RPC混凝土配合比試驗(yàn)研究

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院　重慶　400074)

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete簡(jiǎn)稱(chēng)RPC)[1]是法國(guó)Bouygues公司在1993年研制出的一種強(qiáng)度高、韌性好、耐久性?xún)?yōu)異和體積穩(wěn)定性良好[2]的新型水泥基復(fù)合材料，因其組分的反應(yīng)活性而得名。配制RPC采用的主要原材料包括水泥、石英砂、硅灰、粉煤灰、鋼纖維、高性能減水劑等[2-4]。相較于普通混凝土，RPC通過(guò)去除碎石子和添加外加劑的方式來(lái)達(dá)到使內(nèi)部各組分更加密實(shí)的目的，從而提高其自身的力學(xué)性能。活性粉末混凝土是一種新型的混凝土材料，我國(guó)對(duì)RPC的研究尚未成熟。為了找出影響RPC材料強(qiáng)度的因素，本文通過(guò)9組RPC配合比實(shí)驗(yàn)來(lái)研究各組分對(duì)其抗壓強(qiáng)度的影響。

一、材料和實(shí)驗(yàn)

(一)材料。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備期查閱相關(guān)文獻(xiàn)[5-9]，本實(shí)驗(yàn)為了保證RPC的強(qiáng)度和考慮到水泥與高效減水劑的相容性最后選擇質(zhì)量穩(wěn)定的P.O42.5硅酸鹽水泥；級(jí)配石英細(xì)砂選用10～20目(830um～170um)，20～40目(830um～380um)，40～70目(約為 380～210μm)以及40～70目(約為 380～210μm)的風(fēng)積沙；所選硅灰的SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 85.72%，比表面積為24 200m2/kg；所用粉煤灰I級(jí)粉煤灰。比表面積6000cm2/g，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)57.6%；減水劑選用的是聚羧酸高性能減水劑(乳白色液體)，其減水率達(dá)30%。

(二)實(shí)驗(yàn)。將稱(chēng)量好的水泥、粉煤灰、硅粉、砂倒入橡膠桶中，用沖擊鉆進(jìn)行攪拌直到混合物顏色均勻不再變化。再把外加劑摻入水里攪勻一起倒入橡膠桶，用沖擊鉆先慢速攪拌1分鐘，再快速攪拌1分鐘至其均勻，后將橡膠桶內(nèi)材料分次加入攪拌機(jī)，邊攪拌邊加料，攪拌4分鐘后停止，混合物呈流動(dòng)狀態(tài)。及時(shí)將拌合物填入100mm×100mm×100m的3聯(lián)試模內(nèi)，先倒一半進(jìn)入試模，在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)7min后，在倒另一半入試模，繼續(xù)振動(dòng)7min，待表面泛漿，停止振動(dòng)，將表面抹平后靜置24 h后拆模并標(biāo)號(hào)。抗壓強(qiáng)度以《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GT/T50081)為標(biāo)準(zhǔn)，加載速率為0.8MPa/s—1.2Mpa/s。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

影響RPC強(qiáng)度的因素很多，水膠比的變化、各種外加劑的摻量的改變、養(yǎng)護(hù)方式等細(xì)微的差別都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化。本文列舉出幾組具有代表性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)分析各種因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

表1　RPC配合比及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(一)水膠比對(duì)RPC強(qiáng)度的影響

前3組實(shí)驗(yàn)是針對(duì)水膠比對(duì)RPC強(qiáng)度的影響而設(shè)計(jì)的，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)水膠比是影響其抗壓強(qiáng)度的重要因素之一。如圖1所示，本組實(shí)驗(yàn)在水膠比由0.2上升至0.24的過(guò)程中，RPC試塊的抗壓強(qiáng)度從68.2Mpa下降到47.6Mpa，整體呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。在這段區(qū)間內(nèi)，水膠比的提升對(duì)RPC的強(qiáng)度是不利的。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)隨著水膠比的提高，RPC的流動(dòng)性會(huì)變好，但是通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)RPC的強(qiáng)度明顯降低，因此不能為了提高RPC的流動(dòng)性而刻意將水膠比提高，使結(jié)果適得其反。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)保證RPC有良好流動(dòng)性的前提下來(lái)選擇一個(gè)最優(yōu)水膠比，這樣不僅能方便施工，還能提高RPC的強(qiáng)度。

圖1　水膠比對(duì)RPC強(qiáng)度的影響

第4組到第6組實(shí)驗(yàn)反映的是消泡劑對(duì)RPC抗壓強(qiáng)度的影響。消泡劑的作用機(jī)理是以微粒的形式滲入到泡沫的體系中，當(dāng)泡沫要產(chǎn)生時(shí)，存在于體系中的消泡劑微粒能迅速破壞氣泡的彈性膜，抑制泡沫的產(chǎn)生，從而減少RPC的內(nèi)部缺陷，使RPC達(dá)到內(nèi)部致密的效果。本次實(shí)驗(yàn)選用粘稠度較低，PH值在7左右的消泡劑。如圖2所示，當(dāng)消泡劑/膠凝的含量為0.07%時(shí)，所得的立方體試塊抗壓強(qiáng)度較低，并且發(fā)現(xiàn)試塊斷裂面氣泡很多(見(jiàn)圖3)，顯然消泡劑用量不足。在第4組的基礎(chǔ)上把消泡劑/膠凝的含量提高了0.01%，從試塊的軸壓數(shù)據(jù)結(jié)果看出RPC的強(qiáng)度有了顯著的提高，試塊破壞面氣泡數(shù)量相較第4組得到了明顯的控制。在第6組實(shí)驗(yàn)是在第5組的基礎(chǔ)上把消泡劑/膠凝的含量提高0.01%，可以看到RPC的抗壓強(qiáng)度繼續(xù)增強(qiáng)。

圖2　消泡劑/膠凝對(duì)RPC強(qiáng)度的影響

圖3　RPC試塊表面氣泡

最后3組實(shí)驗(yàn)考察的因素是99℃水浴時(shí)間對(duì)RPC混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。和普通混凝土一樣，RPC配制后，之所以能逐漸凝結(jié)硬化，主要是因?yàn)樗嗨饔玫慕Y(jié)果，而水化作用則需要適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件。為了滿(mǎn)足RPC水化過(guò)程需要的條件，我們對(duì)其進(jìn)行水浴養(yǎng)護(hù)。通過(guò)水浴養(yǎng)護(hù)提供水化反應(yīng)所需的濕度、溫度，從理論上來(lái)說(shuō)可以提高RPC的抗壓性能。從表1的數(shù)據(jù)可以看出水浴對(duì)RPC的強(qiáng)度有直接的影響。不進(jìn)行水浴的試塊7天的強(qiáng)度能達(dá)到61.7Mpa。在水浴兩個(gè)小時(shí)后，試塊的強(qiáng)度有了一定的提升，但是并不明顯。進(jìn)行了3.5小時(shí)水浴的試塊強(qiáng)度達(dá)到了92.5Mpa，相較第8組強(qiáng)度提升了近50%。

圖4　99℃水浴時(shí)間對(duì)RPC強(qiáng)度的影響

三、結(jié)論

通過(guò)分析以上9組RPC配合比對(duì)比試驗(yàn)，我們可以得出以下結(jié)論。

1.在RPC配合比實(shí)驗(yàn)中，水膠比對(duì)RPC的強(qiáng)度影響較大。當(dāng)水膠比在一定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，RPC的抗壓強(qiáng)度隨水膠比的增加而提高。

2.消泡劑/膠凝對(duì)RPC抗壓強(qiáng)度有著極大的影響。在一定范圍內(nèi)，RPC的性能隨消泡劑/膠凝摻量的提高而提高。通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)消泡劑消泡劑/膠凝對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響十分敏感，當(dāng)其含量增加0.01%個(gè)單位時(shí)，RPC的抗壓強(qiáng)度有了質(zhì)的飛躍。在次證明RPC擁有超高的力學(xué)性能的主要原因是因?yàn)槠鋬?nèi)部結(jié)構(gòu)致密。在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中要提高RPC的性能必須要減少RPC內(nèi)部缺陷，并增加其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密度。

3.從第7到第9組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們看到水浴時(shí)間對(duì)RPC的力學(xué)性能影響十分顯著。在同種配合比下，把RPC試塊放置浴99℃水浴中3.5個(gè)小時(shí)，其抗壓強(qiáng)度提升了50%。可見(jiàn)99℃水浴對(duì)活性粉末混凝土的強(qiáng)度提升是有利的；并在一定范圍內(nèi)，RPC的抗壓強(qiáng)度會(huì)隨水浴時(shí)長(zhǎng)的延長(zhǎng)而增加。足見(jiàn)RPC的養(yǎng)護(hù)過(guò)程對(duì)于提高RPC自身的強(qiáng)度是極為重要的環(huán)節(jié)，在后續(xù)的配合比實(shí)驗(yàn)中要引起重視。