RPC混凝土配合比試驗研究

(重慶交通大學 土木工程學院　重慶　400074)

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete簡稱RPC)[1]是法國Bouygues公司在1993年研制出的一種強度高、韌性好、耐久性優異和體積穩定性良好[2]的新型水泥基復合材料，因其組分的反應活性而得名。配制RPC采用的主要原材料包括水泥、石英砂、硅灰、粉煤灰、鋼纖維、高性能減水劑等[2-4]。相較于普通混凝土，RPC通過去除碎石子和添加外加劑的方式來達到使內部各組分更加密實的目的，從而提高其自身的力學性能。活性粉末混凝土是一種新型的混凝土材料，我國對RPC的研究尚未成熟。為了找出影響RPC材料強度的因素，本文通過9組RPC配合比實驗來研究各組分對其抗壓強度的影響。

一、材料和實驗

(一)材料。實驗準備期查閱相關文獻[5-9]，本實驗為了保證RPC的強度和考慮到水泥與高效減水劑的相容性最后選擇質量穩定的P.O42.5硅酸鹽水泥；級配石英細砂選用10～20目(830um～170um)，20～40目(830um～380um)，40～70目(約為 380～210μm)以及40～70目(約為 380～210μm)的風積沙；所選硅灰的SiO2質量分數為 85.72%，比表面積為24 200m2/kg；所用粉煤灰I級粉煤灰。比表面積6000cm2/g，SiO2質量分數57.6%；減水劑選用的是聚羧酸高性能減水劑(乳白色液體)，其減水率達30%。

(二)實驗。將稱量好的水泥、粉煤灰、硅粉、砂倒入橡膠桶中，用沖擊鉆進行攪拌直到混合物顏色均勻不再變化。再把外加劑摻入水里攪勻一起倒入橡膠桶，用沖擊鉆先慢速攪拌1分鐘，再快速攪拌1分鐘至其均勻，后將橡膠桶內材料分次加入攪拌機，邊攪拌邊加料，攪拌4分鐘后停止，混合物呈流動狀態。及時將拌合物填入100mm×100mm×100m的3聯試模內，先倒一半進入試模，在振動臺上振動7min后，在倒另一半入試模，繼續振動7min，待表面泛漿，停止振動，將表面抹平后靜置24 h后拆模并標號。抗壓強度以《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GT/T50081)為標準，加載速率為0.8MPa/s—1.2Mpa/s。

二、實驗結果分析

影響RPC強度的因素很多，水膠比的變化、各種外加劑的摻量的改變、養護方式等細微的差別都會導致實驗結果的變化。本文列舉出幾組具有代表性的實驗數據來分析各種因素對實驗結果的影響。

表1　RPC配合比及實驗結果

(一)水膠比對RPC強度的影響

前3組實驗是針對水膠比對RPC強度的影響而設計的，通過實驗數據可以發現水膠比是影響其抗壓強度的重要因素之一。如圖1所示，本組實驗在水膠比由0.2上升至0.24的過程中，RPC試塊的抗壓強度從68.2Mpa下降到47.6Mpa，整體呈現出下降的趨勢。在這段區間內，水膠比的提升對RPC的強度是不利的。在實驗的過程中發現隨著水膠比的提高，RPC的流動性會變好，但是通過實驗數據發現RPC的強度明顯降低，因此不能為了提高RPC的流動性而刻意將水膠比提高，使結果適得其反。在實際生產中應保證RPC有良好流動性的前提下來選擇一個最優水膠比，這樣不僅能方便施工，還能提高RPC的強度。

圖1　水膠比對RPC強度的影響

第4組到第6組實驗反映的是消泡劑對RPC抗壓強度的影響。消泡劑的作用機理是以微粒的形式滲入到泡沫的體系中，當泡沫要產生時，存在于體系中的消泡劑微粒能迅速破壞氣泡的彈性膜，抑制泡沫的產生，從而減少RPC的內部缺陷，使RPC達到內部致密的效果。本次實驗選用粘稠度較低，PH值在7左右的消泡劑。如圖2所示，當消泡劑/膠凝的含量為0.07%時，所得的立方體試塊抗壓強度較低，并且發現試塊斷裂面氣泡很多(見圖3)，顯然消泡劑用量不足。在第4組的基礎上把消泡劑/膠凝的含量提高了0.01%，從試塊的軸壓數據結果看出RPC的強度有了顯著的提高，試塊破壞面氣泡數量相較第4組得到了明顯的控制。在第6組實驗是在第5組的基礎上把消泡劑/膠凝的含量提高0.01%，可以看到RPC的抗壓強度繼續增強。

圖2　消泡劑/膠凝對RPC強度的影響

圖3　RPC試塊表面氣泡

最后3組實驗考察的因素是99℃水浴時間對RPC混凝土抗壓強度的影響。和普通混凝土一樣，RPC配制后，之所以能逐漸凝結硬化，主要是因為水泥水化作用的結果，而水化作用則需要適當的溫度和濕度條件。為了滿足RPC水化過程需要的條件，我們對其進行水浴養護。通過水浴養護提供水化反應所需的濕度、溫度，從理論上來說可以提高RPC的抗壓性能。從表1的數據可以看出水浴對RPC的強度有直接的影響。不進行水浴的試塊7天的強度能達到61.7Mpa。在水浴兩個小時后，試塊的強度有了一定的提升，但是并不明顯。進行了3.5小時水浴的試塊強度達到了92.5Mpa，相較第8組強度提升了近50%。

圖4　99℃水浴時間對RPC強度的影響

三、結論

通過分析以上9組RPC配合比對比試驗，我們可以得出以下結論。

1.在RPC配合比實驗中，水膠比對RPC的強度影響較大。當水膠比在一定范圍內變動時，RPC的抗壓強度隨水膠比的增加而提高。

2.消泡劑/膠凝對RPC抗壓強度有著極大的影響。在一定范圍內，RPC的性能隨消泡劑/膠凝摻量的提高而提高。通過數據分析發現消泡劑消泡劑/膠凝對實驗結果的影響十分敏感，當其含量增加0.01%個單位時，RPC的抗壓強度有了質的飛躍。在次證明RPC擁有超高的力學性能的主要原因是因為其內部結構致密。在后續實驗中要提高RPC的性能必須要減少RPC內部缺陷，并增加其內部結構的密度。

3.從第7到第9組實驗結果，我們看到水浴時間對RPC的力學性能影響十分顯著。在同種配合比下，把RPC試塊放置浴99℃水浴中3.5個小時，其抗壓強度提升了50%。可見99℃水浴對活性粉末混凝土的強度提升是有利的；并在一定范圍內，RPC的抗壓強度會隨水浴時長的延長而增加。足見RPC的養護過程對于提高RPC自身的強度是極為重要的環節，在后續的配合比實驗中要引起重視。