RPC130活性粉末混凝土在石武客專鐵路工程蓋板生產中的應用研究

石 磊

(中鐵十九局集團有限公司，北京 100176)

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，簡寫成RPC)是20世紀90年代由法國學者Richard等［1］研究成功的一種新型水泥基復合材料，它是由級配石英細砂、石英粉、水泥、硅灰、超塑化劑和鋼纖維等組成，在凝結、硬化過程中采取適當的成型養護工藝，如加壓、加熱而獲得。其制備原理是通過提高組份的細度與活性，優化顆粒級配并摻加微細鋼纖維，使材料內部的缺陷減少，密實度增加，以獲得高強度、高韌性和高耐久性［2-6］。

在石武客專河南段SWZQ-2標橋梁工程中，中鐵十九局集團有限公司承接的電纜槽蓋板生產任務是鋪設道路長度100 km，所需產品用量折合混凝土量9 000 m3，面積360 000 m2，日產蓋板制品6 600塊。電纜槽蓋板RPC材料的性能設計指標為抗壓強度＞130 MPa、抗折強度＞18 MPa、彈性模量 ＞48 GPa，電通量 ＜40 C、抗凍性 ＞F600。為此，在綜合性能指標滿足設計要求的前提下，開展了有效降低生產成本及控制產品質量的研究。

1 試驗概況

1.1 試驗原材料

水泥:選用衛輝市天瑞水泥有限公司的P·O 42.5普通硅酸鹽水泥;礦渣粉:S95級，比表面積445 m2/kg，新鄉市建鴻建材有限公司生產;硅灰:三遠微硅粉有限公司生產，SiO2含量92.60%，比表面積18～27 m2/g;石英砂:采用三種規格的石英砂，粒徑20～40目的粗砂，40～70目的中砂，70～120目的細砂，SiO2含量≥98.12%，登封市麗晶硅石型砂廠生產;鋼纖維:武漢新途工程纖維制造有限公司生產，直徑0.22 mm，長徑比60;高效減水劑:深圳邁地混凝土外加劑有限公司生產的PCA聚羧酸系減水劑，固含量 25.82%，減水率36.3%。

1.2 試驗步驟

1)攪拌:將稱好的水泥、礦渣粉、硅灰、石英砂、鋼纖維倒入攪拌機中，先攪拌3 min。再將溶有高效減水劑的水倒入攪拌機再攪拌3 min。

2)成型:將RPC拌合物澆筑100 mm×100 mm×400 mm試模和100 mm×100 mm×100 mm試模中，在振動臺上振動2 min。

3)養護:RPC拌合物成型后，用塑料布覆蓋，放在初養室中(45℃)養護22 h后，降溫2 h后拆模，再將試塊放在終養室中(80℃)蒸汽養護48 h后，取出降至室溫，然后按 GB/T 50081—2002進行抗折、抗壓強度等相關試驗。

表1 活性粉末混凝土施工配合比

1.3 活性粉末混凝土的施工配合比

活性粉末混凝土生產施工配合比見表1，其中石英砂的配制比例為粗砂∶中砂∶細紗=16∶68∶16。

2 混凝土配合比試驗結果分析及蓋板生產工藝控制

2.1 混凝土配合比試驗結果分析

在活性粉末混凝土配合比設計試驗過程中，進行了不同膠凝材料的組成研究，結果表明，硅灰摻量是影響混凝土強度的因素之一，其摻量控制在每方180～200 kg之間比較適宜。鋼纖維的摻量是影響混凝土強度的又一因素，其摻量＞110 kg時混凝土抗壓強度和抗折強度比較容易得到保證。石英砂的級配組成是影響混凝土強度的第三因素，其中粗砂∶中砂∶細紗為16∶68∶16時混凝土強度最佳。W/B是影響混凝土強度的第四因素，配制時W/B控制在0.145以下時比較經濟合理。第五個影響因素是活性粉末混凝土含氣量大小，生產時混凝土含氣量控制在4%左右綜合性能比較好。其實，活性粉末混凝土配合比的設計，本質上就是對上述五個主要因素之間的組成如何進行合理匹配。綜合考慮到活性粉末混凝土的工作性能、力學性能及耐久性能，最終蓋板生產用活性粉末混凝土的施工采用了表1所示的配合比。其性能指標實測為抗壓強度139.9 MPa，抗折強度19.6 MPa，彈性模量50.1 GPa，氯離子滲透性平均電通量值35.3 C，快速凍融循環600次后其質量損失僅為3.2%、相對動彈性模量為73.5%。該配合比的混凝土具有很好的可施工性能，性能指標完全達到設計要求。

2.2 蓋板生產質量工藝控制分析

在電纜槽蓋板實際生產中，發現蓋板橫向水平放置在鐵架上進行初、終養護時容易在蓋板表面產生白色斑點以及小墊塊遺留下的暗色痕跡，影響了蓋板的外觀質量。其原因主要是，養護時蓋板直接接觸高溫水蒸汽，水蒸汽中的水垢會在蓋板表面結晶形成Ca(OH)2晶體，產生白色斑點;小墊塊遺留下的暗色痕跡是由于墊塊下面的混凝土與其它混凝土養護條件不一致造成了混凝土的水化成熟度不一致引起的。為了解決蓋板表面色差不均問題，可將蓋板豎向放置在鐵架上，每塊蓋板之間留有一定的間隙便于熱空氣流通，最后在鐵架外表面覆蓋一層塑料薄膜，這樣可有效解決蓋板表面的色差問題。切忌在養護時將每塊蓋板直接用塑料薄膜包裹，這樣不僅會造成很大的浪費，而且還會造成導熱不良大大降低混凝土強度的不良后果。生產中還發現石英砂的組成及質量出現波動時，制造的蓋板表面會出現鋼纖維外露的質量問題，因此生產中一定要嚴格控制好石英砂的級配組成及質量。

3 結論

1)通過對硅灰摻量、鋼纖維摻量、石英砂級配組成、W/B大小及混凝土含氣量大小五個主要因素之間的組成進行合理匹配的設計研究，配制出了性能指標滿足設計要求的活性粉末混凝土，并在石武客專河南段SWZQ-2標橋梁工程蓋板的生產中得到了成功的應用，很好完成了電纜槽蓋板生產面積360 000 m2，日產蓋板制品6 600塊的生產任務。

2)將蓋板豎向放置在鐵架上，鐵架外表面覆蓋一層塑料薄膜的養護方式可有效解決蓋板表面色差不均的問題。嚴格控制石英砂級配組成及質量波動，可很好解決蓋板表面鋼纖維外露的質量問題。

［1］RICHARD P，CHEYREZY M.Composition of reactive powder concrete［J］.Cement and Concrete Research，1995，25(7):1501-1511.

［2］YAN Peiyu，FENG Jianwen.Mechanical behaviour of UHPC and UHPC filled steel tubular stub columns［C］//Proceedings of 2nd International Symposium on Ultra High Performance Concrete，2008:355-364.

［3］蔣宗全，楊忠，郭曉安，等.活性粉末混凝土配合比設計研究及生產工藝［J］.鐵道建筑，2010(7):142-144.

［4］鄧凱.鄭西客運專線高性能混凝土拌制的監控要點［J］.鐵道建筑，2008(7):109-111.

［5］許紅梅，王憶寧.高性能混凝土施工質量控制措施［J］.鐵道建筑，2010(1):156-158.

［6］敖長江.鐵路橋梁用活性粉末混凝土人行道板及支架的制造工藝技術［J］.林業科技情報，2004，39(4):66-69.