活性粉末混凝土（RPC）預混合配料技術的研究

李崇栩　　詹國良　　陳澤靈　　鄭楚茂　　葉門康

（廣東華隧建設股份有限公司）

活性粉末混凝土（RPC）預混合配料技術的研究

李崇栩詹國良陳澤靈鄭楚茂葉門康

（廣東華隧建設股份有限公司）

活性粉末混凝土（RPC）作為一種由多組分構成的水泥基復合材料，從理論上說，其原料混合的均勻性對強度起著重要作用。為使RPC的力學性能達到最佳值，本文研究了不同粉料預混方式對RPC強度的影響。試驗結果表明，球磨機預混方式和混料機預混方式可提高RPC的抗壓強度，但對抗折強度效果不明顯。并對不同預混方式的粉料進行顆粒分析，以探索其作用機理。

活性粉末混凝土；預混；強度；顆粒分析

活性粉末混凝土（RPC）是由世界最大的營造公司之一法國布伊格（Bouygues）公司以Pierre Richard為首的研究小組在1993年率先研發成功的一種超高強、高韌性、高耐久性、體積穩定性良好的水泥基復合材料［1，2］。RPC材料目前達到的抗壓強度為170～810MPa，抗折強度為30～140MPa，斷裂能為1200～40000 J/m2，彈性模量為50～75GPa。目前，國際上的RPC材料有兩大系列，一是RPC200，二是RPC800。RPC800的性能已能與金屬材料媲美，但其生產工藝復雜，能耗高，難以實現工程化和產業化，相比之下RPC200則顯示出更美好的發展前景［3-5］。

超細硅灰的摻入，使得水泥基復合材料具有了較高的顆粒填充密實度，而硅灰本身較高的火山灰效應和填充效應也極大地提高了所得成品的強度和其他工作性能。但是由于各種生產原料的比重顆粒尺寸相差較大，制備過程中的攪拌難以將它們充分混合均勻。原料粉體分散不均勻，會引起局部產物化學成分有較大的變化以及微觀結構的變化，從而導致產品的強度，尤其是抗折強度下降，造成不必要的強度損失。因此本文就原料預混合對RPC混凝土性能的影響進行了探索性的研究。

表1　水泥化學組成

表2　水泥物理性質

1　原材料及試驗方法

1.1原材料

水泥：廣州珠江水泥廠的粵秀牌P.Ⅱ42.5的硅酸鹽水泥，其化學成分及物理性能見表1、表2；硅灰：挪威埃肯硅灰，該硅灰顏色在淺灰色與深灰色之間，密度2.2g/cm3左右，堆積密度一般在200～350kg/m3。硅灰的比表面積介于18000～22000m2/kg（采用氮吸附法即BET法測定）；石英砂的粒徑范圍0.25～0.65mm，表觀密度2.62g/cm3。；高效減水劑：RJ-DH3日本觸媒公司的聚羧酸類高效減水劑；水：試驗室自來水。

1.2試驗方法

1.2.1試件成型與養護

RPC的配合比（所用材料的用量均以質量計，除特別說明外，下同）見表3。先將稱量好的硅灰、水泥和石英砂干拌3min；再將稱好的高效減水劑溶入水中加入，攪拌3min；攪拌完畢后，裝模。本試驗采用40mm× 40mm×160mm試模，裝模時分兩層裝，裝完第一層后在水泥膠砂振動臺上振動120次后裝第二層，全部裝完后再在水泥膠砂振動臺上振動120次刮平成型［6］。試件成型后帶模放入溫度20±2℃、濕度大于90%的標準養護箱中養護，24h后拆模，然后放入80±5℃的蒸汽中養護2d，取出冷卻至室溫后測其抗折強度和抗壓強度。

表3　 RPC配合比

1.2.2強度測試

強度測試參照GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO）法》，采用濟南試金集團有限公司濟南試驗機廠制造的WEW-600B微機屏顯液壓萬能試驗機和美國英斯特朗公司的Instron 5567型萬能試驗機進行。

1.2.3顆粒粒度分析

采用美國APS-100粒度分析儀對不同預混方式的粉料進行顆粒粒度分析。

2　試驗結果與討論

本文先后考察了不同預混方式——無預混方式、混料機預混方式、球磨機預混方式，以期獲得原料的最佳均勻分散效果。無預混方式即不對原料進行預混，混料機預混方式是采用咸陽金宏通用機械有限公司的VH55型V型混合機對原料進行混合，球磨機預混方式是采用上海市新建機器廠制造的3M05型 Φ500mm×500mm試驗球磨機對原料進行短時間混合。三種預混方式按上列次序依次記為I、II、III。

圖1為VH55型V型混合機的照片；圖2為球磨機預混方式所采用3M05型Φ500mm×500mm試驗球磨機的照片，球磨機采用的研磨體材料為高耐磨合金鋼，研磨體的尺寸、個數與質量詳見表4。

圖1　 VH55型V型混合機

圖2　 3M05型球磨機

表4　研磨體的規格、個數與質量

不言而喻，預混方式III對物料施加的剪切和擠壓力最大，雖然可能達到較好的混合效果，但也可能會改變原物料的粒徑分布。為此試驗使用粒度分析進行了考察。圖3和圖4是混料機混料5min的粒度曲線和球磨機混料5min的粒度曲線。

圖3　混料機混料5min的粒度曲線

圖4　球磨機混料5min的粒度曲線

由圖可見，無論是混料機混料還是球磨機混料，顆粒組成都是在1μm～1000μm之間，都具有雙峰分布，第一個峰代表粉末細顆粒，第二個峰代表砂子粗顆粒。兩種工藝的細顆粒峰值沒有變化，但球磨混料細顆粒峰面積增大了，而第二個峰值向小粒徑移動，而且峰面積減小了，這說明經過短時間球磨混合后，細顆粒有所增多、粗顆粒有所減少。確切地說，對于預混方式II而言，其粒度分析測得的表面積平均粒徑為22.68um，體積平均粒徑為185.36um；而對于預混方式III而言，其表面積平均粒徑為19.18um，體積平均粒徑為102.36um。這說明，一些粗大的砂粒在球磨過程中，被進一步粉碎，導致了平均粒徑的減小。

為了研究以上三種預混方式對水泥基復合材料性能的影響，在相同配合比的前提下，分別成型了不同預混方式的試件，并進行強度測試。三種預混方式的強度試驗結果如圖5所示。通過攪拌后的膠結料的強度值，發現三種預混方式的增強效果排序如下：球磨機預混方式＞混料機預混方式＞無預混方式。

圖5　不同預混方式的強度結果值

如圖5所示，對于抗折強度而言，三種預混方式的試驗結果差別不大；對于抗壓強度，球磨機預混方式的最好，混料機預混方式的其次，無預混方式的最差，球磨機預混方式和混料機預混方式的差不多，但都明顯優于無預混方式的。這說明混料機預混方式還是提高了物料的均勻性，因此其抗壓強度要大于無預混方式的。而球磨機預混方式不僅改善了物料的均勻性，而且在一定程度上是將顆粒細化了，尤其是“粗顆粒”砂，并非單純的混合處理。雖然粉磨可以進一步提高粉料的分散均勻性，但粉磨也會帶來表面積增大，需水量增加，從而導致水灰比增大，強度有所下降，部分地抵消了提高粉料的分散均勻性所導致的強度增長，這就是球磨機預混方式和混料機預混方式力學性能差別不大的原因。

3　結論

⑴在相同配合比和投料次序的前提下，研究了三種粉料預混方式對RPC強度的影響。試驗結果表明，球磨機預混方式和混料機預混方式可提高RPC的抗壓強度，但對抗折強度效果不明顯。

⑵顆粒分析表明，球磨機預混后，物料的平均粒徑減小，因此球磨機預混方式不僅改善了物料的均勻性，而且在一定程度上將顆粒細化了，尤其是“粗顆粒”砂，而并非單純的混合處理。●

［1］Richard P，Cheyrezy M.Composition of reactive powder concrete［J］.Cem Concr Res，1995，25（7）：1501-1511.

［2］Richard P.Reactive powder concrete：a new ultra-high-strength cementitious materials［A］.The 4th InternationalSymposiumonUtilizationofHigh Strength/HighPerformanceConcrete［C］，Paris，1996. 1343-1349.

［3］Bonneau O，Lachemi M，Dallaire E.Mechanical properties and durability of two industrial reactive powder concretes［J］.ACI Mater J，1997，94（4）：286-290.

［4］Dugat J，Roux N，Bernier G.Mechanical properties of reactive powder concrete［J］.Mater Struct，1996，29（4）：233-240.

［5］Bonneau O，Poulin C，Dugat J.Reactive powder concretes：from theory to practice［J］.Concrete International，1996，18（4）：47-49.

［6］林東，西曉林，房滿滿，文梓蕓.硅灰預處理對高性能水泥基材料力學性能的影響及其機理［J］.華南理工大學學報（自然科學版），2008（11）：138-142.