活性粉末混凝土配合比設計研究及生產工藝

蔣宗全，楊 忠，郭曉安，劉士城，王文云

(1.中國水電集團，北京 100048;2.中國水電三局有限公司，西安 710016;3.中國水電十四局有限公司，昆明 650041)

活性粉末混凝土(RPC)是繼高強度、高性能混凝土之后的一種超高強、低脆性、耐久性優異并具有廣闊應用前景的新型超高強混凝土，一般分為RPC200、RPC400和RPC800三個級別。RPC組分包括水泥、石英砂、鋼纖維、特殊摻合料和外加劑。由于特殊摻合料組分為專利產品，形成了 RPC應用的技術障礙，并導致了RPC成本偏高。新建鐵路全線均采用RPC生產混凝土人行道和電纜槽蓋板，需要RPC材料7萬多m3。為掌握RPC生產技術，降低生產成本，進行了RPC配合比試驗研究和生產工藝研究。

1 原材料和混凝土配合比試驗

RPC蓋板技術指標要求如表1所示，其強度指標不足 RPC200。

表1 RPC蓋板技術要求

試驗采用平陰山水P.O 42.5和魯城P.Ⅱ42.5兩種水泥，28 d抗壓強度分別為54.2 MPa和62.9 MPa，抗折強度分別為9.6 MPa和10.5 MPa;摻合料采用GF、KF和CHL三種;纖維采用A纖維和B纖維兩種;采用粒徑為1.00～0.16 mm石英砂，SiO2含量97.6%，細度模數2.71;粒徑<2.50 mm和 <1.25 mm的河砂兩種，細度模數分別2.1和2.3;采用減水率>30%的聚羧酸高效減水劑。

試驗因素安排見表2，試驗安排見表3，配合比基本條件為:水泥700 kg/m3，復合摻合料(200+100)kg/m3，砂1 200 kg/m3，水 130 kg/m3。

表2 RPC混凝土配合比試驗因素水平表

表3 L9(34)試驗安排表

試驗先將砂、纖維倒入攪拌鍋干拌4 min，然后加人水泥、摻合材料繼續干拌5 min，后將加有減水劑的水倒入攪拌5 min，攪拌完畢后裝模。成型后在試件表面蓋一層薄膜，讓試件水分不蒸發，靜停24 h后拆模，移入(80±5)℃的養護箱中進行蒸汽養護(蒸汽養護時溫度應以逐級升溫或降溫的方式進行，升降溫速度應以不大于12℃/h為宜)，48 h后關閉養護箱電源，待試件自然冷卻至室溫后進行強度試驗。

試驗所得的RPC材料力學和耐久性能見表4。各種因素對RPC材料強度的影響趨勢見圖1。

表4 RPC材料力學性能及耐久性試驗結果

圖1 纖維摻料和砂品種對RPC混凝土強度的影響

從圖1可以看出，摻合料品種對RPC強度有顯著的影響，在RPC中KF主要起到以下作用:①填充不同粒徑顆粒之間的孔隙;②提高流變特征;③起到第二次水化作用。合理利用這種活性材料，能得到更高的強度。

相對于B纖維，A纖維能顯著的提高RPC的抗折和抗壓強度。當A纖維摻量為2.0%時，RPC的性能指標較好。

砂的種類對RPC強度影響很小。試驗結果表明，石英砂與<1.25 mm河砂的抗折、抗壓強度均滿足技術條件要求。考慮到混凝土彈性模量及耐久性指標的影響，應采用SiO2含量>97%的石英砂進行RPC的生產。采用石英砂的RPC彈模明顯高于<1.25 mm河砂的RPC彈模，而電通量前者明顯低于后者。

綜合室內的試驗成果，最終確定的RPC生產配合比如表5所示。

表5 RPC施工配合比 kg/m3

2 生產工藝研究

蓋板廠按生產工序及使用功能劃分為6個區，分別為主生產車間區、模盒存放區、原材料存放區、成品存放區、模盒清理區和生活辦公區。

蓋板預制的流程如圖2所示。

1)原材料由供應商提供出廠檢驗合格證書，并按有關檢驗項目、批次規定，嚴格實施進場檢驗。

水泥采用品質穩定、強度為42.5 MPa的低堿硅酸鹽水泥，水泥熟料中C3A含量不應大于8%。其性能應符合GB175—1999規定。

骨料采用SiO2含量>97%的石英砂，分粗粒徑石英砂(1.00～0.630 mm)、中粒徑石英砂(0.630～0.315 mm)、細粒徑石英砂(0.315～0.160 mm)及超細粒徑石英砂(<0.16 mm)4個粒級，含泥量不應大于0.5%。所采用的鋼纖維滿足:直徑0.18～0.23 mm，長度12～14 mm，抗拉強度不得低于2 850 MPa，其他性能應滿足規范JG3064－1999技術要求。外加劑符合GB8076規定，并檢驗合格后方可使用。且減水率不得低于29%，硫酸鈉含量不得大于2%，外加劑摻量由試驗確定。

圖2 RPC蓋板生產流程

拌合物用水符合JGJ63—1989的要求。凡符合飲用標準的水，均可使用。

2)模板具有足夠的強度、剛度和穩定性。保證構件各部位形狀、尺寸及預埋件的準確定位。

3)RPC材料的配制和灌注工藝。

RPC材料的水膠比不應大于0.2，在配制RPC材料拌合物時，水泥和專用摻合料干燥狀態的用量均按質量計，稱量精度應準確到±1%;骨料采用干燥骨料，用量按質量計，稱量精度應準確到±2%;水和外加劑的用量按質量計，稱量精度應準確到±0.5%。

投料順序為石英砂、鋼纖維、水泥、RPC專用摻合料、水、外加劑，干料先預攪拌5 min，加水、外加劑再攪拌4 min。RPC材料拌合物坍落度<180 mm。攪拌完畢的RPC材料拌合物應在30 min內灌注完畢。構件連續灌注，最大間隔時間應不超過6 min。RPC材料攪拌、運輸、澆注及構件靜停在18℃以上的環境下完成。在灌注RPC材料構件過程中，隨機制作RPC材料試件。試件隨構件同條件下成型，并隨構件同條件養護。攪拌設備為強制式攪拌機，攪拌速度不低于45 r/min。

4)RPC材料構件的養護。成型構件需要靜停6 h后，采用蒸汽養護，養護過程分為升溫、恒溫、降溫三個階段，升溫速度不大于 12℃/h，降溫速度不大于15℃/h。恒溫溫度控制在(80±5)℃，恒溫養護時間不少于48 h。撤除保溫設施時，構件表面溫度與環境溫度之差不超過20℃。構件蒸汽養護結束后需自然養護，環境溫度不低于20℃，并對構件進行灑水養護，時間不少于7 d。

蒸汽養護結束后可以拆模，不得損壞構件的外觀并不得造成構件的主體損傷。成品完成并經檢驗合格后，由專業打包隊采用塑料薄膜包裹，利用聚丙烯打包條進行捆扎，兩兩正面相對，每6片一組，便于裝車托運。同時，用泡沫隔板隔離，以防運輸過程受損。

3 結語

試驗表明，摻加硅粉的RPC混凝土強度明顯高于摻加其他摻合料RPC混凝土的強度;鋼纖維能顯著提高RPC混凝土的抗折和抗壓強度;砂的種類對RPC混凝土強度影響很小，在今后的試驗和生產中，應考慮普通河砂取代石英砂的可能性。通過對RPC生產線建設和試生產，已經形成穩定的生產工藝。按試驗確定的配合比，生產的RPC蓋板內在質量和外觀都可滿足要求。

[1] 中華人民共和國鐵道部.科技基［2006］129號 客運專線活性粉末混凝土(RPC)材料人行道擋板、蓋板暫行技術條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.

[2] 吳炎海，何雁斌.活性粉末混凝土(RPC200)的配制研究應用［J］.中國公路學報，2003(4):44－49.