格多少錢

增村1200型3倉(cāng)配料機(jī)每次下料多少方

上海攪拌站設(shè)備計(jì)量系統(tǒng)單獨(dú)出售嗎