基于活性粉末混凝土的水泥相容性實驗研究

李　俊

摘要：通過水泥相容性試驗，確定了合適的減水劑和硅灰品種，考察了水膠比和硅灰摻量對膠凝材料流動性的影響，研究了水膠比、粉煤灰、硅灰、石英粉、 納米硅等對RPC流動性的影響規律。實驗結果表明，采用適當比例的硅灰、粉煤灰和納米硅，可以提高RPC的流動性，RPC中加入緩凝劑，延緩了拌合物的凝結時間，有利于提高RPC的強度。特別是納米硅的加入，明顯的改善了RPC的流動性。

關鍵詞：水膠比；抗壓強度；納米硅；流動性

1引言

活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete, RPC）自1993年法國研制出以來，國內清華大學[1]、湖南師范大學[2.3]、福州大學[4]、中南大學[5]等院校也分別從材料性能、摻量、配合比、養護制度、膠結體系等方面做了很多研究工作，配制出了較高性能的RPC。在制備活性粉末混凝土時通常選擇水泥加硅灰的二元膠結體系，用量較大的水泥和硅灰將使混凝土收縮變形增大，引起混凝土的早期開裂。為解決這一矛盾，清華大學覃維祖等采用磨細粉煤灰取代部分水泥及硅灰，形成水泥、硅灰和粉煤灰組成的三元膠結體系，不僅起到降低成本、保護環境的作用，同時還可利用摻粉煤灰混凝土后期強度緩慢增長的特性，解決RPC的強度倒縮現象。

上述研究均沒有采用納米SiO2和緩凝劑，考慮RPC組織的致密和流動性，本研究使用了納米SiO2和緩凝劑，考察其對RPC性能的影響。通過大量的水泥相容性試驗，確定合適的減水劑及硅灰品種，研究水膠比、緩凝劑、納米硅和硅灰摻量等對RPC流動性的影響規律。

2原材料

水泥：a.哈爾濱水泥廠生產的天鵝牌普通硅酸鹽水泥，P.O.42.5；b.河北冀東水泥廠生產的P.O.52.5普通硅酸鹽水泥；硅灰：a.天先特種材料研究所生產，灰白色粉末，實測密度2.13g/cm3；b.挪威埃肯公司生產的半聚集態硅微粉，表觀密度2.23 g/cm3 ；c.上海天愷公司生產的天愷970U、940U微硅粉；粉煤灰：黑龍江省阿城市黑寶建筑材料廠生產的一級特細粉煤灰，實測密度2.21g/cm3；細砂：福建平潭按舊標準產的天然河砂，粒徑范圍0.25~0.65mm，密度2.59g/cm3；石英粉：275~320目石英粉，實測密度2.64g/cm3；高效減水劑： a. 西卡（中國）建筑材料有限公司生產的viscocrete3301聚羧酸系減水劑，無色液體，含固量為17%；b.上海花王化學有限公司生產的邁地21S，屬羧酸系共聚物，淡褐色液體，含固量為20%；c.德國DEGUSSA公司開發生產的美爾福斯1641F，為改性聚羧酸聚合物，黃色粉末；鋼纖維：天津市路橋鋼纖維廠生產的表面鍍銅光面平直鋼纖維，纖維直徑0.18~0.2mm，長度15mm，長徑比約為79（抗壓強度試驗使用）；緩凝劑：葡萄糖酸鈉；納米SiO2：粒徑10nm，比表面積640m2/g。

3 水泥相容性試驗

為確定水膠比、硅灰和減水劑對RPC流動性的影響，首先進行了水泥相容性試驗，測試方法依據《混凝土外加劑均勻性試驗方法》GB/T8077-2000中附錄A"混凝土外加劑對水泥的適應性檢測方法"。為了詳細了解膠凝材料的流動性隨時間的變化情況，分0、5、15、30、45、60分鐘六次進行測定。實驗工況如表1所示。

表中數據以克為單位，每種配比的膠凝材料總量為600克，高效減水劑為膠凝材料用量的1%，緩凝劑為減水劑用量的4%。工況1測定水泥凈漿的流動性，工況2、3、4考察不同減水劑對流動性的影響，工況5考察緩凝劑對流動性的影響，工況6、7、8考察不同硅灰對流動性的影響，工況9、10、11考察水膠比對流動性的影響，工況11、12考察相同硅灰不同摻量時膠凝材料的流動性，工況13、14、15考察不相同硅灰不同摻量和不同硅灰相同摻量對流

動性的影響。

4 試驗結果分析

（1）最佳減水劑的確定

工況2、3、4、5的實驗結果如圖1所示。

由圖1可知，摻ME粉末減水劑（工況2）的水泥漿體前期流動性明顯高于花王和西卡減水劑，后期流動性降低；摻花王減水劑（工況3）的水泥漿體前期流動性較差，但隨著時間的增長其流動性增強，后期高于西卡和ME粉末減水劑；摻西卡減水劑（工況4）的水泥漿體性能很穩定，但普遍低于其它工況；工況5具有良好的流動性，且隨時間增長流動性變化穩定，45分鐘后其流動性還稍有提高。

（2）硅灰品種的確定

這里需要指出的是，工況7、8原定的水膠比為0.18，但幾乎測不出流動性，因此采用0.20的水膠比，工況5、6采用0.18水膠比，結果如圖2所示。

由圖2可知，摻埃肯硅灰的水泥漿體流動性明顯好于其它硅灰。在增大水膠比的情況下，天愷940和天先硅灰的流動性普遍高于天凱970（工況6）的流動性，但仍然不如埃肯硅灰（工況5）。考慮到較低水膠比有利于RPC強度的發展，因此首選埃肯硅灰。

（3）水膠比對流動性的影響

工況9、10、11的水膠比分別為0.14、0.16、0.18，實驗結果如圖3所示。

由圖3可知水膠比對流動性的影響很大，水膠比越高流動性越好。水膠比為0.14和0.16的水泥漿體前期流動性損失較大，后期逐漸穩定；水膠比為0.18的水泥漿體前期流動性降低較少，后期比較穩定。

（4） 硅灰摻量對流動性的影響

工況13硅灰摻量為0.3，工況9、10硅灰摻量為0.1，實驗結果如圖4所示。

由圖可知，在不摻粉煤灰的情況下，使用相同硅灰，硅灰含量越多漿體流動性越差；硅灰含量相同時，埃肯硅灰的流動性好于天愷970。另外，摻10%硅灰（工況14、15）的漿體流動性接近或要高于水泥凈漿的流動性。這說明一定含量的硅灰對水泥漿體的流動性是有貢獻的。

5結論

通過以上研究可知，ME減水劑、埃肯硅灰的水泥相容性實驗效果明顯好于其他減水劑和硅灰，因此可選為配制活性粉末混凝土的組成材料；適當摻量的硅灰可以改善漿體的流動性；較小水膠比可以獲得較大的混凝土強度，但在較小水膠比時，隨著水膠比的增大，水泥漿體流動性愈好。

參考文獻

[1]覃維祖. 活性粉末混凝土的研究 石油工程建設 2002. (3)

[2]何峰, 楊軍平等. 硅灰摻量對活性粉末混凝土(RPC200)性能的影響[J]. 桂林工學院學報. 2007, (2)

[3]何峰, 黃政宇. 硅灰和石英粉對活性粉末混凝土抗壓強度的貢獻分析[J]. 混凝土. 2006,(1)

[4]何雁斌, 吳炎海等. 活性粉末混凝土(RPC200)的材料選用及制作技術. 福建建筑. 2003, (1)

[5]謝友均, 劉寶舉, 龍廣成. 摻超細粉煤灰活性粉末混凝土的研究. 建筑材料學報. 2001, (3)