活性粉末混凝土配合比设计及力学性能研究

(重庆交通大学 重庆 400074)

1993年法国布伊格(Bouygues)公司Richard等人率先提出了一种高强、韧性高、耐久性和体积稳定性良好的水泥基复合材料，即活性粉末混凝土(reactive powder concrete，简称RPC)[1]。相比于普通混凝土，RPC混凝土是根据堆积原理配制出来的具有超高力学性能和高耐久性能的材料[2]。其配置的原材料主要采用水泥、石英砂、硅灰、粉煤灰、钢纤维、高性能减水剂等[3-5]。RPC混凝土组成成分没有石子，通过提高细骨料的均匀性、密实性来减小材料的内部缺陷，从而提高其抗压强度。钢纤维的掺入，显著改善了高强度混凝土的脆性，提高了RPC的抗拉强度和韧性。本次研究设计了(53)组实验，用以探究不同水胶比、石英沙掺量、外加剂、以及养护制度对活性粉末混凝土性能的影响。设计研究出了RPC混凝土的强度随着这些变量设置的关系，为今后进行RPC混凝土配合比设计及应用提供了方向。

一、水胶比对PRC抗压强度的影响

本文对水胶比的研究设置了3个试块，研究了不同水胶比对RPC强度的影响，其结果如表1.

表1 水胶比对RPC抗压强度的影响

可以看出，随着水胶比的增加RPC的抗压强度缺逐渐降低。由于掺水量的多少直接影响到胶凝材料的水化反应程度以及基体的孔结构特征[6]，因此水胶比是影响RPC混凝土抗压强度的重要因素。在保证混凝土流动性要求和成型密实设备能使混合料充分密实成型的条件下，水胶比越低，混凝土的抗压强度越高。

二、消泡剂对RPC抗压强度的影响

本文对水胶比的研究设置了3个试块，研究了不同水胶比对RPC强度的影响，其结果如表2.

表2 消泡剂对RPC抗压强度的影响

可以看出，随着消泡剂掺量的增加。RPC混凝土的强度逐渐增强。在混凝土中掺入消泡剂,减少了孔隙的产生,降低了混凝土的内部结构的孔隙率,使得混凝土的密实度增加，混凝土的抗压强度随之上升。

三、集胶比对RPC抗压强度的影响

本文对集胶比的研究设置了3个试块，研究了不同水胶比对RPC强度的影响，其结果如表3.

表3 集胶比对RPC抗压强度的影响

可以看出，随着集胶比从1.36-1.08的变化，RPC混凝土强度呈现出先上升后下降的情况，石英砂掺量越多，胶凝材料相对掺量越小，包裹在石英砂表面的胶凝材料层越稀薄，因而导致拌合物流动度下降，可见，从抗压强度的角度而言，存在着一个石英砂掺量的饱和点。此时RPC各粒径范围的组分能够形成最优的级配，密实度较高，流动度也较好，容易振捣成型，试件内部的毛细孔和气孔较少，能使RPC得到较高的抗压强度。

四、养护方式对RPC抗压强度的影响

本文对养护的研究设置了3个试块，研究了养护方式对RPC强度的影响，其结果如表4.

表4 养护方式对RPC抗压强度的影响

可以看出，蒸汽养护的抗压强度最高在RPC的各组分中，硅灰、石英砂都具有火山灰活性，它们的二次水化反应程度与养护温度有着极大的关系，活性掺合料常温下发生二次水化反应的速度较慢，养护温度越高，二次水化反应速度越高，越容易在较短时间内达到较高的强度。在经过高压高温养护之后可以生成高稳定高强度的低碱度水化硅酸钙凝胶和雪硅钙石[7]。其二，高压高温养护时，试件表面和内部的压力差使得气孔更易排出，孔隙率减小，生成的水化产物结构致密。因此，经高温养护的RPC立方体抗压强度优于经标准养护的RPC立方体抗压强度。

五、试验总结

(一)经分析发现，水胶比是RPC性能的最主要影响因素，在一定范围内，随着水胶比的降低，抗压强度逐渐增大，流动度降低。本文试着从水胶比与孔结构的角度对其机理进行了阐述，并对适宜水胶比的选取提出了建议。

(二)RPC拌合物中集胶比对混凝土强度有影响，在一定范围内，随着集胶比的增加，强度会上升，超过了这个范围，集胶比继续增大，强度会较低，存在的饱和点。

(三)养护方式对RPC的抗压强度有较大影响，对于 RPC这种掺有大量活性掺合料的混凝土，高压高温养护可以激发掺合料的活性，因此较其他方式更易获得较高的抗压强度。