rpc性能試驗(yàn)研究

rpc性能試驗(yàn)研究

0硅灰和硅灰材料的配合劑對rpc性能的影響自1993年法國bouigues實(shí)驗(yàn)室的研究和生產(chǎn)以來，國內(nèi)大學(xué)、暨南大學(xué)、大學(xué)城和其他大學(xué)也對材料性能、混合質(zhì)量、反應(yīng)比、維護(hù)制度和膠結(jié)體系進(jìn)行了大量研究，生成了較為穩(wěn)定的epc。在制備活性粉末混凝土?xí)r通常選擇水泥加硅灰的二元膠結(jié)體系,用量較大的水泥和硅灰將使混凝土收縮變形增大,極易引起混凝土的早期開裂。為解決這一矛盾,清華大學(xué)覃維祖等采用磨細(xì)粉煤灰取代部分水泥及硅灰,形成水泥、硅灰和粉煤灰組成的三元膠結(jié)體系,不僅起到降低成本、保護(hù)環(huán)境的作用,同時(shí)還可利用摻粉煤灰混凝土后期強(qiáng)度緩慢增長的特性,解決RPC的強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象;湖南師范大學(xué)何峰等研究了硅灰和石英粉摻量對RPC性能的影響,發(fā)現(xiàn)加入硅灰后流動(dòng)性及強(qiáng)度明顯提高,組織更加致密,石英粉在高溫養(yǎng)護(hù)下對提高強(qiáng)度的作用較為顯著;福州大學(xué)何雁斌等研究了RPC組成材料的選用,指出在配制RPC時(shí),選擇與膠凝材料相匹配的高效減水劑可以較好地改善RPC的性能。前期工作中,已配制出了具有較高強(qiáng)度的RPC材料,但發(fā)現(xiàn)用天先硅灰和花王減水劑拌制的RPC試件中含有許多微小的孔洞,影響了其抗壓強(qiáng)度及耐久性。因此,通過水泥適應(yīng)性試驗(yàn)分別考察了三種硅灰及減水劑對膠凝材料流動(dòng)性的影響,確定了合適的硅灰及減水劑品種;同時(shí),考慮在RPC中摻入粒徑為10nm的SiO2納米材料和緩凝劑,來進(jìn)一步提高RPC的流動(dòng)性、密實(shí)度及強(qiáng)度,這在目前的研究工作中還很少報(bào)道。通過大量抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),較系統(tǒng)地研究了水膠比、緩凝劑、納米硅和硅灰摻量等對RPC流動(dòng)性和抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律。1關(guān)于水泥兼容性的研究1.1材料、試劑與儀器水泥:(1)哈爾濱水泥廠天鵝牌P·O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥;(2)河北冀東水泥廠P·O52.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。硅灰:(1)天先特種材料研究所生產(chǎn),灰白色粉末,實(shí)測密度2.13g/cm3;(2)挪威埃肯公司生產(chǎn)的半聚集態(tài)硅微粉,表觀密度2.23g/cm3;(3)上海天愷公司生產(chǎn)的天愷970、940U微硅粉。粉煤灰:黑龍江省阿城市黑寶建筑材料廠生產(chǎn)的I級(jí)特細(xì)粉煤灰,實(shí)測密度2.21g/cm3。細(xì)砂:福建平潭按舊標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)的天然河砂,粒徑范圍0.25~0.65mm,密度2.59g/cm3。石英粉:275~320目石英粉,實(shí)測密度2.64g/cm3。高效減水劑:(1)西卡(中國)建筑材料有限公司生產(chǎn)的Viscocrete3301聚羧酸系減水劑,無色液體,含固量為17%;(2)上?；ㄍ趸瘜W(xué)有限公司生產(chǎn)的邁地21S,屬羧酸系共聚物,淡褐色液體,含固量為20%;(3)德國DEGUSSA公司開發(fā)生產(chǎn)的美爾福斯1641F,為改性聚羧酸聚合物,黃色粉末。鋼纖維:天津市路橋鋼纖維廠生產(chǎn)的表面鍍銅光面平直鋼纖維,纖維直徑0.18~0.2mm,長度15mm,長徑比約為79(抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)使用)。緩凝劑:葡萄糖酸鈉。納米SiO2:粒徑10nm,比表面積640m2/g。1.2外加劑對水泥流動(dòng)性的影響為確定水膠比、硅灰和減水劑品種對RPC流動(dòng)性的影響,首先進(jìn)行了水泥適應(yīng)性試驗(yàn),試驗(yàn)工況如表1所示。表中數(shù)據(jù)以克為單位,各配合比膠凝材料的總量均為600g。測試方法依據(jù)GB/T8077—2000《混凝土外加劑均勻性試驗(yàn)方法》中附錄A“混凝土外加劑對水泥的適應(yīng)性檢測方法”。為了詳細(xì)了解膠凝材料的流動(dòng)性隨時(shí)間的變化情況,分0、5、15、30、45、60min六次進(jìn)行測定。其中:高效減水劑摻量為膠凝材料用量的1%,緩凝劑摻量為減水劑用量的4%。工況1測定了水泥凈漿的流動(dòng)性,工況2、3、4分別考察不同減水劑對流動(dòng)性的影響,工況5考察緩凝劑的影響,工況6、7、8考察了不同硅灰對流動(dòng)性的影響,工況9、10、11考察水膠比對流動(dòng)性的影響,工況11、12考察相同硅灰不同摻量時(shí)膠凝材料的流動(dòng)性,工況13、14、15考察不同硅灰相同摻量時(shí)對流動(dòng)性的影響。1.3試驗(yàn)結(jié)果的分析(1)水泥漿體流動(dòng)性下降工況2、3、4、5的試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。由圖1可知,摻ME粉末減水劑(工況2)的水泥漿體前期流動(dòng)性明顯高于花王和西卡減水劑,后期流動(dòng)性降低;摻花王減水劑(工況3)的水泥漿體前期流動(dòng)性較差,但隨著時(shí)間的增長其流動(dòng)性增強(qiáng),后期高于西卡和ME粉末減水劑;摻西卡減水劑(工況4)的水泥漿體性能很穩(wěn)定,但其流動(dòng)性普遍低于其它工況;工況5加入了緩凝劑,該工況具有良好的流動(dòng)性,且隨時(shí)間增長流動(dòng)性變化穩(wěn)定,60min后其流動(dòng)性還稍有提高,故選擇ME粉末外加4%緩凝劑作為本文制備RPC的減水劑。(2)水泥漿體流動(dòng)性這里需要指出的是,工況7、8原定的水膠比為0.18,但幾乎測不出流動(dòng)性,因此采用0.20的水膠比,工況5、6采用0.18水膠比,結(jié)果如圖2所示。由圖2可知,摻埃肯硅灰的水泥漿體流動(dòng)性明顯好于其它工況。在0.2水膠比下,天愷940和天先硅灰(工況7、8)的流動(dòng)性普遍高于天凱970(工況6),但仍然不如?？瞎杌以?.18水膠比下的流動(dòng)性(工況5)?？紤]到較低水膠比有利于RPC強(qiáng)度的發(fā)展,因此首選埃肯硅灰。(3)結(jié)果圖1工況9、10、11的水膠比分別為0.14、0.16、0.18,試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖3可知水膠比對流動(dòng)性的影響很大,水膠比越高流動(dòng)性越好。水膠比為0.14和0.16的水泥漿體前期流動(dòng)性損失較大,后期逐漸穩(wěn)定;水膠比為0.18的水泥漿體前期流動(dòng)性降低較少,后期比較穩(wěn)定。(4)配方的確定工況13硅灰摻量為0.3,工況9、10硅灰摻量為0.1,試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖可知,在不摻粉煤灰的情況下,使用相同硅灰,硅灰含量越多漿體流動(dòng)性越差;硅灰含量相同時(shí),?？瞎杌业牧鲃?dòng)性好于天愷970。另外,摻10%硅灰(工況14、15)的漿體流動(dòng)性接近或要高于水泥凈漿的流動(dòng)性,這說明一定含量的硅灰對水泥漿體的流動(dòng)性是有貢獻(xiàn)的。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果,制作立方體試件的材料選擇埃肯硅灰、ME粉末減水劑、緩凝劑和粉煤灰。從RPC強(qiáng)度考慮,并兼顧水泥漿體的流動(dòng)性,水膠比以0.16為主,同時(shí)考察0.14水膠比對強(qiáng)度的影響。2抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)2.1試件的成型、養(yǎng)護(hù)通過水泥相容性試驗(yàn)確定了以下14種抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)工況,見表2。試驗(yàn)采用15L行星式攪拌機(jī),手動(dòng)控制攪拌時(shí)間,將水泥、硅灰、粉煤灰、砂和80%溶有高效減水劑的水倒入攪拌鍋內(nèi)攪拌3min;然后加入剩余的20%溶液,攪拌3min;對于摻鋼纖維的工況,在加入鋼纖維后繼續(xù)攪拌6min。混凝土攪拌完,將拌和物澆筑于立方體試模中,置于振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)5min成型,24h后拆模。本試驗(yàn)考察了兩種養(yǎng)護(hù)制度:(1)蒸汽養(yǎng)護(hù):將試件先放置在蒸汽池里面養(yǎng)護(hù)3d,然后放置在(20±2)℃潮濕環(huán)境中養(yǎng)護(hù)至28d;(2)蒸壓養(yǎng)護(hù):將試件先放在蒸壓釜內(nèi)養(yǎng)護(hù)8d(7個(gè)大氣壓,180℃),然后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)3d。試驗(yàn)在哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中心的500t壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。加載方式:以6kN/s的速度加載直至破壞。2.2試驗(yàn)結(jié)果的分析流動(dòng)性與抗壓試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。(1)活性粉末混凝土試件對于素RPC的立方體抗壓試驗(yàn),從試驗(yàn)過程中可以看到,試件大都呈爆炸性的縱向劈裂破壞。由于活性粉末混凝土的高度勻質(zhì)性,沒有粗骨料的銷栓作用,試件大部分是從上到下整齊的被劈開。摻鋼纖維的RPC由于鋼纖維的阻裂作用非常明顯,試件不再是脆性的劈裂破壞,裂縫的開展受到鋼纖維的阻礙,試件最后的破壞形態(tài)是裂而不散。另外,試件內(nèi)部的微孔比例較前期試驗(yàn)明顯降低。(2)原材料的影響見表2(a)納米SiO2的影響:工況6(0.5%SiO2)與工況9(不摻SiO2)比較,兩種養(yǎng)護(hù)制度下的強(qiáng)度沒有提高,但坍落度和擴(kuò)展度提高幅度很大,說明納米材料在摻量較小時(shí)可填充于其他顆粒之間,從而起到潤滑作用,提高了拌合物的流動(dòng)性,但對強(qiáng)度發(fā)展貢獻(xiàn)不大;摻1%納米SiO2的工況7與工況9比較,蒸汽養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度變化不大,但蒸壓養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度有了顯著的提高,坍落度、擴(kuò)展度也有改善;但摻1%納米SiO2的流動(dòng)性比0.5%SiO2時(shí)有所降低,說明此時(shí)具有較大比表面積的納米SiO2產(chǎn)生的吸水作用要高于其潤滑作用,其摻量不宜過高,否則將影響流動(dòng)性;另外,只有在蒸壓養(yǎng)護(hù)時(shí),納米SiO2才能很好地參與水化反應(yīng),適當(dāng)比例的摻入可以明顯的提高RPC強(qiáng)度。(b)砂品種的影響:摻標(biāo)準(zhǔn)砂的工況8與摻石英砂的工況3比較,強(qiáng)度提高了18%,工況8的流動(dòng)性較好,而工況3則幾乎沒有流動(dòng)性,主要原因可能是石英砂中存在大量的粉末,導(dǎo)致其蓄水嚴(yán)重,致使拌合物流動(dòng)性明顯降低,試件不易成型,強(qiáng)度較低。(c)鋼纖維的影響:工況8和11比較,強(qiáng)度提高了一倍,提高幅度很大,工況5和4比較,強(qiáng)度提高了24.5%,在低水膠比的情況下,摻鋼纖維的強(qiáng)度也有所提高,說明鋼纖維的摻入對提高RPC強(qiáng)度作用很大;同時(shí)看到,工況11的坍落度和擴(kuò)展度非常大,分別為250、390mm,說明素RPC在配合比適當(dāng)?shù)那闆r下,可以獲得很好的流動(dòng)性。(d)硅灰的影響:工況8和9比較,強(qiáng)度比較接近,說明硅灰摻量對強(qiáng)度影響不大;工況8和10比較,摻埃肯硅灰的強(qiáng)度提高了23%,這說明硅灰的種類和性能對強(qiáng)度影響很大。(e)緩凝劑的影響:比較工況12和9,流動(dòng)性沒有改善,但強(qiáng)度提高了25%,可以看出,緩凝劑不會(huì)增大漿體的流動(dòng)性,但可以延緩拌合物的凝結(jié)時(shí)間,這對試件成型起到了一定的積極作用。因此,添加適量的緩凝劑有助于提高RPC的強(qiáng)度。(f)石英粉的作用:比較工況13和9,發(fā)現(xiàn)摻石英粉能提高強(qiáng)度,但是效果很不明顯,且石英粉的加入,極大的降低了RPC的流動(dòng)性。因此,從經(jīng)濟(jì)和方便施工的角度考慮,配制RPC時(shí)可不摻石英粉。(g)水泥強(qiáng)度等級(jí)的影響:比較工況9和14可以看出,高強(qiáng)度等級(jí)水泥的強(qiáng)度反而低,說明水泥可能存在質(zhì)量問題,沒有達(dá)到提高強(qiáng)度的效果。(h)養(yǎng)護(hù)條件的影響:相同工況不同養(yǎng)護(hù)條件下,有三組蒸汽養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度高于蒸壓養(yǎng)護(hù),一組相反,說明少摻或不摻納米SiO2時(shí)蒸壓養(yǎng)護(hù)對強(qiáng)度的提高作用不大,納米SiO2摻入的比例適當(dāng)時(shí),高溫下能參與水化反應(yīng)改善RPC的微觀結(jié)構(gòu),因此蒸壓養(yǎng)護(hù)時(shí)強(qiáng)度較高。同時(shí)可以看出,摻20%硅灰的試件蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象比蒸壓養(yǎng)護(hù)嚴(yán)重,摻10%硅灰的工況則基本不發(fā)生強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象。縱上所述,為得到適合工程應(yīng)用的RPC,原材料可選用:哈爾濱水泥廠“天鵝牌”P·O42.5級(jí)水泥、?？瞎杌?、I級(jí)粉煤灰、標(biāo)準(zhǔn)砂、鋼纖維、ME粉末減水劑和緩凝劑。雖然硅灰的價(jià)格較高,含10%和20%硅灰的強(qiáng)度差別不大,但是摻量為20%時(shí)RPC的流動(dòng)性較好,有利于質(zhì)量穩(wěn)定,所以選擇20%的硅灰比例,RPC配合比如表4所示。4配合劑對家庭粉液流動(dòng)性的影響本文通過水泥相容性試驗(yàn)和活性粉末混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究,得到以下結(jié)論:(1)由于納米SiO2粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于硅