活性粉末混凝土原材料及制備方法.ppt

活性粉末混凝土原材料及制備方法 北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院安明喆SchoolofCivilEngineeringandArchitecture BeijingJiaotongUniversity 前言 隨著新型高效減水劑的發(fā)明與應(yīng)用 礦物超細(xì)粉的回收與加工 纖維材料的發(fā)展以及新型水泥基材料的發(fā)明 混凝土技術(shù)有了重大突破 尤其是高性能混凝土 HPC 和超高性能混凝土 UHPC 目前HPC和UHPC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于世界各地的重特大工程中 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 1 什么是UHPC 活性粉末混凝土 ReactivePowderConcrete 以下簡(jiǎn)稱RPC 作為UHPC的一種 是90年代中期法國(guó)Bouygues公司Richard等人研制出的具有超高強(qiáng)度 高韌性 高耐久性 且體積穩(wěn)定性良好的水泥基復(fù)合材料 超高性能混凝土 Ultra HighPerformanceConcreteUHPC 所謂 超高 包含兩個(gè)方面 超高的力學(xué)性能和超高的耐久性 UHPC以DSP densifiedsystemscontaininghomogeneousarrangedultrafineparticle 技術(shù)為基礎(chǔ) 使 DSP S 砂 F 纖維 體系的抗壓強(qiáng)度 200MPa DSP S 砂 G 碎石 的抗壓強(qiáng)度 150MPa 定義 RPC由超細(xì)活性粉末 水泥 優(yōu)質(zhì)細(xì)骨料 高強(qiáng)度纖維等組分 通過(guò)最優(yōu)化級(jí)配設(shè)計(jì) 經(jīng)高溫?zé)岷系忍囟üに囍苽涠?是超細(xì)粒聚密材料與纖維增強(qiáng)技術(shù)相結(jié)合的高技術(shù)復(fù)合材料 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 2 RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)外RPC主要研究及應(yīng)用 2 RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)RPC主要研究機(jī)構(gòu)及研究?jī)?nèi)容 2 RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 本課題組自開(kāi)展RPC研究以來(lái) 先后得到了多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金的資助 2 RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 建筑工程 車(chē)站頂棚 高爐屋頂 建筑外墻面層板 車(chē)站聲屏障板 建筑外墻面層板 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 2 RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀 2 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 各類(lèi)RPC預(yù)制構(gòu)件 2 RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀 一 RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀 2 RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀 韓國(guó)RPC人行拱橋 日本Sakata Mirai人行橋 加拿大Sherbrooke人行橋 我國(guó)青藏鐵路RPC橋梁 北京五環(huán)路RPC蓋板 橋梁工程 二 RPC制備原理 1 基本原理 1 勻質(zhì)性的改進(jìn)1 用細(xì)骨料代替粗骨料2 提高漿體的力學(xué)性能3 降低骨料與漿體的比值4 減少界面與改善過(guò)渡區(qū) 3 熱處理改善微觀結(jié)構(gòu)1 按合理制度高溫養(yǎng)護(hù)2 激發(fā)活性組分的活性 4 摻入鋼纖維增加韌性與強(qiáng)度高強(qiáng)度鋼纖維改善韌性 提高強(qiáng)度 2 密實(shí)度的提高1 優(yōu)選原材料2 最密實(shí)配料2 成型工藝 二 RPC制備技術(shù) 2 配合比設(shè)計(jì)思路 設(shè)計(jì)思路 混凝土的集料盡可能地緊密堆積 集料顆粒之間的空隙由具有一定水膠比的漿體填充 膠凝材料級(jí)配合理 進(jìn)一步再考慮顆粒間的物理化學(xué)反應(yīng) 通過(guò)顆粒間的相互粘結(jié)形成均勻的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 達(dá)到超高強(qiáng)和高密實(shí) 三 原材料 1 原材料組成 1 水泥 普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥 2 骨料 石英砂 粒徑范圍0 1250 m 三種粒級(jí) 3 鋼纖維 細(xì)圓形鋼纖維 直徑0 20mm 長(zhǎng)度12 14mm 4 礦物添加劑 多種活性礦物通過(guò)活性組合實(shí)驗(yàn)與最佳顆粒級(jí)配計(jì)算配制 5 高性能減水型外加劑 新型高性能減水劑 深紫色透明液體 減水率為31 三 原材料 水泥應(yīng)采用品質(zhì)穩(wěn)定 強(qiáng)度等級(jí)不低于42 5級(jí)的低堿硅酸鹽水泥或低堿普通硅酸鹽水泥 水泥熟料中C3A含量不得大于8 其它性能應(yīng)符合GB175 2007規(guī)定 不得使用其它品種水泥 我國(guó)配制活性粉末混凝土所用水泥一般為42 5 的普通硅酸鹽水泥 1 1水泥 42 5 水泥的熟礦物組成 其中 石膏摻量為2 95 3 0 三 原材料 1 2骨料 RPC所用骨料為石英砂 其性能指標(biāo)應(yīng)滿足要求 分粗砂 中砂 細(xì)砂三種粒徑 不同粒級(jí)石英砂的超粒徑含量限制如下 三 原材料 1 3鋼纖維 鋼纖維應(yīng)采用高強(qiáng)度圓截面纖維 其性能指標(biāo)應(yīng)滿足要求 RPC配制過(guò)程中摻加礦物摻合料可以減小水泥用量 提高組份的細(xì)度和反應(yīng)活性 同時(shí)還可以改善活性粉末混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 從而改善其基本性能 通?；钚苑勰┗炷林袚郊拥牡V物摻合料有 硅粉 粉煤灰 礦粉 偏高嶺土等幾種 1 4礦物摻合料 三 原材料 1 4 1硅粉 硅粉也叫硅灰 SilicaFume 是工業(yè)電爐在高溫熔煉工業(yè)硅及硅鐵的過(guò)程中 隨廢氣逸出的煙塵經(jīng)特殊的捕集裝置收集處理而成 常用的硅粉是灰白色球狀粉末 表觀密度通常為150 250kg m3 比表面積 20m2 g 粒徑小于1 m 平均粒徑為0 1 0 2 m 無(wú)定形SiO2含量 90 三 原材料 粉煤灰 flyash 是工業(yè)固體廢物的一種 是煤粉進(jìn)入1300 1500 的爐膛后 在懸浮燃燒條件下經(jīng)受熱面吸熱后冷卻而形成的 活性粉末混凝土中 由于水膠比較低 所以在配制過(guò)程中摻入粉煤灰具有如下優(yōu)點(diǎn) 1 粉煤灰能和硅灰一起改善拌合物的流動(dòng)性及和易性 降低拌合物的粘稠度 減少攪拌時(shí)引入的氣泡 提高基體的密實(shí)度 2 由于粉煤灰在早期不參與水化 所以在整個(gè)膠凝組分中水灰比 水 水泥 并不低 因此摻加粉煤灰有利于水泥在早期的水化 同時(shí)在水化后期 粉煤灰能與水泥水化物進(jìn)行二次水化反應(yīng) 起到進(jìn)一步填充密實(shí)的效果 3 利用粉煤灰部分替代水泥還能夠降低總成本 提高性能價(jià)格比 1 4 2粉煤灰 三 原材料 1 鋼纖維 1 鋼纖維 1 4 3其它礦物摻合料 偏高嶺土是在一定溫度和條件控制下煅燒的高嶺土 具有較高的火山灰活性 活性粉末混凝土配制過(guò)程中摻加的偏高嶺土具有加速水泥水化效應(yīng) 填充效應(yīng)及火山灰效應(yīng) 從而提高活性粉末混凝土的強(qiáng)度及其他性能 此外礦粉也可用于制備活性粉末混凝土 三 原材料 活性粉末混凝土配制過(guò)程中通過(guò)摻加減水劑來(lái)降低水的用量 從而降低水膠比 用來(lái)配制活性粉末混凝土的減水劑應(yīng)有很好的減水效果 并能與所選水泥相匹配 即水泥與減水劑的相容性好 1 5高效減水劑 三 原材料 高效減水劑性能指標(biāo) 高效減水劑的減水率檢驗(yàn)按GB8076 2008要求進(jìn)行 摻量宜在2 5 3 0 四 制備及成型工藝 活性粉末混凝土和普通混凝土一樣 仍然是一種多相水泥基復(fù)合材料 可以采用普通混凝土的制備設(shè)備 但在生產(chǎn)工藝控制上有特殊要求 其制備及成型步驟如下 四 制備及成型工藝 1 制備工藝 技術(shù)要求 1 模板應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度 剛度和穩(wěn)定性 應(yīng)保證構(gòu)件各部位形狀 尺寸及預(yù)埋件的準(zhǔn)確定位 2 攪拌設(shè)備應(yīng)為強(qiáng)制式攪拌機(jī) 攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速不宜低于45轉(zhuǎn) min 3 投料 攪拌順序 先加石英砂和鋼纖維 攪拌3min 再加入水泥和礦物摻合料 攪拌1min 最后加水和化學(xué)增強(qiáng)劑 再攪拌4min 4 攪拌完畢的活性粉末混凝土材料拌合物坍落度宜控制在140 180mm 拌合物應(yīng)在20min內(nèi)澆筑完畢 單一構(gòu)件應(yīng)一次澆注成型 5 活性粉末混凝土材料攪拌 運(yùn)輸 澆筑及構(gòu)件靜停應(yīng)在10 以上的環(huán)境下完成 6 在澆筑活性粉末混凝土材料構(gòu)件過(guò)程中 應(yīng)隨機(jī)抽樣制作活性粉末混凝土材料試件 試件應(yīng)隨構(gòu)件同條件下成型 并隨構(gòu)件同條件養(yǎng)護(hù) 四 制備及成型工藝 攪拌好的RPC材料應(yīng)一次性裝入試模并高出試模上口 在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)成型 振動(dòng)時(shí)應(yīng)防止試模在振動(dòng)臺(tái)上跳動(dòng) 并用抹刀沿試模內(nèi)壁多加插搗 持續(xù)到RPC表面出漿為止 振搗過(guò)程中注意抹平壓光 并防止氣泡產(chǎn)生 振搗結(jié)束刮去多余的拌合物 用抹刀抹平試件表面 將模具放入養(yǎng)護(hù)室 養(yǎng)護(hù)至24h 36h后拆模 2 成型工藝 四 制備及成型工藝 成型完畢的構(gòu)件先要放入溫度20 2 相對(duì)濕度95 以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)24h 36h 之后拆模 然后將脫模后的試件放入蒸汽養(yǎng)護(hù)箱中 先將溫度調(diào)至45 2h后調(diào)至60 再2h將溫度升高至75 后維持不變 養(yǎng)護(hù)68h后取出試件 最后將養(yǎng)護(hù)后的試件放到溫度為 20 2 濕度為 60 5 的恒溫恒濕試驗(yàn)室 3 養(yǎng)護(hù)方法 五 工作性 工作性是指混凝土拌合物在不發(fā)生離析 泌水的條件下 能夠滿足一系列施工工序 如拌合 運(yùn)輸 澆灌 振搗等 的性能 包括流動(dòng)性 粘聚性和保水性 對(duì)RPC而言 影響其工作性的主要因素有 水膠比 砂膠比 鋼纖維種類(lèi)及摻量 礦物摻合料的摻量 五 配合比對(duì)工作性能的影響 1 水膠比 水膠比對(duì)活性粉末混凝土流動(dòng)度影響 隨著水膠比的增大 拌合物的流動(dòng)度也隨之增大 五 配合比對(duì)工作性能的影響 2 砂膠比 砂膠比對(duì)活性粉末混凝土流動(dòng)度影響 隨砂膠比的增大 活性粉末混凝土的流動(dòng)度逐漸減小 五 配合比對(duì)工作性能的影響 3 鋼纖維種類(lèi)及摻量 纖維摻量對(duì)活性粉末混凝土流動(dòng)性影響 隨鋼纖維摻量的增加 活性粉末混凝土的坍落度逐漸減小 流動(dòng)性變差 五 配合比對(duì)工作性能的影響 不同纖維類(lèi)型活性粉末混凝土流動(dòng)性隨