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前1頁，總共32頁。前言隨著新型高效減水劑的發(fā)明與應用、礦物超細粉的回收與加工、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已經廣泛地應用于世界各地的重特大工程中。當前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度、高韌性、高耐久性、且體積穩(wěn)定性良好的水泥基復合材料?！俺咝阅芑炷痢?/p>

(Ultra—HighPerformanceConcreteUHPC)，所謂“超高”包含兩個方面——超高的力學性能和超高的耐久性。UHPC以DSP（densifiedsystemscontaininghomogeneousarrangedultrafineparticle）技術為基礎，使“DSP+S（砂）+F（纖維）”體系的抗壓強度＞200MPa，“DSP+S（砂）+G（碎石）”的抗壓強度＞150MPa。

定義：RPC由超細活性粉末、水泥、優(yōu)質細骨料、高強度纖維等組分，通過最優(yōu)化級配設計，經高溫熱合等特定工藝制備而成，是超細粒聚密材料與纖維增強技術相結合的高技術復合材料。當前3頁，總共32頁。一、RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀RPC具有高強度、高韌性、高耐久性和高環(huán)保性。

當前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)狀當前5頁，總共32頁。國外RPC主要研究及應用2.RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀一、RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀當前6頁，總共32頁。國內RPC主要研究機構及研究內容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，先后得到了多項國家自然科學基金的資助。項目編號項目名稱51108019活性粉末混凝土在復雜應力狀態(tài)下的強度與本構關系研究511008014鋼管約束下活性粉末混凝土本構模型研究50778021活性粉末混凝土的疲勞損傷機理研究50778017活性粉末混凝土墩柱構件的損傷機理研究50508005活性粉末混凝土的基本力學特性及其機理研究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)狀當前9頁，總共32頁。2一、RPC材料及其發(fā)展現(xiàn)狀各類RPC預制構件2.RPC研究及發(fā)展現(xiàn)狀當前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）當前11頁，總共32頁。二、RPC制備原理1.基本原理（1）勻質性的改進

1）用細骨料代替粗骨料

2）提高漿體的力學性能

3）降低骨料與漿體的比值

4）減少界面與改善過渡區(qū)（3）熱處理改善微觀結構

1）按合理制度高溫養(yǎng)護

2）激發(fā)活性組分的活性（4）摻入鋼纖維增加韌性與強度高強度鋼纖維改善韌性，提高強度（2）密實度的提高

1）優(yōu)選原材料

2）最密實配料

2）成型工藝

當前12頁，總共32頁。二、RPC制備技術2.配合比設計思路設計思路：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。

進一步再考慮顆粒間的物理化學反應，通過顆粒間的相互粘結形成均勻的內部結構，達到超高強和高密實。當前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驗與最佳顆粒級配計算配制（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%當前14頁，總共32頁。

三、原材料

水泥應采用品質穩(wěn)定、強度等級不低于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，其性能指標應滿足要求：序號項目單位性能指標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當前16頁，總共32頁。三、原材料1.3鋼纖維鋼纖維應采用高強度圓截面纖維，其性能指標應滿足要求：序號項目單位性能指標1抗拉強度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雜質含量%≤1.00%注：*50根試樣的長度平均值應在12～14mm范圍內；**50根試樣的直徑平均值應在0.18～0.22mm范圍內。當前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，提高組份的細度和反應活性，同時還可以改善活性粉末混凝土的內部結構，從而改善其基本性能。通常活性粉末混凝土中摻加的礦物摻合料有：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。是煤粉進入1300～1500℃的爐膛后，在懸浮燃燒條件下經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，所以在配制過程中摻入粉煤灰具有如下優(yōu)點：

（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，減少攪拌時引入的氣泡，提高基體的密實度；（2）由于粉煤灰在早期不參與水化，所以在整個膠凝組分中水灰比（水/水泥）并不低，因此摻加粉煤灰有利于水泥在早期的水化。同時在水化后期，粉煤灰能與水泥水化物進行二次水化反應，起到進一步填充密實的效果；（3）利用粉煤灰部分替代水泥還能夠降低總成本，提高性能價格比。1.4.2粉煤灰三、原材料當前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、填充效應及火山灰效應，從而提高活性粉末混凝土的強度及其他性能。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、原材料序號項目單位性能指標1減水率%≥292總堿含量（按Na2O質量計）%≤3.53氯離子含量%≤0.24硫酸鈉含量%≤1.55含固量%≥306凝結時間差min±1207凈漿流動度mm≥2508含氣量%≤2.09抗壓強度比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高效減水劑的減水率檢驗按GB8076-2008要求進行，摻量宜在2.5～3.0%。當前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合材料，可以采用普通混凝土的制備設備，但在生產工藝控制上有特殊要求。其制備及成型步驟如下：當前23頁，總共32頁。四、制備及成型工藝

1.制備工藝技術要求：（1）模板應具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性；應保證構件各部位形狀、尺寸及預埋件的準確定位。（2）攪拌設備應為強制式攪拌機，攪拌機轉速不宜低于45轉/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；最后加水和化學增強劑，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。拌合物應在20min內澆筑完畢。單一構件應一次澆注成型。（5）活性粉末混凝土材料攪拌、運輸、澆筑及構件靜停應在10℃以上的環(huán)境下完成。（6）在澆筑活性粉末混凝土材料構件過程中，應隨機抽樣制作活性粉末混凝土材料試件。試件應隨構件同條件下成型，并隨構件同條件養(yǎng)護。當前24頁，總共32頁。四、制備及成型工藝

攪拌好的RPC材料應一次性裝入試模并高出試模上口，在振動臺上振動成型。振動時應防止試模在振動臺上跳動，并用抹刀沿試模內壁多加插搗，持續(xù)到RPC表面出漿為止。振搗過程中注意抹平壓光，并防止氣泡產生。振搗結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)護室，養(yǎng)護至24h～36h后拆模。2.成型工藝當前25頁，總共32頁。四、制備及成型工藝

成型完畢的構件先要放入溫度20±2℃、相對濕度95%以上的標準養(yǎng)護室內養(yǎng)護24h~36h，之后拆模；然后將脫模后的試件放入蒸汽養(yǎng)護箱中，先將溫度調至45℃，2h后調至60℃，再2h將溫度升高至75℃后維持不變，養(yǎng)護68h后取出試件；最后將養(yǎng)護后的試件放到溫度為（20±2）℃、濕度為（60±5）%的恒溫恒濕試驗室。3.養(yǎng)護方法當前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。當前29頁