談活性粉末混凝土的質量控制

易 聃

(中鐵三局集團有限公司，山西太原 030001)

混凝土的高性能化和高功能化是21世紀混凝土科學和工程技術發展的前進方向，活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)，是繼高強、高性能混凝土之后，在20世紀90年代中期開發出來的力學性能、耐久性能、施工性能以及環保性能等都非常優越的一種新型水泥基復合材料，主要應用于橋梁工程等建筑結構。目前RPC已成為建筑工程材料領域一個新的研究熱點。本文將對活性粉末混凝土的質量控制談談個人的一些看法。

1 活性粉末混凝土概述

活性粉末混凝土是由以優質石英砂或河砂為骨料，摻入大量超細活性粉末、水泥、高效減水劑和高強微細鋼纖維等組分，通過優化配合比設計，經高溫、加壓養護等特定工藝制備而成的混凝土材料。由于其提高了組分細度和反應活性，減少了孔隙和界面缺陷，改善了微結構，提高了均質性，從而顯著提高了混凝土的強度、韌性和耐久性。RPC的抗壓強度可達200 MPa～800 MPa;抗拉強度可達20 MPa～50 MPa;彈性模量可達40 GPa～60 GPa;斷裂韌性高達2 000 J/m2～40 000 J/m2，是普通混凝土的250倍，可與金屬鋁媲美;氯離子滲透性是高強混凝土的1/25，抗滲透能力極強;300次快速凍融循環后，試樣未受損，耐久性因子高達100%;預應力RPC梁的抗彎強度與其自重之比接近于鋼梁［1］。

RPC可以解決目前高強與高性能混凝土的抗拉強度不高、脆性大、體積穩定性不良等缺點，同時還可以解決鋼結構的投資高、防火性能差、易銹蝕等問題。RPC的優越性能使其在建筑業、海洋業、交通業和環境保護業及軍事設施等超高、超長、超深、超強和在各種侵蝕環境下使用的建筑物和構筑物工程施工中有著廣闊的應用前景。RPC的主要技術指標見表1。

表1 RPC的主要技術指標

2 原材料和配合比質量控制

2.1 配制原理

眾所周知，混凝土是由粗、細骨料和膠凝材料等混合而成的多相復合材料，其性能取決于水泥石、粗骨料及兩者間界面結合的程度。研究表明，粗骨料與砂漿之間的過渡區是混凝土結構的薄弱環節，過渡區存在的應力集中、收縮應力和較低的粘結力是影響混凝土受力性能及耐久性的主要因素，改善其組成結構是提高混凝土性能的重要途徑［2］。

RPC正是以上述研究為基礎，對混凝土內部及過渡區作了改進，其基本配制原理如下:

1)選用優質石英砂或河砂為骨料，減小過渡區的范圍，整體提高體系的勻質性;2)選用合適的水泥，摻入硅灰類等超細活性粉末，提高組分的細度，使體系內部填充更密實;3)選用高效減水劑減少用水量，降低水膠比，從而降低孔隙率;4)摻加高強微細鋼纖維，提高了韌性和抗彎折強度;5)在凝固前和凝固期間加壓，有效減少了氣孔和化學收縮引起的孔隙，通過熱養護或蒸汽養護來加速粉末的水化反應，強化水化物的結合力。

2.2 原材料選擇

2.2.1 水泥

應選用低水化熱和較低堿含量的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，避免使用早期強度高和C3A含量高的水泥。

2.2.2 復合摻合料

RPC用礦物摻合料應選用品質穩定的產品，礦物摻合料宜為硅灰與粉煤灰或礦渣粉的復摻，也可選用RPC專用復合摻合料。復合摻合料性能指標應符合表2的規定。

表2 復合摻合料性能指標

2.2.3 骨料

應采用級配穩定的石英砂或級配良好的中粗河砂。石英砂平均粒徑應為0.25 mm左右，粒徑范圍限制在0.15 mm～0.60 mm之間，顆粒形狀應為球形，其性能指標應符合表3的要求;采用河砂時，河砂細度模數為2.6～3.0，含泥量不大于1.0%，泥塊含量不大于0.2%。

表3 骨料性能指標 %

2.2.4 鋼纖維

鋼纖維應采用高強度圓截面纖維，其性能指標應滿足表4的要求。

表4 鋼纖維性能指標

2.2.5 高效減水劑

應選用減水率大、增強效果好的化學外加劑，同時與所用水泥及復合摻合料的適應性能良好。其性能指標應符合表5的要求。

2.3 配合比設計

2.3.1 配制要求

配合比設計時應根據設計使用年限、環境類別及作用等級、設計強度等級等條件，依據有關規定選定材料力學性能指標與耐久性指標。

2.3.2 設計原則

1)選用低水化熱和較低含堿量的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥;2)用低的拌和水量，水膠比應控制在0.2以下;3)摻入RPC專用復合摻合料;4)選用性能良好的高效減水劑。

表5 高效減水劑性能指標

3 施工質量控制

3.1 RPC的攪拌、運輸及澆筑

1)應選用立軸行星式攪拌機拌和，攪拌速度應不低于45 r/min。2)在配制RPC拌和物時，復合摻合料和水泥稱量應準確到±1%;骨料稱量應準確到±1.5%;水和外加劑稱量應準確到±0.5%。3)投料時，宜先投入粉體材料、砂和鋼纖維進行預攪拌，然后加入液體材料再攪拌均勻，總攪拌時間不得短于7 min。4)攪拌完畢的混凝土拌合物坍落度宜控制在80 mm～120 mm。拌合物應在20 min內灌注完畢。5)運輸設備采用斗車、吊斗等，運輸距離一般不宜超過500 m，運輸時間與靜停時間累加不超過20 min，運輸過程拌和物表面需覆蓋，防止水分散失。6)拌和物澆筑宜從構件的一側澆筑，逐步向另一側移動。對于用量小于0.1 m3的單個構件，應一次澆筑成型。7)根據構件的結構形式與形狀確定振搗方式;小型薄壁構件以臺式振搗為主，輔助插入式振搗;復雜形狀或大截面密配筋構件一般以插入式振搗為主、附著式振搗器為輔配合使用，鋼筋密集部位宜加強側振或采用小直徑插入式振搗棒加強振搗。8)應一次裝滿模具，連續灌注，應具有良好的密實度。9)攪拌、運輸、澆筑及構件靜停應在10℃以上的環境下完成。混凝土入模溫度宜控制在10℃ ～30℃。

3.2 RPC構件的拆模

拆模應注意不得損壞構件的外觀并不得造成構件的主體損傷。采用拆模后蒸汽養護工藝時，拆模時同條件試件抗壓強度不宜低于30 MPa，且成型結束至蒸汽養護開始時間不宜超過48 h。

3.3 RPC構件的養護

RPC構件的蒸汽養護制度應通過專門的試驗確定，蒸汽養護結束后需自然養護，構件表層溫度與環境溫度之差不應超過20℃，當環境平均氣溫高于10℃時，應進行灑水養護，時間不應少于7 d。

［1］陳 健，劉紅彬，賈玉丹，等.活性粉末混凝土的研究與應用［J］.工業建筑，2005(S1):43-44.

［2］朱清江.高強高性能混凝土研制及應用［M］.北京:中國建材工業出版社，1999.