活性粉末混凝土(RPC)節段預制梁制造技術

劉秀元

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司,北京 102600)

1 引言

活性粉末混凝土(Reactive Powder Contrete，RPC)是現代材料科學和混凝土技術發展的基礎上出現的一種高性能建筑工程材料，因為活性材料占有比例較大，稱為活性粉末混凝土[1]，以下簡稱RPC，該材料具有很高的抗壓強度和抗拉強度，還兼具有收縮徐變小，低脆性，耐久性好的優點，其抗滲性、抗凍性和耐腐蝕性指標均遠遠優于普通混凝土。RPC的原材料：水泥、粉煤灰、石英砂、硅灰、高效減水劑和鋼纖維。RPC的工作性能原理是：使用提高組分的細度和活性使材料內部的缺陷(微裂縫與孔隙)減少到最小限度，獲得了特別高強度與更高的耐久性。RPC拌和物所采用的原料平均顆粒尺寸在0.lμm到1mm之間，盡量減小了混凝土中的孔隙率，使的拌和物更加密實。RPC是一種最新研制混凝土，經過高溫高壓蒸汽養護處理后，RPC獲得了200MPa到800MPa的超高抗壓強度，還具有30～60MPa的高抗折強度，非常好地克服了一般高性能混凝土的較低強度和高脆性[2]。

2 模型梁簡介

圖1 模型梁設計圖

模型梁為后張拉法預應力，體內束鋼絞線布置，梁腹板上設置兩排6×7-7φ5鋼絞線，梁底板上設置一排8×7-7φ5鋼絞線，用直徑φ60mm普通波紋管預埋成孔道，腹板的錨下后張拉應力1294MPa，底板的錨下后張拉應力1259MPa。張拉完畢，盡快采用真空壓漿法進行孔道壓漿，水泥漿的強度為M50，水泥漿里需要摻入阻銹劑。模型梁預應力設計如圖2。

圖2 鋼絞線鋼束布置

箱梁腹板和頂底板均設活性粉末混凝土剪力鍵，采用卯榫設計，剪力鍵高4cm，剪力鍵頂部寬16cm，剪力鍵底部寬22cm，斜面為450坡度。剪力鍵如圖3。

圖3 接縫I處剪力鍵布置圖

模型梁用短線預制節段拼裝法制作，然后拼裝成整孔梁[3]。節段間梁縫用環氧樹脂膠密封膠結，接縫面施工時單面涂膠，厚度不得大于3mm。梁接縫孔道間端頭粘貼聚乙烯發泡墊圈，上面有單面不干膠，保證孔道不會進膠。臨時預應力采用φ25mm的預應力用精軋螺紋鋼筋臨時拉緊拼接，單根精軋螺紋鋼筋張拉力設計值為180kN，接縫面預壓應力不得小于0.4MPa，整個截面應力必須均衡。臨時張拉錨塊布置如圖4。模型梁預制工藝流程如圖5所示。

圖4 臨時預應力錨塊布置圖

圖5 模型梁預制工藝流程圖

3 RPC混凝土攪拌與運輸

3.1 拌和機選型

RPC拌和物流動性較差、黏度較大，須采用變頻高速攪拌機或RPC混凝土專用攪拌機。攪拌設備應為強制式高速攪拌機[4]，葉片軸速度不低于45轉/分。本次試驗采用工廠內的HZS750型拌和站進行拌和RPC。拌和站需要配置專門清洗RPC混凝土的設備，因RPC拌和物黏度較大，攪拌完畢后及時清洗攪拌機。

3.2 RPC混凝土配合比

試驗立方體抗壓強度試驗小結：曲線變化36h之前速率較快。可推斷蒸養前期對立方體試塊影響較大。36h后曲線平緩上升。5天強度即可達到最終設計強度120MPa以上[5]。

試驗軸心抗壓強度試驗小結：和立方體抗壓強度曲線相仿，軸心抗壓曲線變化自36h之前速率較快。36h后曲線平緩上升。5天強度即可達到最終設計強度120MPa以上。試驗彈性模量強度試驗小結：彈模曲線自36h后平穩上升，基本在第4天即可達到設計彈模強度48GPa。最終配合比見表1。

表1 RPC配合比(kg/m3)

3.3 RPC混凝土攪拌

攪拌前必須檢測拌和站的計量器。RPC材料拌和物配制時，水泥、硅灰和專用摻和料原材料，必須是干燥狀態的用量，且均以質量計[6]，每次計量時對計量稱校零，計量設備至少準確到±1%。骨料稱量須準確到±2%；水、外加劑的用量按重量計，稱量須準確到±1%。

攪拌時的投料順序為骨料、鋼纖維、水泥、硅灰、礦物摻合料先投入，預攪拌4min；然后加水和外加劑后再攪拌4min以上，總攪拌時間不得少于8min。混凝土攪拌機的下料口上面應有專門裝置，防止鋼纖維結成團狀。

RPC拌和物的水膠比一般要小于0.2，坍落度180mm～220mm。拌制好的RPC混凝土應在20min內灌注完畢，最長間隔時間不應超過半小時，RPC混凝土模型梁節段須連續灌注成型。

3.4 混凝土運輸

混凝土攪拌運輸車應符合GB/T 26408的規定。由于RPC拌和物黏度很大，流動性很差，不能采用普通混凝土罐車運輸[7]，混凝土用裝載機運輸，運距50m。運輸后及時清洗運輸設備。

4 RPC混凝土澆筑

4.1 分料斗設計

頂板分料器主要為三角形設計，使拌和物從一處分成四處流入模板內部，有利于使腹板拌和物澆筑高度對稱[8]，可以避免拌和物成堆導致波紋管擠壓變形，或一次澆筑厚度較厚拌和物內氣泡排不出去等情況。

4.2 混凝土澆筑

(1)RPC拌和物澆筑施工前，應做好充分準備，配備足夠的施工人員、設備機具，為了避免漏振和欠振，振搗工人分段負責，分工明確。

(2)澆筑前應進行坍落度、含氣量和溫度測試。如果RPC拌合物發生離析、坍落度過小達不到灌注要求現象時，須對RPC拌合物進行二次攪拌，嚴禁加水。澆筑RPC拌合物時，模板溫度宜在5℃～35℃范圍內，拌合物入模溫度宜在5℃～30℃范圍內。

(3)澆筑順序：底板-腹板-頂板

(4)澆筑底板，內模統一安裝完畢，在將內模下平模移出，裝載機一次將底板的混凝土全部運送來，將拌合物倒至斜溜槽內，人工大致攤平，再開啟底板上8個振動器，四人開始收面，從中間向兩端，初收即可，將多余混凝土清理，移到外面。收面后立即安裝上內模，準備澆筑腹板。

(5)澆筑腹板，對稱逐層澆筑，每層高不超過250mm，使用分料器，裝載機分料的均勻性，并注意澆筑速度，并用附著式振動器振動，以排氣混凝土中和分層間澆筑時封閉的氣體，并使混凝土逐層密實振動時間控制在1～2min。

(6)澆筑模型梁底板和腹板，不能正對預應力波紋管布料，散落在模板上的拌合物殘渣必須及時清理，避免模型梁表面形成麻面、干灰、夾渣等不良現象。

(7)澆筑模型梁腹板，要保持兩側基本同步等高，防止兩側混凝土面高差較大，造成內模偏移現象，由于腹板高度較高，澆筑時盡量使料斗高度放低，以免造成拌和物離析。

(8)澆筑模型梁頂板：拆除分料器，用裝載機直接在頂板布料，攤平后，同時開啟內模振動器、腹板上部振動器、端模上部振動器、內模角部振動器，對頂板拌和物振動，振搗后人工收面，將多余拌和物清理出去。然后用塑料薄膜覆蓋保持水分不散發。

(9)攪拌完畢的RPC材料拌和物應在30min內灌注完畢。采用分層法澆筑，即澆筑采用“分段定點，循序推進、一個坡度、一次到頂”的方法，能較好地適應RPC拌和物澆筑，使兩層混凝土不超過初凝時間，能很好凝結在一體，一次性連續澆筑完畢。在澆筑至頂面過程中，插入預埋的測溫線至模型梁節段芯部，每個模型梁節段預埋3個測溫線，橫剖面中心及兩側50cm處各預埋一個[9]。

(10)RPC拌和物應連續澆筑，如有特殊情況，應盡量縮短其間歇時間，必須在上一層RPC拌和物凝固以前將后一層RPC拌合物澆筑完畢。最大間隔時間不應超過30min。

(11)在灌注活性粉末模型梁節段過程中，隨機制作活性粉末材料立方體抗壓強度、彈性模量、軸心抗壓強度試件，同條件養護。

4.3 振搗收面

(1)振搗：活性粉末混凝土材料采用振動臺與吸附式振搗相結合的振搗方式，振動臺的振動頻率不得低于2860次/min，振幅在0.3～1.0mm圍內范。梁底部混凝土依靠8個振動臺振搗，側部混凝土各12個用附著式振搗器振搗。附著式振動器，鋼模板與附著式振動器須連接牢固，防止振搗過程中移位。盡量避免適用插入式振搗棒振搗，以免影響纖維分布。

(2)RPC模型梁節段必須保證足夠的振動時間，因為活性粉末混凝土(RPC)不同于普通混凝土，黏性較大，流動性較差，必須通過振動才能將氣泡排出，從而保證成品的表面質量。控制振動時間，不能過振和振不實，不能重復振搗，振搗時間不小于1min，每處應以2min為限。在腹板下部和上部應適當延長振動時間，以2.5min為宜。不得漏振和過振。

(3)腹板澆筑時，可以用振動棒輔助振搗，每澆筑一層后，立即進行均勻振搗，保證RPC拌和物的密實性。采用趕漿法振搗，確保上下兩層接茬部位結合良好，防止漏振，也不能過振。移動振動器的間距，應能保證振動器的有效半徑平板覆蓋范圍，全面振動混凝土各部位。振搗上一層RPC拌和物時應插入下層約50mm，使兩層之間的接槎消除。

(4)混凝土澆筑過程如用振動棒時：a.控制振動棒插入的深度，以避免損傷波紋管；b.振動棒不能接觸模板面板，以避免損傷模板漆膜，影響梁體表面光潔度；c.棒體快插慢拔，盡量減少鋼纖維組織分布不均勻而形成預制缺陷；d.慢速拔出不產生空洞和氣泡[10]。

(5)一邊振搗一邊用抹子壓實RPC混凝土表面，人工快速抹平收光，防止RPC拌合物表面水分散發，保證模型梁外觀質量良好。振搗過程中，要把鋼纖維團和雜物檢出，并將鋼模頂面四周砼清理干凈，防止模型梁出現飛邊現象。

(6)在頂板振搗器停止前，梁表面用整平板整平，振搗器停止后，用抹子將泥漿壓平收光。由于活性粉末混凝土膠凝材料較多，一般澆筑時間不宜超過2h，及時養護覆蓋塑料膜。避免表面失水過快而出現早期收縮裂縫。

4.4 高溫恒溫養護(終養)

脫模后的模型梁節段進行高溫恒溫養護，分為升溫、恒溫、降溫三個階段，升溫速度不應大于10℃/h，降溫速度不應大于10℃/h。養護棚內溫度應在70±5℃進行恒溫養護，相對濕度應在95%以上。恒溫養護時間不應小于48h。降溫完畢后，模型梁表面溫度與外界環境溫差不超過15℃時，可撤除保溫設施。養護溫度曲線見圖6。

圖6 養護溫度曲線圖

在養護池中，蒸汽不能直接噴在模型梁表面，蒸汽應向下方噴；在模型梁上方都要覆蓋塑料薄膜，防止養護棚頂上的冷凝水直接滴于模型梁表面，影響制品外觀。

4.5 自然養護

模型梁節段終養結束后，用移梁車移到車間外，在存梁區自然養護，最少養護14天。自然養護時，梁體用土工布包裹，上面灑水，保持土工布一直濕潤。節段梁高溫蒸養結束后，噴涂預制單位名稱、編號、規格、生產時間等標志， 25t吊車用10t吊帶將節段吊起用貨車轉移至存放地，存放放場地應堅實平坦。梁體存放時單層放置，下墊15cm*15cm方木。

5 結束語

利用新型 RPC 材料代替普通混凝土，解決普通混凝土自重大、強度低的問題，通過開展大跨度活性粉末混凝土鐵路簡支梁的研究和實踐，將簡支梁跨度加大到 48m，采用節段拼裝法施工，接縫采用膠結，以后跨度加大到 72m乃至 80m，擴大鐵路簡支梁的適用范圍，進而推動RPC新型材料在鐵路工程中的廣泛應用，使中國高速鐵路在該領域的理論研究和工程實踐達到世界領先水平。