活性粉末混凝土原材料及制備方法.ppt

活性粉末混凝土原材料及制備方法 北京交通大學土木建筑工程學院安明喆SchoolofCivilEngineeringandArchitecture BeijingJiaotongUniversity 前言 隨著新型高效減水劑的發(fā)明與應用 礦物超細粉的回收與加工 纖維材料的發(fā)展以及新型水泥基材料的發(fā)明 混凝土技術有了重大突破 尤其是高性能混凝土 HPC 和超高性能混凝土 UHPC 目前HPC和UHPC已經(jīng)廣泛地應用于世界各地的重特大工程中 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 1 什么是UHPC 活性粉末混凝土 ReactivePowderConcrete 以下簡稱RPC 作為UHPC的一種 是90年代中期法國Bouygues公司Richard等人研制出的具有超高強度 高韌性 高耐久性 且體積穩(wěn)定性良好的水泥基復合材料 超高性能混凝土 Ultra HighPerformanceConcreteUHPC 所謂 超高 包含兩個方面 超高的力學性能和超高的耐久性 UHPC以DSP densifiedsystemscontaininghomogeneousarrangedultrafineparticle 技術為基礎 使 DSP S 砂 F 纖維 體系的抗壓強度 200MPa DSP S 砂 G 碎石 的抗壓強度 150MPa 定義 RPC由超細活性粉末 水泥 優(yōu)質(zhì)細骨料 高強度纖維等組分 通過最優(yōu)化級配設計 經(jīng)高溫熱合等特定工藝制備而成 是超細粒聚密材料與纖維增強技術相結合的高技術復合材料 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 2 RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 國外RPC主要研究及應用 2 RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)RPC主要研究機構及研究內(nèi)容 2 RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 本課題組自開展RPC研究以來 先后得到了多項國家自然科學基金的資助 2 RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 建筑工程 車站頂棚 高爐屋頂 建筑外墻面層板 車站聲屏障板 建筑外墻面層板 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 2 RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀 2 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 各類RPC預制構件 2 RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 2 RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀 韓國RPC人行拱橋 日本Sakata Mirai人行橋 加拿大Sherbrooke人行橋 我國青藏鐵路RPC橋梁 北京五環(huán)路RPC蓋板 橋梁工程 二 RPC制備原理 1 基本原理 1 勻質(zhì)性的改進1 用細骨料代替粗骨料2 提高漿體的力學性能3 降低骨料與漿體的比值4 減少界面與改善過渡區(qū) 3 熱處理改善微觀結構1 按合理制度高溫養(yǎng)護2 激發(fā)活性組分的活性 4 摻入鋼纖維增加韌性與強度高強度鋼纖維改善韌性 提高強度 2 密實度的提高1 優(yōu)選原材料2 最密實配料2 成型工藝 二 RPC制備技術 2 配合比設計思路 設計思路 混凝土的集料盡可能地緊密堆積 集料顆粒之間的空隙由具有一定水膠比的漿體填充 膠凝材料級配合理 進一步再考慮顆粒間的物理化學反應 通過顆粒間的相互粘結形成均勻的內(nèi)部結構 達到超高強和高密實 三 原材料 1 原材料組成 1 水泥 普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥 2 骨料 石英砂 粒徑范圍0 1250 m 三種粒級 3 鋼纖維 細圓形鋼纖維 直徑0 20mm 長度12 14mm 4 礦物添加劑 多種活性礦物通過活性組合實驗與最佳顆粒級配計算配制 5 高性能減水型外加劑 新型高性能減水劑 深紫色透明液體 減水率為31 三 原材料 水泥應采用品質(zhì)穩(wěn)定 強度等級不低于42 5級的低堿硅酸鹽水泥或低堿普通硅酸鹽水泥 水泥熟料中C3A含量不得大于8 其它性能應符合GB175 2007規(guī)定 不得使用其它品種水泥 我國配制活性粉末混凝土所用水泥一般為42 5 的普通硅酸鹽水泥 1 1水泥 42 5 水泥的熟礦物組成 其中 石膏摻量為2 95 3 0 三 原材料 1 2骨料 RPC所用骨料為石英砂 其性能指標應滿足要求 分粗砂 中砂 細砂三種粒徑 不同粒級石英砂的超粒徑含量限制如下 三 原材料 1 3鋼纖維 鋼纖維應采用高強度圓截面纖維 其性能指標應滿足要求 RPC配制過程中摻加礦物摻合料可以減小水泥用量 提高組份的細度和反應活性 同時還可以改善活性粉末混凝土的內(nèi)部結構 從而改善其基本性能 通常活性粉末混凝土中摻加的礦物摻合料有 硅粉 粉煤灰 礦粉 偏高嶺土等幾種 1 4礦物摻合料 三 原材料 1 4 1硅粉 硅粉也叫硅灰 SilicaFume 是工業(yè)電爐在高溫熔煉工業(yè)硅及硅鐵的過程中 隨廢氣逸出的煙塵經(jīng)特殊的捕集裝置收集處理而成 常用的硅粉是灰白色球狀粉末 表觀密度通常為150 250kg m3 比表面積 20m2 g 粒徑小于1 m 平均粒徑為0 1 0 2 m 無定形SiO2含量 90 三 原材料 粉煤灰 flyash 是工業(yè)固體廢物的一種 是煤粉進入1300 1500 的爐膛后 在懸浮燃燒條件下經(jīng)受熱面吸熱后冷卻而形成的 活性粉末混凝土中 由于水膠比較低 所以在配制過程中摻入粉煤灰具有如下優(yōu)點 1 粉煤灰能和硅灰一起改善拌合物的流動性及和易性 降低拌合物的粘稠度 減少攪拌時引入的氣泡 提高基體的密實度 2 由于粉煤灰在早期不參與水化 所以在整個膠凝組分中水灰比 水 水泥 并不低 因此摻加粉煤灰有利于水泥在早期的水化 同時在水化后期 粉煤灰能與水泥水化物進行二次水化反應 起到進一步填充密實的效果 3 利用粉煤灰部分替代水泥還能夠降低總成本 提高性能價格比 1 4 2粉煤灰 三 原材料 1 鋼纖維 1 鋼纖維 1 4 3其它礦物摻合料 偏高嶺土是在一定溫度和條件控制下煅燒的高嶺土 具有較高的火山灰活性 活性粉末混凝土配制過程中摻加的偏高嶺土具有加速水泥水化效應 填充效應及火山灰效應 從而提高活性粉末混凝土的強度及其他性能 此外礦粉也可用于制備活性粉末混凝土 三 原材料 活性粉末混凝土配制過程中通過摻加減水劑來降低水的用量 從而降低水膠比 用來配制活性粉末混凝土的減水劑應有很好的減水效果 并能與所選水泥相匹配 即水泥與減水劑的相容性好 1 5高效減水劑 三 原材料 高效減水劑性能指標 高效減水劑的減水率檢驗按GB8076 2008要求進行 摻量宜在2 5 3 0 四 制備及成型工藝 活性粉末混凝土和普通混凝土一樣 仍然是一種多相水泥基復合材料 可以采用普通混凝土的制備設備 但在生產(chǎn)工藝控制上有特殊要求 其制備及成型步驟如下 四 制備及成型工藝 1 制備工藝 技術要求 1 模板應具有足夠的強度 剛度和穩(wěn)定性 應保證構件各部位形狀 尺寸及預埋件的準確定位 2 攪拌設備應為強制式攪拌機 攪拌機轉速不宜低于45轉 min 3 投料 攪拌順序 先加石英砂和鋼纖維 攪拌3min 再加入水泥和礦物摻合料 攪拌1min 最后加水和化學增強劑 再攪拌4min 4 攪拌完畢的活性粉末混凝土材料拌合物坍落度宜控制在140 180mm 拌合物應在20min內(nèi)澆筑完畢 單一構件應一次澆注成型 5 活性粉末混凝土材料攪拌 運輸 澆筑及構件靜停應在10 以上的環(huán)境下完成 6 在澆筑活性粉末混凝土材料構件過程中 應隨機抽樣制作活性粉末混凝土材料試件 試件應隨構件同條件下成型 并隨構件同條件養(yǎng)護 四 制備及成型工藝 攪拌好的RPC材料應一次性裝入試模并高出試模上口 在振動臺上振動成型 振動時應防止試模在振動臺上跳動 并用抹刀沿試模內(nèi)壁多加插搗 持續(xù)到RPC表面出漿為止 振搗過程中注意抹平壓光 并防止氣泡產(chǎn)生 振搗結束刮去多余的拌合物 用抹刀抹平試件表面 將模具放入養(yǎng)護室 養(yǎng)護至24h 36h后拆模 2 成型工藝 四 制備及成型工藝 成型完畢的構件先要放入溫度20 2 相對濕度95 以上的標準養(yǎng)護室內(nèi)養(yǎng)護24h 36h 之后拆模 然后將脫模后的試件放入蒸汽養(yǎng)護箱中 先將溫度調(diào)至45 2h后調(diào)至60 再2h將溫度升高至75 后維持不變 養(yǎng)護68h后取出試件 最后將養(yǎng)護后的試件放到溫度為 20 2 濕度為 60 5 的恒溫恒濕試驗室 3 養(yǎng)護方法 五 工作性 工作性是指混凝土拌合物在不發(fā)生離析 泌水的條件下 能夠滿足一系列施工工序 如拌合 運輸 澆灌 振搗等 的性能 包括流動性 粘聚性和保水性 對RPC而言 影響其工作性的主要因素有 水膠比 砂膠比 鋼纖維種類及摻量 礦物摻合料的摻量 五 配合比對工作性能的影響 1 水膠比 水膠比對活性粉末混凝土流動度影響 隨著水膠比的增大 拌合物的流動度也隨之增大 五 配合比對工作性能的影響 2 砂膠比 砂膠比對活性粉末混凝土流動度影響 隨砂膠比的增大 活性粉末混凝土的流動度逐漸減小 五 配合比對工作性能的影響 3 鋼纖維種類及摻量 纖維摻量對活性粉末混凝土流動性影響 隨鋼纖維摻量的增加 活性粉末混凝土的坍落度逐漸減小 流動性變差 五 配合比對工作性能的影響 不同纖維類型活性粉末混凝土流動性隨