嚴寒地區高速鐵路RPC-130活性粉末混凝土材料應用

常 青（中鐵十五局集團有限公司，河南 洛陽 471002）

1 前言

活性粉末混凝土（RPC）是一種新型結構材料。1994年法國首次公布使用RPC材料，該材料有很高的抗壓強度和抗剪強度及優良的耐久性特性，具有高韌性、抗震和抗沖擊性能；耐高溫性、耐火性及抗腐蝕能力遠優于鋼材。RPC材料強度等級可分為200MPa級、500MPa級和800MPa級。其中200MPa級已有國外工程中應用，500MPa、800MPa級尚在研究和試配階段。RPC活性粉末混凝土所用的原材料成本很高，是普通混凝土的4倍以上，部分試驗室偏重于RPC單項技術性能，忽略多方材料搭配均衡，造成了不必要的材料浪費。由于活性粉末混凝土復雜性、技術保密性、高經濟性等原因，嚴重影響了它在實際工程中的應用。

哈齊客專是我國最嚴寒地區第一條高速鐵路，沿線最冷月平均氣溫均低于-15℃，極端最低溫度-36.8～-39.3℃，季節凍土深度189～272cm；活性粉末混凝土材料能滿足嚴酷的氣候條件要求，哈齊客專全線橋梁人行道擋板、電纜槽蓋板采用RPC-130活性粉末混凝土設計，要求抗壓強度≥130MPa；抗折強度≥18MPa；彈性模量：Ec≥48GPa；抗凍等級＞F500；電通量＜40C[1]。

2 RPC130配合比試驗

RPC活性粉末混凝土的配合比是活性混凝土應用的核心，混凝土要滿足各種技術指標。較低的水膠比是活性粉末混凝土的特點，所以聚羧酸減水劑要有較高的減少率，并與各種材料之間有較好的相容性；水泥、粉煤灰、礦粉、微硅粉等活性材料相互嵌入式填充增加活性混凝土的密實性；大量使用粉煤灰、礦粉和微硅粉等工業廢料代替水泥，降低成本，滿足工程經濟性要求。

2.1 原材料要求

1）原材料供應須貨源充足且質量穩定，有供應商提供的出廠合格證及型式檢驗報告，并按照有關檢驗項目、批次規定嚴格實施原材料進場檢驗。

2）水泥宜采用品質穩定、強度等級不低于42.5低堿硅酸鹽水泥或低堿普通硅酸鹽水泥，最好是采用早強水泥，水泥熟料中C3A含量不應大于8%，其他技術指標應符合GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》規定[1]。

3）粉煤灰采用超細粉煤灰（Ⅰ級以上），活性指數必須大于65%，燒失量不大于3%，三氧化硫不大于3%，需水量比不大于95%，粉煤灰的其他技術要求應符合GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土的粉煤灰》規定。

4）磨細礦粉比表面積宜為400～500m2／kg，流動度比宜大于100%，燒失量不大于1%，其他技術要求應符合GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土的?；V渣粉》規定，S95礦粉以上。

表1 RPC-130活性粉末混凝土原材料量(kg／m3)

表2 RPC-130活性粉末混凝土原材料量(kg／m3)

5）硅灰（微硅粉）是一種超細硅質粉體材料，外觀為灰或白色粉末，容重：200～250kg／m3，硅灰中細度小于1μm的占80%以上，平均粒徑在0.1～0.3μm，比表面積為：20～28m2／g，要求SiO2含量大于93%以上，其他技術要求符合GB/T21236-2007要求。

6）骨料采用石英砂，分粗粒級石英砂（1.0～0.63㎜）、中細粒徑石英砂（0.63～0.16）及超細粒徑（0.16以下）三個粒級，含泥量不大于0.5%，通過篩分析確定三種粒級的摻配比例，確保材料是連續級配[1]。

7）所用鋼纖維應滿足：直徑0.18～0.23㎜，長度12～14㎜，抗拉強度不得低于2850MPa，其他性能應滿足JG3064-1999《鋼纖維混凝土》技術要求。

8）外加劑采用高效聚羧酸減水劑，最好采用早強型，固含量30%，嚴禁加引氣劑及氯鹽類外加劑，聚羧酸減水劑必須有良好的相容性，外加劑摻量由試驗確定，其他性能應滿足JG/T223-2007《聚羧酸系高性能減水劑》技術要求。

9）消泡劑最好采用聚羧酸減水劑廠家自己的消泡劑，本廠的產品相容性好，效果明顯，摻量為膠凝材料的0.2‰。用磷酸三丁酯做消泡劑，摻量經過試驗確定，含氣量宜控制2%以內。

10）拌合物用水應符合JGJ63-2006《混凝土用水標準》的要求。凡符合飲用標準的水，均可使用。

2.2 配合比試驗

1）其他高速鐵路RPC活性粉末混凝土材料用量見表1。

（2）根據以往高速鐵路試驗經驗，試驗室經過多次調試，在滿足各項工作性、強度、耐久性及經濟性等要求情況下，最終確定各種原材料及摻配比例見表2。

2.3 試驗過程

1）試件制作：按GB/T50081-2002，采用60L混凝土攪拌機，先將鋼纖維和石英砂放進攪拌機3分鐘進行分散，然后加入膠凝材料干攪3分鐘，再加入一半水和外加劑攪拌3分鐘，最后加入另一半水攪拌3分鐘，按規定測定塌落度和擴展度[2]。

（1)將拌合物一次裝入試模，裝料時應用抹刀沿各試模壁插搗，并使拌合物略高出試?？?。

（2)試模應附著或固定在振動臺上，振動時試模不得有任何跳動，振動應持續到表面出漿為止，不得過振。

2）試件養護：標準養護按GB/T50081-2002，一天拆模后應立即放入溫度為20±2℃，相對濕度為95%以上的標準養護室中養護，彼此間隔10～20mm，試件表面應保持濕潤，蒸汽養護的試件拆模后放進蒸養箱內養護，在6小時內升溫至90℃，在90℃蒸養3天，蒸汽養護必須經歷靜養、升溫、恒溫、降溫等四個階段[3]。

2.4 試驗結果

試驗得到RPC材料的抗壓強度175.8MPa，具有很高的抗變形能力；抗折強度24.7MPa，具有很強的抗彎拉性；500次快速凍融循環后試樣質量未損失，橫向基頻無損失，耐久性因子高達100%，具有很高的耐久性；測定電通量13庫侖，具有很好的耐候性；可見RPC活性粉末混凝土具有較好的品質和良好的耐久性[4]。

3 生產質量控制與技術要求

3.1 原材料計量精度控制

1)計量設備精度滿足要求，每工班施工前應進行零點校準。

2)及時測定石英砂的含水量，并根據實際情況及時調整施工配合比。

3)計量器具應不定期檢定，數字顯示異常或有懷疑時應對計量器具進行校正。

4)保證聚羧酸外加劑勻質性，宜采用大儲罐存儲，罐內設置攪拌設備，用時攪拌均勻。

3.2 拌合物的主要控制

1)RPC拌合物拌合均勻，顏色一致，不能出現離析和泌水現象。

2)嚴控RPC拌合物的坍落度，最佳坍落度為140～180mm，含氣量2%以內。

3.3 生產設備要求

實際生產中需要各個工序緊密聯系，一個工序施工不當就可能會影響整個產品質量，每天在施工完畢后都要及時清理攪拌、分料系統，及時對各機械檢查、維修、保養，以保證產品質量。

3.4 模具的質量要求

模具應滿足RPC蓋板外形尺寸的要求，表面光潔，有一定的強度和剛度。模具的材料應有一定的硬度、耐磨，以保證模板的使用頻次。模具應拆組方便，便于清理、運輸，節省工時，提高勞動生產率。

4 RPC材料經濟分析

RPC材料大量使用工業廢料，減少環境污染，符合國家廢物利用原則；RPC材料中摻加多種礦物外加劑，活性材料相互填充提高強度，節約大量水泥，降低工程成本，提高了經濟效益；RPC構件采用工廠化、集約化生產，蒸養工藝加快了模具周轉次數，滿足質量和工期要求；原材料最佳組合降低材料用量，并可用河砂代替石英砂；摻入鋼釬維數量越多拉壓比越高，可根據工程經濟性確定鋼釬維摻量。RPC結構強度很高，可少用鋼筋或不設置箍筋，可減少維護費用，延長結構的使用壽命，具有很高經濟性。

5 結 語

哈齊高速鐵路電纜槽蓋板是RPC材料在嚴寒地區又一成功應用，但RPC活性粉末混凝土在我國的使用率較低，推廣更是任重道遠。通過對活性粉末混凝土原材料選擇、優化配合比設計、工序銜接提高工作效率、增加混凝土密實性、材料利用率等進一步研究，對降低RPC材料成本及進一步推廣RPC材料應用具有非常重要意義。

[1]北京交通大學.科技基〔2006〕129號客運專線活性粉末混凝土（RPC）材料人行道、擋板暫行技術條件[S].北京:中國鐵道出版.2006:3-5

[2]鐘世云，高漢青，王亞妹.大流動活性粉末混凝土的適配 [J].建筑材料學報，2008，(1):58-63

[3]陳寶良.京滬高速鐵路電纜槽、人行道蓋板活性粉末混凝土試驗研究[J].混凝土技術，2011，(3):11-23

[4]柯開展，蔡文堯.活性粉末混凝土（RPC）在工程結構中的應用與前景[J].福建建材，2006，(02):4-7