RPC強度影響因素研究綜述

（吉林建筑大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長春 130118）

0 引言

1990 年代法國Bouygues公司的Richard P開發(fā)了活性粉末混凝土，是一種具有超高強度，低脆性，出色的耐久性以及廣泛應(yīng)用前景的高密度水泥基復(fù)合材料[1]。與普通混凝土相比，RPC不含粗骨料，由石英砂，大量膠凝材料，并加入減水劑及鋼纖維在一定的工藝條件下制成。RPC的抗壓強度可以達到100-800 MPa，彎曲強度可以達到30MPa[2]。通過摻入纖維，RPC的韌性大大提高。因其超高的強度和良好的韌性，RPC越來越受到廣大研究者的青睞，其研究及在工程上的應(yīng)用具有巨大的潛力。但是通過目前的發(fā)展形勢來看，RPC想要廣泛應(yīng)用還存在著一些問題，本文就影響RPC強度的幾個影響因素進行了歸納和總結(jié)。

1 養(yǎng)護方式對RPC的影響

不同養(yǎng)護方式對RPC強度的影響十分顯著，為了研究自然養(yǎng)護、標準養(yǎng)護和高溫養(yǎng)護等3種養(yǎng)護方式對RPC的力學(xué)性能增效效果。鞠彥忠等[3]采用表1所示的養(yǎng)護制度以0.20的水膠比養(yǎng)護鋼纖維RPC。三種養(yǎng)護條件下的不同鋼纖維摻量抗壓及劈裂抗拉強度結(jié)果如圖1、2所示，劈裂抗拉強度在鋼纖維含量低于2%時，與纖維摻量成正比，隨纖維體積摻量增加而增加，在標準養(yǎng)護條件下，其劈裂抗拉強度增幅12.5%，自然養(yǎng)護條件下，其劈裂抗拉強度提高了22.7%，高溫養(yǎng)護條件下，其劈裂抗拉強度提高了11.4%。劈裂抗拉強度在鋼纖維含量高于2%強度為10.8MPa，增幅微小。通過試驗發(fā)現(xiàn)，三種養(yǎng)護方式中高溫養(yǎng)護條件最利于RPC抗壓強度的提高，不過對劈裂抗拉強度提高較小。

表1.三種養(yǎng)護方式具體方法

圖1.不同養(yǎng)護條件下鋼纖維含量對抗壓強度的影響

圖2.不同養(yǎng)護條件下鋼纖維含量對劈裂抗拉強度的影響

2 水膠比對RPC的影響

水膠比是影響RPC強度的一個重要影響因素，選擇合理范圍內(nèi)的水膠比對RPC的強度有巨大提升?？芗蚜羀4]使用正交試驗方法，將水膠比、硅灰摻量、石英粉摻量、粉煤灰摻量、鋼纖維摻量、砂膠比及減水劑含量等七個變量作為影響因素在常溫養(yǎng)護條件下進行了抗壓強度和抗折強度試驗研究，發(fā)現(xiàn)水膠比在0.18對RPC兩種強度的影響最為顯著。何曉雁[5]對RPC的可加工性和力學(xué)性能進行了實驗研究。在整個正交試驗中，將水膠比，砂膠比，減水劑、粉煤灰替代水泥量和玄武巖纖維含量等五個變量作為影響因素。運用極差法分析得出水膠比為主要的影響因素，所得最大RPC抗壓強度是在水膠比為0.2時，最大抗彎曲強度在水膠比為0.16時。然而，如果水與膠凝材料的比例為0.16，則RPC的混合難度將很高，成型將很困難，流動性將很低，并且難以大規(guī)模推廣和應(yīng)用，因此從施工技術(shù)和成本控制的角度來看，建議選擇水與膠凝材料的比例為0.2。降低水膠比，使得膠凝材料增多，可以一定程度上促進內(nèi)部的水化反應(yīng)，使得基體更加致密，從而提高了RPC力學(xué)性能。

3 礦物摻合料對RPC的影響

礦物摻合料也是影響RPC強度的一個重要影響因素，選擇合適的礦物摻合料范圍對RPC的強度提升十分明顯。硅灰是最常見的礦物混合物，憑借其極小的顆粒和較大的比表面積，故填充在各種間隙中，從而改善了基體的致密性。劉振國[6]通過硅灰不同摻量對RPC進行抗壓和抗折強度試驗得出硅灰摻量為25%時各項力學(xué)性能達到最優(yōu)。李新星[7]將水膠比、減水劑含量、砂膠比、硅灰含量、粉煤灰含量以及鋼纖維含量等六個變量作為RPC強度影響因素，對活性粉體混凝土（RPC）進行正交試驗設(shè)計研究。對各種養(yǎng)護時間和養(yǎng)護方式下流動性和抗壓的影響各構(gòu)成材料的貢獻率進行分析，粉煤灰的最佳含量為水泥含量的30%。硅灰最合適的混合量是水泥混合量的25%。通過摻入適當范圍的粉煤灰，同樣可以促進水化反應(yīng)，并且可以起到填充和致密混凝土基體的功能，從而提高RPC的強度。但是，如果粉煤灰的量過多，水泥材料的量減少，水化生成物減少，影響水泥基體的密度，從而減小了RPC的強度。

4 鋼纖維對RPC的影響

RPC中加入纖維不僅可以改善其脆性，一定合理范圍內(nèi)的纖維摻量也使得RPC強度大幅提升。姜宇[8]在標準養(yǎng)護條件下對不同鋼纖維含量的RPC試件進行工作性能和力學(xué)性能測試，通過分析不同鋼纖維摻量的RPC流動性、抗壓強度、抗折強度、折壓比后得出鋼纖維最佳混合量為2%至3%。馬愷澤[9]測試并研究了在三種養(yǎng)護條件下，不同體積含量的鋼纖維對RPC抗壓強度，彎曲強度影響。當鋼纖維體積范圍在0.5%-1.5%之間時，抗壓強度顯著提高，鋼纖維體積范圍在2.5%-3.5%之間時，明顯提高了抗彎曲強度。鞠彥忠[10]通過對RPC的抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度三種基本力學(xué)性能進行試驗研究。發(fā)現(xiàn)在鋼纖維體積含量為1.0%-3.5%之間時，鋼纖維含量增加對RPC抗壓強度提升明顯。RPC抗壓強度在鋼纖維體積含量超過3.5%后，幾乎不再增長。RPC中鋼纖維體積含量在1.0%-2.0%間時，劈裂抗拉強度和抗彎曲強度僅有很小的變化。劈裂抗拉強度和抗彎曲強度在鋼纖維體積摻含量達到3.5%后，提升明顯。以后鋼纖維體積含量若持續(xù)增加劈裂抗拉強度增長緩慢，但彎曲強度仍有提高。對于承受拉力或需要高延展性的RPC結(jié)構(gòu)，建議適當增加鋼纖維的數(shù)量，并選擇約3.0%的鋼纖維體積含量。

5 混摻纖維對RPC的影響

現(xiàn)有研究多是采用單摻纖維提高RPC力學(xué)性能[11-13]，單摻某一種纖維對混凝土韌性和抗裂性能等均有改善，但僅對混凝土一種性能提升明顯，不能從多個方面提高混凝土的整體性能。適量的纖維混合不僅可以改善混凝土抗壓強度和抗拉強度等力學(xué)性能，而且對改混凝土的延性和抗韌性能的改善有巨大作用。對RPC混摻纖維的研究多是將玄武巖纖維與聚丙烯纖維混摻、將鋼纖維與聚丙烯纖維混摻。柳福鑫[14]使用鋼和聚丙烯纖維作為增強材料，在室內(nèi)中研究了以上兩種類型的纖維的單一和混合對混凝土物理力學(xué)性能和收縮性能的影響。室內(nèi)測試的結(jié)果是，當將鋼纖維和聚丙烯纖維混合時，可改善混凝土混合物的可加工性，并且改善混凝土力學(xué)性能的效果較僅由上述兩種纖維單摻的混凝土更好；想要得到最佳的混凝土的力學(xué)性能，可以摻入1.0kg/m3聚丙烯纖維和40kg/m3的鋼纖維。混合兩種類型的纖維可以顯著減少混凝土的初期和后期收縮，并顯著提高混凝土的抵抗力?；炷翑嗔衙婵梢钥闯?，聚丙烯纖維和鋼纖維混合以填充所有水平的混凝土裂縫，可以有效地改善和提高界面過渡層的性能，從而可以使各種纖維的性能最大化，并且可以達到裂縫通過骨料間的成效。同時混合兩種類型的纖維可提供協(xié)同，混合和疊加效果，這比單獨混合任何一種纖維要好。鞠彥忠[15]為研究單摻和混摻玄武巖纖維及聚丙烯纖維對RPC力學(xué)性能的影響，進行了立方體抗壓和劈裂抗拉試驗。研究發(fā)現(xiàn)：兩種纖維混摻對RPC力學(xué)性能提升顯著，混摻聚丙烯纖維0.033%和玄武巖纖維0.15%時RPC抗壓強度最高，比普通RPC的抗壓強度高14.1%。RPC劈裂抗拉強度最高時，玄武巖纖維的體積含量為0.15%并且聚丙烯纖維的體積為0.025%，較素RPC提高了52.1%。對于鋼纖維與玄武巖纖維混摻多是普通混凝土的研究，關(guān)于混摻鋼纖維及玄武巖纖維RPC的研究報道較少。

6 結(jié)論

（1）高溫養(yǎng)護對RPC抗壓強度的提升效果顯著，但對劈裂抗拉強度影響不大

（2）水膠比的變化對RPC材料的力學(xué)性能、工作性能及耐久性均有顯著影響，故對RPC制備過程中應(yīng)對水膠比進行嚴格控制，一般不大于0.2。

（3）為得到強度較好的RPC，應(yīng)將礦物摻合料摻量控制在一個合理范圍，通常粉煤灰摻量在水泥摻量30%左右，硅灰摻量在應(yīng)為水泥摻量25%左右。

（4）適當?shù)膯螕嚼w維能一定程度的提高RPC強度，不同養(yǎng)護條件及配合比下的最佳纖維摻量均不相同，一般鋼纖維在3%以內(nèi)。在一定范圍內(nèi)混摻纖維對RPC提升巨大，均較單摻纖維RPC力學(xué)性能好，不同的混摻纖維組合有各自的優(yōu)點。