活性粉末混凝土(PRC)的配制

1、活性粉末混凝土(PRC)的配制摘要：關(guān)鍵詞：本文進(jìn)行了25組(每組3個(gè)試塊)邊長(zhǎng)為100mm的立方體試件試驗(yàn)。針對(duì)廣州地區(qū)的原材料，分析材料的配合比、石英石的目數(shù)和減水劑對(duì)活性粉末混凝土流動(dòng)度、抗壓強(qiáng)度的影響；分析干熱養(yǎng)護(hù)對(duì)RPC抗壓性能的影響，并對(duì)它的破壞形態(tài)、破壞機(jī)理作進(jìn)一步的的探討。 1.活性粉末混凝土材料的選用 在廣州地方材料調(diào)研的基礎(chǔ)上，選擇配制活性粉末混凝土所需的水泥、硅灰、石英粉、細(xì)砂、高效減水劑等原材料。 (1)金羊牌P.O42.5R(旋窯)水泥。 (2)廣州廣一大氣治理工程有限公司提供的的硅灰，平均粒徑為0.1m。 (3)廣東省江門(mén)市蓬江區(qū)強(qiáng)力建材有限公司提供的QLPC5聚羧

2、酸系高性能減水劑。 (4)從化市呂田豐碩石料廠生產(chǎn)的的石英粉，平均粒徑為38m。 (5)從化市呂田豐碩石料廠生產(chǎn)的三種不同級(jí)配的石英砂，第一種是16目30目(即550m1000m)，第二種是30目60目(即250m550m)，第三種是80目100目(即150m180m)。 2.RPC的配制試驗(yàn) 2.1 RPC配合比的確定 文獻(xiàn)【1】根據(jù)RPC活性混合摻料的相互作用機(jī)理，提出了活性粉末混凝土的試驗(yàn)基準(zhǔn)配合比：水泥：硅灰：磨細(xì)石英粉=1：0.25：0.37；并在試驗(yàn)基準(zhǔn)配合比的基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)時(shí)試驗(yàn)的原材料，經(jīng)過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)，最后確定了配置RPC的最佳水膠比為0.22。表1為其試驗(yàn)的配合比及試驗(yàn)結(jié)果。

3、 表1文獻(xiàn)【1】RPC配合比 Tab1 RPC mixtue proportions of literature 注：表中試驗(yàn)采用P.O42.5“建福牌”水泥、FDN 高效減水劑、遵義鐵合金有限公司生產(chǎn)硅灰、福建省科達(dá)陶瓷原料有限公司生產(chǎn)的石英粉、閩江河沙，成分指標(biāo)見(jiàn)文獻(xiàn)【1】.。 從表1可以看出，BE系列分別確定了細(xì)砂、減水劑、硅灰和石英粉、水泥和粉煤灰的最優(yōu)摻量，而從A系列看出RPC的抗壓強(qiáng)度并不是隨著水膠比的減小而一直地增大的。水膠比在0.22時(shí)試件的抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)了峰值(152.60MPa)，而水膠比到了0.21時(shí)，強(qiáng)度就有下降的趨勢(shì)，從水膠比0.21的抗壓強(qiáng)度147.40降到水膠比最低

4、(0.19)時(shí)的抗壓強(qiáng)度140.89MPa。這可能是由于在水膠比較低時(shí)，RPC拌合物的粘性很大(流動(dòng)度極小)，在振搗過(guò)程中不容易密實(shí)，從試塊的破壞斷面也可以看出，這幾組試塊中有較多的氣孔存在，影響了RPC的抗壓強(qiáng)度。這說(shuō)明，文獻(xiàn)【1】試驗(yàn)用FDN高效減水劑來(lái)配制RPC時(shí)水膠比不能做到很低。影響了RPC強(qiáng)度進(jìn)一步地提高。 文獻(xiàn)【1】在文獻(xiàn)【2】基準(zhǔn)配合比的基礎(chǔ)上，對(duì)材料的選取(特別是減水劑)、配制工藝流程等都做了一些改進(jìn)，其試驗(yàn)結(jié)果表明：在相同的水膠比下，增大硅灰與石英粉比例的值，雖然RPC的強(qiáng)度并沒(méi)有很大的提高，但對(duì)RPC的流動(dòng)性卻有很的的改善。水膠比為0.18的RPC在熱水養(yǎng)護(hù)下的抗壓強(qiáng)度高

5、于其它水膠比的相應(yīng)抗壓強(qiáng)度。當(dāng)水膠比大于0.18時(shí)，RPC抗壓強(qiáng)度有隨水膠比逐漸降低(即從0.22降到0.18)而增高的趨勢(shì)，當(dāng)水膠比小于0.18時(shí)，強(qiáng)度的發(fā)展趨勢(shì)卻相反。因此，在配制RPC時(shí)不應(yīng)該一味地追求低水膠比，而應(yīng)該綜合考慮水膠比和RPC對(duì)模具的可填充性，在此基礎(chǔ)上選擇最佳的水膠比，以達(dá)到較高的強(qiáng)度。從以上的分析來(lái)看，對(duì)于文獻(xiàn)【2】中的原材料，最佳的水膠比為0.18。同樣水膠比對(duì)于RPC 的流動(dòng)性的影響是明顯的，即流動(dòng)性隨著水膠比的降低而降低。 綜合上述文獻(xiàn)【1】和文獻(xiàn)【2】的研究結(jié)果，本文采用水泥：硅灰：磨細(xì)石英粉：細(xì)砂=1：0.3：0.32：1.1為試驗(yàn)基準(zhǔn)配合比，從施工工藝、原材

6、料的選用、水膠比和流動(dòng)度，養(yǎng)護(hù)條件等四個(gè)方面探討并改進(jìn)得出適合廣州本地材料使用的配合比。 2.2 細(xì)砂級(jí)配的選用 本文基本確定水泥：硅灰：磨細(xì)石英粉：細(xì)砂=1：0.3：0.32：1.1為試驗(yàn)基準(zhǔn)配合比，但由于石英砂采用的是標(biāo)準(zhǔn)砂，而標(biāo)準(zhǔn)砂從粒徑大小來(lái)看在RPC中相當(dāng)于普通混凝土的粗骨料，所以標(biāo)準(zhǔn)砂的不同級(jí)配對(duì)RPC抗壓強(qiáng)度影響很大。按照顆粒級(jí)配理論，本文選用了三種標(biāo)準(zhǔn)砂，砂1：16目30目(即550m1000m)，砂2：30目60目(即250m550m)，砂3：80目100目(即150m180m)，按表2配合比制作試件，3天齡期常溫養(yǎng)護(hù)，研究了在相同配合比下不同標(biāo)準(zhǔn)砂的混摻對(duì)RPC的抗壓強(qiáng)度和

7、流動(dòng)度的影響。 從表2可看出，摻入砂1配制的RPC無(wú)論是流動(dòng)度還是抗壓強(qiáng)度都比摻入砂3配制的RPC好，而砂1的摻入比例在提高到一定幅度后，抗壓強(qiáng)度和流動(dòng)度變化不大，考慮RPC的最大密實(shí)性原理和顆粒級(jí)配理論，故本文試驗(yàn)細(xì)砂采用A5的混摻方式。 表2 標(biāo)準(zhǔn)砂對(duì)常溫養(yǎng)護(hù)RPC性能的影響 Tab2Influence of RPC capacity by quartz sand in normal atmospheric temperature 2.3 水膠比和減水劑摻量對(duì)RPC抗壓強(qiáng)度的影響 RPC由于骨料的最大粒徑和所占比例都減小了，骨料在混凝土體內(nèi)成了分散相，其體內(nèi)勻質(zhì)性的提高，因而漿體的質(zhì)量直接

8、決定混凝土的性能。RPC是由水泥以及火山灰質(zhì)材料等多種細(xì)顆粒組成，其用水量的多少，直接決定著水泥的水化和火山材料的火山灰效應(yīng)的發(fā)揮，最終影響到硬化后混凝土性能。因此，水膠比對(duì)RPC起著至關(guān)重要的作用。高效減水劑是配制高性能混凝土不可缺少的組分之一，它能夠使混凝土在低的水膠比下獲得所需工作性；高效減水劑另外一個(gè)重要功能就是對(duì)硬化混凝土性能的改善作用。高效減水劑摻量的不同，其對(duì)混凝土性能的改善效果也不同。RPC中，粉末材料用量大，且比表面大，高效減水劑的選擇尤為重要。文獻(xiàn)【1】中的原材料，最佳的水膠比為0.22，文獻(xiàn)【2】中的原材料，最佳的水膠比為0.18高效減水劑的最優(yōu)摻量為2.5%3%。由于本

9、文原材料選用的不同，故按表1配合比制作試件，其中B系列為3天齡期常溫養(yǎng)護(hù)；C系列為3天齡期干熱養(yǎng)護(hù)2小時(shí)；研究水膠比和減水劑摻量變化對(duì)RPC抗壓強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。 表3 水膠比和減水劑對(duì)RPC性能的影響 Tab3Influence of RPC capacity by W/B and superplasticizer 由B1和B2、B4和B5可看出減水劑摻量的降低可使抗壓強(qiáng)度增加，試驗(yàn)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，雖然B2的減水劑摻入量比B1的小，但其流動(dòng)性卻也有細(xì)微的增長(zhǎng)，可以自動(dòng)流平，在振動(dòng)過(guò)程中氣泡不斷從拌合物中逸出，說(shuō)明高效減水劑的摻量具有飽和性，即當(dāng)減水劑摻量超過(guò)某個(gè)值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致漿體黏度增

10、大，漿體中包裹的氣泡不易排出，從而使RPC的流動(dòng)度降低。 由B2B4可看出RPC的抗壓強(qiáng)度也是隨著水膠比的減小而增加的，在水膠比由高到低變化時(shí)，拌合物的黏稠度增大，溫度低時(shí)甚至不能自行流動(dòng)，但是經(jīng)充分振搗后依然可以澆筑成型，并且也具有較好的密實(shí)度，而在水膠比達(dá)到0.18時(shí)，攪拌相當(dāng)困難，而且經(jīng)振動(dòng)臺(tái)和振動(dòng)棒雙重振動(dòng)下勉強(qiáng)澆筑成型，雖然抗壓強(qiáng)度相對(duì)于水膠比0.20時(shí)候的64.30MPa增加到66.70MPa，但流動(dòng)性不能達(dá)到很好的滿足。因此，在配制RPC時(shí)不應(yīng)該一味地追求低水膠比，而應(yīng)該綜合考慮水膠比和RPC對(duì)模具的可填充性，而且本次試驗(yàn)的后續(xù)階段是澆筑RPC短柱，對(duì)流動(dòng)性有一定的要求才能保證振

11、動(dòng)密實(shí)。 C類干熱養(yǎng)護(hù)2小時(shí)的試件得出的抗壓強(qiáng)度規(guī)律和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度規(guī)律基本相同。C2(水膠比0.20)比C1(水膠比0.22)抗壓強(qiáng)度提高6.6%；C3(水膠比0.18)比C2抗壓強(qiáng)度提高4.8%，證明抗壓強(qiáng)度的增加速度隨著水膠比的減少而減少。對(duì)于本次試驗(yàn)中的原材料，選擇水膠比為0.20，高效減水劑的最優(yōu)摻量為2.5%。 2.4 干熱養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)RPC抗壓強(qiáng)度的影響 本次試驗(yàn)采用200干熱養(yǎng)護(hù)，在干熱養(yǎng)護(hù)后冷卻到室溫再測(cè)定3天齡期強(qiáng)度，具體養(yǎng)護(hù)方式分為三種，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。 D1：成型1d后拆模 + 2d室內(nèi)常溫養(yǎng)護(hù) + 200干熱養(yǎng)護(hù)2小時(shí)。 D2：成型1d后拆模 + 2d室內(nèi)常溫養(yǎng)護(hù) +

12、 200干熱養(yǎng)護(hù)4小時(shí)。 D3：成型1d后拆模 + 2d室內(nèi)常溫養(yǎng)護(hù) + 200干熱養(yǎng)護(hù)8小時(shí)。 表4 干熱養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)RPC性能的影響 Tab4Influence of RPC capacity by the time in dry heat conservation 對(duì)于D2(干熱養(yǎng)護(hù)4小時(shí))3天齡期的試件，其抗壓強(qiáng)度為143.1MPa，相對(duì)D1提高了和D3中是最高的。D2比D1(干熱養(yǎng)護(hù)2小時(shí))抗壓強(qiáng)度提高7.5%；D2比D3(干熱養(yǎng)護(hù)8小時(shí))抗壓強(qiáng)度提高9.3%。干熱時(shí)間太短令RPC的水化物生成量及硅灰消耗量沒(méi)有得到足夠的增長(zhǎng)，火山灰反應(yīng)沒(méi)有得到充分發(fā)展，以致抗壓強(qiáng)度沒(méi)有得到更有效的增加

13、；而干熱時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)令RPC內(nèi)部出現(xiàn)細(xì)微的開(kāi)裂和邊角崩裂現(xiàn)象，以致RPC脆性增加，強(qiáng)度倒縮。這表明干熱養(yǎng)護(hù)中存在一個(gè)時(shí)間,使RPC的抗壓強(qiáng)度達(dá)到峰值，因此本文試驗(yàn)干熱養(yǎng)護(hù)的試件如無(wú)特別說(shuō)明均采用干熱養(yǎng)護(hù)4小時(shí)的處理方式。 3.本文總結(jié) (1)抗壓強(qiáng)度并非一直隨著水膠比的降低而線性增長(zhǎng)，考慮到施工工藝，本文選取0.2為RPC的水膠比。 (2)干熱養(yǎng)護(hù)的時(shí)間對(duì)強(qiáng)度有一定的影響，試驗(yàn)得出，4小時(shí)的養(yǎng)護(hù)效果最好。 (3)基于上述試驗(yàn)，使用廣州本地材料的RPC配合比為水泥：硅灰：磨細(xì)石英粉：細(xì)砂=1：0.3：0.32：1.1；減水劑的摻量為2.5%。 參考文獻(xiàn): 【1】 何雁斌. 活性粉末混凝土(RPC)

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