摘要：活性粉末混凝土（RPC）作為一種新型的水泥基結(jié)構(gòu)材料，具有超高強(qiáng)度、高耐久性、高韌性、良好的體積穩(wěn)定性等優(yōu)良的性能，已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。本文將結(jié)合試驗(yàn)研究，闡述配合比因素對(duì)RPC強(qiáng)度的影響及RPC的微觀機(jī)理。

　　關(guān)鍵詞：活性粉末混凝土 配制原理 配合比 微觀機(jī)理

　　1、概述

　　活性粉末混凝土（即Reactive Powder Concrete ，以下簡(jiǎn)稱RPC）是繼高強(qiáng)、高性能混凝土之后，在90年代中期通過(guò)采用常規(guī)的水泥等材料開發(fā)出的超高強(qiáng)度、高耐久性、高韌性和體積穩(wěn)定性良好的水泥基材料，是DSP材料與纖維增強(qiáng)材料復(fù)合而成的高性能混凝土。它的強(qiáng)度等級(jí)可分為200MPa、500MPa和800MPa三個(gè)等級(jí)。該材料已成為國(guó)際建筑工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

　　1993年，法國(guó)的BOUYGUES公司成功研制出了RPC，并與美國(guó)陸軍工程師團(tuán)合作生產(chǎn)出RPC制品；加拿大于1994年開始進(jìn)行工業(yè)化試驗(yàn)，在環(huán)境惡劣的魁北克省Sherbrooke用RPC進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)，并在現(xiàn)場(chǎng)組裝了一座跨長(zhǎng)為70m的單跨，供行人和自行車通行的架橋；韓國(guó)的漢城用RPC材料建造了一座跨度為120m的拱橋；美國(guó)于2001年在伊利諾斯州用RPC材料建造了直徑18m的圓形屋蓋；在澳大利亞，一座用RPC材料建造的公路橋梁不久將問(wèn)世；在歐洲，跨越克羅地亞Bakar海峽的一座432m的RPC拱橋也正在設(shè)RPC建造的加拿大Sherbrooke行人/自行車橋梁計(jì)中；我國(guó)有關(guān)RPC材料的研究主要集中在幾所高校，目前已通過(guò)對(duì)材料配合比的研究，制備出了的RPC材料小型試件，其抗壓強(qiáng)度超過(guò)了200MPa、抗折強(qiáng)度達(dá)50MPa、斷裂能大于、彈性模量大于4.6×104MPa. RPC的基本配制原理是通過(guò)提高組分的細(xì)度與活性，使材料的內(nèi)部缺陷（孔隙與微裂隙）減小到最少，從而獲得超高強(qiáng)度與高耐久性，它的研制根據(jù)以下原則進(jìn)行：

　　1、提高體系的勻質(zhì)性RPC采用下列方法改進(jìn)勻質(zhì)性：用細(xì)骨料代替粗骨料；提高漿體的力學(xué)性能，RPC中漿體的彈性模量高達(dá)50 MPa，甚至更高；降低骨料與漿體的比值。通過(guò)以上措施，可以有效的提高勻質(zhì)性。

　　2、提高水泥石的密實(shí)程度從原材料選擇與成型工藝兩個(gè)方面提高混凝土密實(shí)度，為了獲得高密實(shí)度的混凝土，在配制RPC時(shí)，原材料的選擇可以遵循以下原則：

　　由若干粒級(jí)組成的級(jí)配，每一個(gè)粒級(jí)都有一個(gè)密集的顆粒范圍；粒級(jí)之間要有明顯的劃分，兩個(gè)相鄰粒級(jí)的平均直徑之比大于13；選擇水泥須考慮摻超塑化劑，二者應(yīng)具有相容性，其最佳摻量可通過(guò)流變學(xué)分析決定；用水量可通過(guò)流變學(xué)和相對(duì)密度來(lái)決定。

　　在混凝土成型時(shí)，對(duì)新拌混凝土施加圍壓可以產(chǎn)生以下幾種有利效應(yīng)：減少新拌混凝土中裹夾的空氣，可將新拌混凝土中的氣泡排盡或顯著減少；排除多余的水，這樣活性粉末混凝土的水膠比降低，相應(yīng)地提高了密實(shí)度；化學(xué)收縮的補(bǔ)償，消除試件中因化學(xué)收縮而產(chǎn)生的部分孔隙。以上三種效應(yīng)的疊加可使混凝土相對(duì)密實(shí)度提高6%以上，因此在混凝土成型過(guò)程中對(duì)新拌混凝土施加圍壓可以有效地提高混凝土密實(shí)度。

　　3. 熱處理改善微觀結(jié)構(gòu)熱處理主要在于改進(jìn)活性粉末混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)RPC施加90的熱處理顯著地加速了混凝土內(nèi)部的水化作用，同時(shí)改變了已形成的水化物的微觀結(jié)構(gòu)；

　　另外，熱處理可大大加速硅灰的火山灰反應(yīng)，生成低堿性水化硅酸鈣，降低了Ca（OH）₂的含量。試驗(yàn)證實(shí)，在250高溫時(shí)，能使水化產(chǎn)物C-S-H凝膠大量脫水，形成硬硅鈣石結(jié)晶，有利于強(qiáng)度的提高。

　　4.摻入鋼纖維增加韌性加入鋼纖維后可以大大改善RPC的韌性，其斷裂能可達(dá)20000～40000J/m².通常，RPC內(nèi)采用長(zhǎng)度13mm、直徑0.15mm的鋼纖維，摻量為混凝土體積的1.5%～3%，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，它比摻長(zhǎng)度為3mm的凹凸形短鋼纖維的混凝土斷裂能提高得多。

　　為了研究上述因素對(duì)RPC材料強(qiáng)度的影響，本試驗(yàn)主要通過(guò)采用不同水膠比、骨料品種和級(jí)配以及鋼纖維的種類和粗細(xì)條件下成型RPC試件，并測(cè)試其強(qiáng)度，進(jìn)而分析上述配合比因素對(duì)RPC強(qiáng)度的影響。

　　2、原材料與試驗(yàn)方法

　　2.1 原材料水泥：北京某水泥有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5水泥；

　　礦粉：某礦粉加工廠生產(chǎn)的灰白色超細(xì)粉A與某新型建材公司生產(chǎn)的灰色細(xì)粉B；北京高鈣粉煤灰（一級(jí)超細(xì)粉煤灰）；

　　細(xì)集料：采用兩種砂，福建平潭產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)砂和北京某砂廠定做的細(xì)石英砂；山西陽(yáng)泉產(chǎn)高嶺土；

　　鋼纖維：一種是國(guó)內(nèi)某鋼纖維有限公司產(chǎn)，細(xì)圓形表面鍍銅鋼纖維，直徑0.22mm，長(zhǎng)度12～15mm.另一種是某鋼纖維有限公司生產(chǎn)的螺紋型碳素鋼纖維，長(zhǎng)徑比為32.24，100根平均長(zhǎng)度為30.327mm；

　　化學(xué)外加劑：高效減水型，它的減水率大于29%，呈黃灰色的固體外加劑，與水泥的相容性良好，并具有良好的保水性。

　　2.2.試驗(yàn)方法混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度測(cè)試按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》（GBJ81-85）進(jìn)行[37]，但加荷速度變?yōu)榭箟涸囼?yàn)10KN/s、抗折試驗(yàn)0.27 KN/s；抗壓強(qiáng)度試件尺寸100mm×100mm×100mm、抗折強(qiáng)度試件尺寸100mm×100mm×400mm.

　　3、配合比因素對(duì)強(qiáng)度影響試驗(yàn)研究

　　3.1 不同水膠比對(duì)活性粉末混凝土強(qiáng)度的影響。

　　一般情況下，水膠比取值為0.16～0.22，試驗(yàn)選用水膠比為0.17和0.19兩種，共制作了兩種配合比試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)1d，拆模后放入70℃水中養(yǎng)護(hù)，并測(cè)定其3d、7d、28d抗壓強(qiáng)度。

　　細(xì)石英砂的顆粒級(jí)配對(duì)活性粉末混凝土抗壓強(qiáng)度的影響本次試驗(yàn)采用四種粒級(jí)的石英砂，粗砂：0.63～1.25mm，中砂：0.315～0.63mm，細(xì)砂：0.16～0.315mm，特細(xì)砂：<0.16mm；采用了三種石英砂組合：

　　①．粗砂+中砂+細(xì)砂；

　�、冢�中砂＋細(xì)砂；

　�、郏�中砂＋細(xì)砂＋特細(xì)砂。按最大密實(shí)度理論，得到三種組合中各級(jí)砂子用量：第一個(gè)組合：粗砂＋中砂＋細(xì)砂=677.7 kg +403.8 kg +204.5kg；

　　第二個(gè)組合：中砂＋細(xì)砂＝854 kg +432 kg；

　　第三個(gè)組合：中砂＋細(xì)砂＋特細(xì)砂=727.5 kg +367.8 kg +190.7 kg.

　　粉煤灰的摻入增大了顆粒間的填充密實(shí)度，建議RPC的骨料級(jí)配選用中、細(xì)、特細(xì)砂的組合。

　　鋼纖維種類及摻量對(duì)活性粉末混凝土抗壓強(qiáng)度的影響纖維能夠阻礙混凝土內(nèi)部微裂紋的繁衍、擴(kuò)展，顯著提高混凝土的韌性、延性和抗折強(qiáng)度，有效地避免混凝土無(wú)征兆的脆性破壞的發(fā)生。鋼纖維對(duì)混凝土的增強(qiáng)效果與鋼纖維長(zhǎng)度（lf）、直徑（df）、長(zhǎng)徑比（lf/df）、體積率（Vf）以及纖維外形等密切相關(guān)。本試驗(yàn)采用不同含量的細(xì)鋼纖維和粗螺紋型碳素鋼纖維進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，分析鋼纖維種類及摻量對(duì)活性粉末混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，碳素粗鋼纖維摻量分別為混凝土容重的8%、6%、4%．

　�。�1）摻入粗鋼纖維的活性粉末混凝土破壞時(shí)局部破壞嚴(yán)重，抗折時(shí)，一旦開裂很快就達(dá)到極限強(qiáng)度，而摻入細(xì)鋼纖維的活性粉末混凝土在開裂后仍能維持一段時(shí)間，強(qiáng)度仍有增長(zhǎng)。

　�。�2）摻粗鋼纖維的混凝土破壞時(shí)不少粗鋼纖維被拉斷，而細(xì)鋼纖維則是被拔出的，幾乎沒(méi)有被拉斷。

　　4、結(jié)論

　　通過(guò)以上RPC中不同組分摻量對(duì)其強(qiáng)度影響的系統(tǒng)研究，可得到以下結(jié)論：

　�。�1）相同齡期下RPC強(qiáng)度隨著水膠比的增大而降低；

　　（2）在RPC中，可以用石英砂取代標(biāo)準(zhǔn)砂，且石英砂的摻量不宜低于50%，顆粒級(jí)配對(duì)強(qiáng)度有一定的影響，在摻粉煤灰時(shí)宜選用中＋細(xì)＋特細(xì)組合的骨料；

　　（3）RPC中摻入鋼纖維能提高其力學(xué)性能，摻入長(zhǎng)徑比大的細(xì)鋼纖維比長(zhǎng)徑比小的鋼纖維更有利于提高混凝土的韌性，鋼纖維摻入量以6%為宜。