活性粉末混凝土配合比設(shè)計及力學(xué)性能研究

(重慶交通大學(xué) 重慶 400074)

1993年法國布伊格(Bouygues)公司Richard等人率先提出了一種高強、韌性高、耐久性和體積穩(wěn)定性良好的水泥基復(fù)合材料，即活性粉末混凝土(reactive powder concrete，簡稱RPC)[1]。相比于普通混凝土，RPC混凝土是根據(jù)堆積原理配制出來的具有超高力學(xué)性能和高耐久性能的材料[2]。其配置的原材料主要采用水泥、石英砂、硅灰、粉煤灰、鋼纖維、高性能減水劑等[3-5]。RPC混凝土組成成分沒有石子，通過提高細(xì)骨料的均勻性、密實性來減小材料的內(nèi)部缺陷，從而提高其抗壓強度。鋼纖維的摻入，顯著改善了高強度混凝土的脆性，提高了RPC的抗拉強度和韌性。本次研究設(shè)計了(53)組實驗，用以探究不同水膠比、石英沙摻量、外加劑、以及養(yǎng)護制度對活性粉末混凝土性能的影響。設(shè)計研究出了RPC混凝土的強度隨著這些變量設(shè)置的關(guān)系，為今后進行RPC混凝土配合比設(shè)計及應(yīng)用提供了方向。

一、水膠比對PRC抗壓強度的影響

本文對水膠比的研究設(shè)置了3個試塊，研究了不同水膠比對RPC強度的影響，其結(jié)果如表1.

表1 水膠比對RPC抗壓強度的影響

可以看出，隨著水膠比的增加RPC的抗壓強度缺逐漸降低。由于摻水量的多少直接影響到膠凝材料的水化反應(yīng)程度以及基體的孔結(jié)構(gòu)特征[6]，因此水膠比是影響RPC混凝土抗壓強度的重要因素。在保證混凝土流動性要求和成型密實設(shè)備能使混合料充分密實成型的條件下，水膠比越低，混凝土的抗壓強度越高。

二、消泡劑對RPC抗壓強度的影響

本文對水膠比的研究設(shè)置了3個試塊，研究了不同水膠比對RPC強度的影響，其結(jié)果如表2.

表2 消泡劑對RPC抗壓強度的影響

可以看出，隨著消泡劑摻量的增加。RPC混凝土的強度逐漸增強。在混凝土中摻入消泡劑,減少了孔隙的產(chǎn)生,降低了混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的孔隙率,使得混凝土的密實度增加，混凝土的抗壓強度隨之上升。

三、集膠比對RPC抗壓強度的影響

本文對集膠比的研究設(shè)置了3個試塊，研究了不同水膠比對RPC強度的影響，其結(jié)果如表3.

表3 集膠比對RPC抗壓強度的影響

可以看出，隨著集膠比從1.36-1.08的變化，RPC混凝土強度呈現(xiàn)出先上升后下降的情況，石英砂摻量越多，膠凝材料相對摻量越小，包裹在石英砂表面的膠凝材料層越稀薄，因而導(dǎo)致拌合物流動度下降，可見，從抗壓強度的角度而言，存在著一個石英砂摻量的飽和點。此時RPC各粒徑范圍的組分能夠形成最優(yōu)的級配，密實度較高，流動度也較好，容易振搗成型，試件內(nèi)部的毛細(xì)孔和氣孔較少，能使RPC得到較高的抗壓強度。

四、養(yǎng)護方式對RPC抗壓強度的影響

本文對養(yǎng)護的研究設(shè)置了3個試塊，研究了養(yǎng)護方式對RPC強度的影響，其結(jié)果如表4.

表4 養(yǎng)護方式對RPC抗壓強度的影響

可以看出，蒸汽養(yǎng)護的抗壓強度最高在RPC的各組分中，硅灰、石英砂都具有火山灰活性，它們的二次水化反應(yīng)程度與養(yǎng)護溫度有著極大的關(guān)系，活性摻合料常溫下發(fā)生二次水化反應(yīng)的速度較慢，養(yǎng)護溫度越高，二次水化反應(yīng)速度越高，越容易在較短時間內(nèi)達到較高的強度。在經(jīng)過高壓高溫養(yǎng)護之后可以生成高穩(wěn)定高強度的低堿度水化硅酸鈣凝膠和雪硅鈣石[7]。其二，高壓高溫養(yǎng)護時，試件表面和內(nèi)部的壓力差使得氣孔更易排出，孔隙率減小，生成的水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)致密。因此，經(jīng)高溫養(yǎng)護的RPC立方體抗壓強度優(yōu)于經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護的RPC立方體抗壓強度。

五、試驗總結(jié)

(一)經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，水膠比是RPC性能的最主要影響因素，在一定范圍內(nèi)，隨著水膠比的降低，抗壓強度逐漸增大，流動度降低。本文試著從水膠比與孔結(jié)構(gòu)的角度對其機理進行了闡述，并對適宜水膠比的選取提出了建議。

(二)RPC拌合物中集膠比對混凝土強度有影響，在一定范圍內(nèi)，隨著集膠比的增加，強度會上升，超過了這個范圍，集膠比繼續(xù)增大，強度會較低，存在的飽和點。

(三)養(yǎng)護方式對RPC的抗壓強度有較大影響，對于 RPC這種摻有大量活性摻合料的混凝土，高壓高溫養(yǎng)護可以激發(fā)摻合料的活性，因此較其他方式更易獲得較高的抗壓強度。