活性粉末混凝土

活性粉末混凝土活性粉末混凝土活性粉末混凝土1活性粉末混凝土的定義活性粉末混凝土(ReactivePowderConcrete,縮寫為RPC)是一種超高強、低脆性,且具有高耐久性的新型水泥基復合材料。它由級配良好的細砂、水泥、石英粉、硅灰及高效減水劑等組成,同時,為了進一步提高材料的延性,可以摻入直徑約0.15~0.20mm、長度為3～12mm的微鋼纖維。它有兩個強度等級:一是經(jīng)高溫高壓處理后強度達800MPa的RPC800;二是經(jīng)蒸氣養(yǎng)護處理后強度達200MPa的RPC200。1活性粉末混凝土的定義活性粉末混凝土(ReactivePowderConcrete,縮寫為RPC)是一種超高強、低脆性,且具有高耐久性的新型水泥基復合材料。它由級配良好的細砂、水泥、石英粉、硅灰及高效減水劑等組成,同時,為了進一步提高材料的延性,可以摻入直徑約0.15~0.20mm、長度為3～12mm的微鋼纖維。它有兩個強度等級:一是經(jīng)高溫高壓處理后強度達800MPa的RPC800;二是經(jīng)蒸氣養(yǎng)護處理后強度達200MPa的RPC200。2PRC的基本配置原理RPC是一種強度高、韌性大、空隙率低且耐久性極高的超高性能混凝土。它的基本設計思想是:通過高材料組分的細度與活性,減少材料內(nèi)部的缺陷(孔隙與微裂縫),獲得超高強度與高耐久性。根據(jù)這個原理,RPC所采用的原材料平均顆粒尺寸在0.1~1.0mm之間,目的是盡量減小混凝土中的孔間距,從而提高拌合物的密實度。在材料選擇上主要包括以下幾種:細石英砂,水泥,石英粉,硅灰,高效減水劑,對韌性有要求時還需摻入鋼纖維。2PRC的基本配置原理2.1細石英砂細石英砂具有很高的硬度和優(yōu)良的界面性能,它易于獲得且價格低廉,在RPC中主要起集料的功能。在選擇細石英砂時,主要考慮其礦物成分、平均粒徑、顆粒形狀和其在混凝土中占有的比例。依據(jù)最大密實理論模型,在RPC中,細石英砂的平均粒徑應選擇為300μm.粒徑范圍限制在150～600μm間,以避免與水泥顆粒的粒徑(范圍為10～100μm)沖突,顆粒形狀最好為球形。石英砂礦物成分中,SiO2的含量應不低于99%。2PRC的基本配置原理2.2水泥對用于RPC的水泥,主要有兩個要求:一是水泥強度等級要高,二是水泥要與減水劑有良好的相容性。從化學成分上看,C3A和堿含量低的水泥,效果較好。磨得太細的水泥由于需水量大,效果并不很好。從流變特性和力學性能看,高硅率(硅率是熟料中SiO2與Al2O3、Fe2O3之和的比值)的水泥效果最好,但這種水泥凝結較慢,不適宜于工程應用,因此可采用C3S含量高的水泥。2.3石英粉對于RPC的熱處理過程來說,磨細石英粉是不可缺少的組成成分。在熱養(yǎng)護過程中,石英粉可以發(fā)揮最大活性的粒徑范圍為5~25μm,因此,石英粉的平均粒徑宜為10μm左右,這與水泥粒徑較接近。2PRC的基本配置原理2.4硅灰

在RPC中,硅灰主要有三個作用:①填充不同粒徑顆粒間的孔隙;②由于硅灰具有良好的球形,能起到潤滑作用,因此可提高RPC的流變特性;③硅灰具有高活性,能與Ca(OH)2發(fā)生二次水化反應。因此,選擇硅灰時應考慮以下幾個參數(shù):活性SiO2的含量、顆粒聚集程度和顆粒粒徑。通常,在RPC中硅灰與水泥的比例為0.25,這樣,硅灰能發(fā)揮較好的填充作用,同時能最大限度地與水泥水化產(chǎn)物進行二次水化反應。2.5高效減水劑多使用減水率大于20%的高濃型高效減水劑,萘系或可溶性樹脂高效減水劑均可,用量約為膠凝材料(水泥+摻合料)的2%。2.6鋼纖維在RPC中,為提高其延性和韌性,需要摻入鋼纖維,其直徑約0.15mm,體積摻量為1.5%～3%。綜合考慮其增強效應及經(jīng)濟性,選擇2%的體積摻量較佳。3PRC基本性能根據(jù)組分和制備條件的不同,RPC分為RPC200和RPC800兩個強度等級,其中RPC200的抗壓強度170MPa~230MPa,而RPC800的抗壓強度更是高達490MPa~705MPa,與鋼材強度相近,其力學性能及耐久性比普通高性能混凝土(HighPerformanceConcrete,HPC)和普通混凝土(Ordi-naryConcrete,OC)有較大的提高,表1比較了RPC、HPC和OC的主要力學性能和耐久性指標。表1RPC、HPC與OC的主要力學性能與耐久性的比較由表可以看出,RPC不僅具有較高的抗壓強度,而且由于混凝土內(nèi)部孔隙率很小,所以有著優(yōu)良的抗氯離子滲透、抗碳化、抗腐蝕、抗?jié)B、抗凍及耐磨等耐久性。更為重要的是,摻加微細的鋼纖維后能顯著提高RPC的抗折強度和吸收能量的能力,RPC200的抗折強度達30MPa~60MPa,是HPC的6倍左右,其斷裂能平均達30kJ/m2,而HPC的斷裂能只有0·14kJ/m2,這就使RPC具有更好的抗震耗能能力。3PRC基本性能混凝土種類抗壓強度/MPa抗折強度/MP彈性模量/GPa斷裂能/(kJ/m2)氯離子擴散系數(shù)/(m2/s)碳化深度/mm凍融剝落/(g/cm2)吸水特性(kg/m3)磨耗系數(shù)RPC800490~70545~140

63~741.2~2.0

________

__RPC200170~23030~6050~62

15~40

0·02×10-12

0

7

0.21.3HPC60~100

6~10

30~40

0.140·6×10-12

2

900

0.4

2.8OC

20~502~5

30~400.121.1×10-12

10

>1000

2.7

4.04RPC的發(fā)展和應用前景RPC具有極其優(yōu)越的性能,可應用的領域也非常廣泛。在土木工程領域中,隨著我國高層建筑和大跨結構迅速增加,為RPC的開發(fā)應用提供了巨大的空間與市場,此外,在結構及橋梁的改造、特種結構工程的施工中,它也具有廣闊的應用前景。從工程應用的角度來看,RPC在以下幾個方面具有較好的發(fā)展和應用前景。(1)預應力結構和構件。預應力構件廠如果投入適量的資金,對部分設備進行改造,完全可以生產(chǎn)上述活性粉末混凝土預制構件。利用RPC的超高強度與高韌性,能生產(chǎn)薄壁、細長、大跨等新穎形式的預制構件,可大幅度縮短工期和降低工程造價。4RPC的發(fā)展和應用前景(2)

鋼—混凝土組合結構。眾所周知,鋼筋混凝土的最大缺點是自重大,一般的建筑中結構自重為有效荷載的8～10倍。而用無纖維RPC制成的鋼管混凝土,具有極高的抗壓強度、彈性模量和抗沖擊韌性,用它制作高層或超高層建筑的結構構件,可大幅度減小截面尺寸和結構自重,增加建筑物的使用面積與美觀。因此RPC鋼管混凝土構件有著廣闊的應用前景。(3)特殊用途的構件。RPC的孔隙率極低,具有超高抗?jié)B性及良好的耐磨性,不但能夠防止放射性物質(zhì)從內(nèi)部泄漏,而且能夠抵御外部侵蝕性介質(zhì)的腐蝕,可