活性粉末混凝土配合比設計及力學性能研究

(重慶交通大學 重慶 400074)

1993年法國布伊格(Bouygues)公司Richard等人率先提出了一種高強、韌性高、耐久性和體積穩定性良好的水泥基復合材料，即活性粉末混凝土(reactive powder concrete，簡稱RPC)[1]。相比于普通混凝土，RPC混凝土是根據堆積原理配制出來的具有超高力學性能和高耐久性能的材料[2]。其配置的原材料主要采用水泥、石英砂、硅灰、粉煤灰、鋼纖維、高性能減水劑等[3-5]。RPC混凝土組成成分沒有石子，通過提高細骨料的均勻性、密實性來減小材料的內部缺陷，從而提高其抗壓強度。鋼纖維的摻入，顯著改善了高強度混凝土的脆性，提高了RPC的抗拉強度和韌性。本次研究設計了(53)組實驗，用以探究不同水膠比、石英沙摻量、外加劑、以及養護制度對活性粉末混凝土性能的影響。設計研究出了RPC混凝土的強度隨著這些變量設置的關系，為今后進行RPC混凝土配合比設計及應用提供了方向。

一、水膠比對PRC抗壓強度的影響

本文對水膠比的研究設置了3個試塊，研究了不同水膠比對RPC強度的影響，其結果如表1.

表1 水膠比對RPC抗壓強度的影響

可以看出，隨著水膠比的增加RPC的抗壓強度缺逐漸降低。由于摻水量的多少直接影響到膠凝材料的水化反應程度以及基體的孔結構特征[6]，因此水膠比是影響RPC混凝土抗壓強度的重要因素。在保證混凝土流動性要求和成型密實設備能使混合料充分密實成型的條件下，水膠比越低，混凝土的抗壓強度越高。

二、消泡劑對RPC抗壓強度的影響

本文對水膠比的研究設置了3個試塊，研究了不同水膠比對RPC強度的影響，其結果如表2.

表2 消泡劑對RPC抗壓強度的影響

可以看出，隨著消泡劑摻量的增加。RPC混凝土的強度逐漸增強。在混凝土中摻入消泡劑,減少了孔隙的產生,降低了混凝土的內部結構的孔隙率,使得混凝土的密實度增加，混凝土的抗壓強度隨之上升。

三、集膠比對RPC抗壓強度的影響

本文對集膠比的研究設置了3個試塊，研究了不同水膠比對RPC強度的影響，其結果如表3.

表3 集膠比對RPC抗壓強度的影響

可以看出，隨著集膠比從1.36-1.08的變化，RPC混凝土強度呈現出先上升后下降的情況，石英砂摻量越多，膠凝材料相對摻量越小，包裹在石英砂表面的膠凝材料層越稀薄，因而導致拌合物流動度下降，可見，從抗壓強度的角度而言，存在著一個石英砂摻量的飽和點。此時RPC各粒徑范圍的組分能夠形成最優的級配，密實度較高，流動度也較好，容易振搗成型，試件內部的毛細孔和氣孔較少，能使RPC得到較高的抗壓強度。

四、養護方式對RPC抗壓強度的影響

本文對養護的研究設置了3個試塊，研究了養護方式對RPC強度的影響，其結果如表4.

表4 養護方式對RPC抗壓強度的影響

可以看出，蒸汽養護的抗壓強度最高在RPC的各組分中，硅灰、石英砂都具有火山灰活性，它們的二次水化反應程度與養護溫度有著極大的關系，活性摻合料常溫下發生二次水化反應的速度較慢，養護溫度越高，二次水化反應速度越高，越容易在較短時間內達到較高的強度。在經過高壓高溫養護之后可以生成高穩定高強度的低堿度水化硅酸鈣凝膠和雪硅鈣石[7]。其二，高壓高溫養護時，試件表面和內部的壓力差使得氣孔更易排出，孔隙率減小，生成的水化產物結構致密。因此，經高溫養護的RPC立方體抗壓強度優于經標準養護的RPC立方體抗壓強度。

五、試驗總結

(一)經分析發現，水膠比是RPC性能的最主要影響因素，在一定范圍內，隨著水膠比的降低，抗壓強度逐漸增大，流動度降低。本文試著從水膠比與孔結構的角度對其機理進行了闡述，并對適宜水膠比的選取提出了建議。

(二)RPC拌合物中集膠比對混凝土強度有影響，在一定范圍內，隨著集膠比的增加，強度會上升，超過了這個范圍，集膠比繼續增大，強度會較低，存在的飽和點。

(三)養護方式對RPC的抗壓強度有較大影響，對于 RPC這種摻有大量活性摻合料的混凝土，高壓高溫養護可以激發摻合料的活性，因此較其他方式更易獲得較高的抗壓強度。