活性粉末混凝土原材料及制備方法

優(yōu)選活性粉末混凝土原材料及制備方法當(dāng)前1頁，總共32頁。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。當(dāng)前2頁，總共32頁。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，以下簡稱RPC）作為UHPC的一種，是90年代中期法國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?！俺咝阅芑炷痢?/p>

(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，通過最優(yōu)化級配設(shè)計(jì)，經(jīng)高溫?zé)岷系忍囟üに囍苽涠桑浅?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。當(dāng)前3頁，總共32頁。一、RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀RPC具有高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性和高環(huán)保性。

當(dāng)前4頁，總共32頁。2.RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀一、RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前5頁，總共32頁。國外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)狀當(dāng)前6頁，總共32頁。國內(nèi)RPC主要研究機(jī)構(gòu)及研究內(nèi)容2.RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀一、RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前7頁，總共32頁。本課題組自開展RPC研究以來，先后得到了多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金的資助。項(xiàng)目編號項(xiàng)目名稱51108019活性粉末混凝土在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度與本構(gòu)關(guān)系研究511008014鋼管約束下活性粉末混凝土本構(gòu)模型研究50778021活性粉末混凝土的疲勞損傷機(jī)理研究50778017活性粉末混凝土墩柱構(gòu)件的損傷機(jī)理研究50508005活性粉末混凝土的基本力學(xué)特性及其機(jī)理研究2.RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀一、RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前8頁，總共32頁。（建筑工程）車站頂棚高爐屋頂建筑外墻面層板車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)狀當(dāng)前9頁，總共32頁。2一、RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀各類RPC預(yù)制構(gòu)件2.RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前10頁，總共32頁。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RPC人行拱橋日本Sakata-Mirai人行橋加拿大Sherbrooke人行橋我國青藏鐵路RPC橋梁北京五環(huán)路RPC蓋板（橋梁工程）當(dāng)前11頁，總共32頁。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

當(dāng)前12頁，總共32頁。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，膠凝材料級配合理。

進(jìn)一步再考慮顆粒間的物理化學(xué)反應(yīng)，通過顆粒間的相互粘結(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)。當(dāng)前13頁，總共32頁。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0~1250μm，三種粒級（3）鋼纖維：細(xì)圓形鋼纖維，直徑0.20mm，長度12~14mm（4）礦物添加劑：多種活性礦物通過活性組合實(shí)驗(yàn)與最佳顆粒級配計(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%當(dāng)前14頁，總共32頁。

三、原材料

水泥應(yīng)采用品質(zhì)穩(wěn)定、強(qiáng)度等級不低于42.5級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水泥礦物名稱C3SC2SC3AC4AFf-CaOf-MgO含量(%)60.518.17.48.90.91.842.5#水泥的熟礦物組成其中，石膏摻量為2.95-3.0%當(dāng)前15頁，總共32頁。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：序號項(xiàng)目單位性能指標(biāo)1SiO2含量%≥972氯離子含量%≤0.023硫化物及硫酸鹽含量%≤0.504云母含量%≤0.505含泥量%≤0.50分粗砂、中砂、細(xì)砂三種粒徑，不同粒級石英砂的超粒徑含量限制如下：不同粒級石英砂1.25～0.63mm0.63～0.315mm0.315～0.16mm≥1.25mm＜0.63mm≥0.63mm＜0.315mm≥0.315mm＜0.16mm百分率（％）51051055當(dāng)前16頁，總共32頁。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：序號項(xiàng)目單位性能指標(biāo)1抗拉強(qiáng)度MPa≥28502長度*%12～14mm纖維比例≥96%3直徑**%0.18～0.22mm纖維比例≥90%4形狀合格率%≥96%5雜質(zhì)含量%≤1.00%注：*50根試樣的長度平均值應(yīng)在12～14mm范圍內(nèi)；**50根試樣的直徑平均值應(yīng)在0.18～0.22mm范圍內(nèi)。當(dāng)前17頁，總共32頁。RPC配制過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、原材料當(dāng)前18頁，總共32頁。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1μm，平均粒徑為0.1～0.2μm，無定形SiO2含量≥90%。三、原材料當(dāng)前19頁，總共32頁。

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?；钚苑勰┗炷林校捎谒z比較低，所以在配制過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、原材料當(dāng)前20頁，總共32頁。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?；钚苑勰┗炷僚渲七^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、原材料當(dāng)前21頁，總共32頁。

活性粉末混凝土配制過程中通過摻加減水劑來降低水的用量，從而降低水膠比。用來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、原材料序號項(xiàng)目單位性能指標(biāo)1減水率%≥292總堿含量（按Na2O質(zhì)量計(jì)）%≤3.53氯離子含量%≤0.24硫酸鈉含量%≤1.55含固量%≥306凝結(jié)時(shí)間差min±1207凈漿流動度mm≥2508含氣量%≤2.09抗壓強(qiáng)度比3d%≥1307d%≥12528d%≥12010對鋼筋銹蝕作用-對鋼筋無銹蝕作用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%。當(dāng)前22頁，總共32頁。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：當(dāng)前23頁，總共32頁。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)。當(dāng)前24頁，總共32頁。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，在振動臺上振動成型。振動時(shí)應(yīng)防止試模在振動臺上跳動，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.成型工藝當(dāng)前25頁，總共32頁。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)方法當(dāng)前26頁，總共32頁。

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，包括流動性、粘聚性和保水性。

對RPC而言，影響其工作性的主要因素有：水膠比、砂膠比、鋼纖維種類及摻量、礦物摻合料的摻量。

當(dāng)前27頁，總共32頁。五、配合比對工作性能的影響

1、水膠比水膠比對活性粉末混凝土流動度影響隨著水膠比的增大，拌合物的流動度也隨之增大。當(dāng)前28頁，總共32頁。五、配合比對工作性能的影響

2、砂膠比砂膠比對活性粉末混凝土流動度影響隨砂膠比的增大，活性粉末混凝土的流動度逐漸減小。當(dāng)前29頁