活性粉末混凝土的性能研究及制作技术

活性粉末混凝土的性能研究及制作技术

王新玉1黄晓飞2

（1.中铁隧道股份有限公司，河南，郑州，450000）

（2.河南省南阳市新野县环保局，河南，南阳，473000）

【摘要】随着我国土木建筑工程的发展，传统的混凝土由于其强度较低、功能单一、耐久性差等缺点已经越来越不能适应日新月异的土木革命技术的需求。因此，不同性能的混凝土的技术研究壮大了混凝土在不同领域的更好应用，而活性粉末混凝土（RPC）的投入越来越多的应用于建筑工程项目的建设中。本文笔者将着重就土木工程中活性粉末混凝土的性能分析入手，并结合实际经验，从活性粉末混凝土的特点、试验研究及制作技术等方面进行介绍，从而为活性粉末混凝土性能的进一步改善及数据使用进行材料设计提供了更加深入的依据。

【关键词】活性粉末混凝土（RPC）；水灰比；砂胶比；钢纤维

引言

活性粉末混凝土（Reactivepowderconcrete,简称RPC）是由法国学者在1993年研发出的一种超高强度水泥基复合材料，它是一种以超高强、低脆性著称的混凝土类型。与传统混凝土相比，活性粉末混凝土在抗压、抗弯、耐久、限缩等方面的优异性使其在土木、水利、矿山集军事工程等领域得到迅速的发展和应用。

活性粉末混凝土的配合比设计、制备技艺及性能技术分析都处于试验研究阶段，不成熟的制备方式给土木工程的应用造成了较大困难。笔者希望通过应用较低成本的天然原材料，能够通过制备技术及试验方式的成熟来研制出施工经济性、和易性及力学性能均能符合建筑工程要求的RPC，从而促进其应用于工程项目的成果，为同类研究提供相应的参考。

一、活性粉末混凝土的材料挑选

活性粉末混凝土的组成与普通混凝土的差别不大，它由水泥、骨料、硅灰、钢纤维、拌合水、减水剂及其它矿物外加剂等材料组成，但其对于材料质量的要求相对高一些。

1.1水泥

市场上的水泥品牌在各大主要混凝土搅拌站中使用的相对一致，通常采用低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥，但均应当采用大中型企业生产的符合标准的水泥，保证其品质稳定、强度等级不低于42.5，避免水泥质量较低而影响活性粉末混凝土的最终性能。

1.2骨料

骨料应采用二氧化硅含量超过97%且含泥量不大于0.5%、粒径在1.0mm以下的石英砂为最佳。

1.3硅灰

硅灰为钢厂和铁合金石厂在生产硅钢和硅铁产生烟尘时回收的副产品，其收集在我国的生产中含量较低。因此，在综合考虑各种因素下，活性粉末混凝土采用的硅灰应当采取二氧化硅含量大于90%、平均粒径为0.088μm的灰白色球状粉末。

1.4钢纤维

所采用的钢纤维应满足：直径0.18～0.23mm，长度12～14mm，抗拉强度不得低于2850MPa。

1.5减水剂

减水剂在配制活性粉末混凝土时有很好的减水效果，能够明显分散水泥颗粒，应当保证含固量大于31.5%，减水率不得低于29%，硫酸钠含量不得大于2%。同时严禁掺入氯盐类外加剂，使其能与所选用的水泥性能相匹配，促进水泥与减水剂的相容，减少新拌混凝土的坍落度损失，更好地配制活性粉末混凝土。

二、活性粉末混凝土的配合比试验分析

适当的配合比对于活性粉末混凝土效果的影响是不可替代的，在进行配合比试验时，应当保证各配合比流动性的稳定，分别考虑水胶比、砂胶比（砂子与胶凝材料之比）、硅灰水泥比、钢纤维掺量及高性能减水剂的掺量等因素对RPC最终效果的影响。

通过控制变量等试验方法，最终我们可以得知：在混凝土拌合物流动性保持稳定的状态下，随着砂胶比的增加，砂浆的用水量会逐渐增加，进而导致混凝土水胶比的增加；硅灰水泥比的增加，也会导致砂浆用水量的增加；而在水胶比较大的情况下，钢纤维掺量对RPC混凝土的抗压强度影响并不明显，而当水胶比在0.16-0.20时，钢纤维的掺入，能够较大幅度地提升RPC混凝土的韧性和体积稳定性。另外，不同养护制度下的RPC混凝土的抗压强度也存在不同影响。最终我们可以发展现，在高温蒸养下的RPC混凝土在砂胶比及硅灰水泥均比较低、适当掺入钢纤的情况下，能够达到最佳的抗压强度，活性粉末混凝土的综合性能较高。

三、活性粉末混凝土的性能研究分析

3.1材料组成对RPC混凝土抗压性能研究的影响

通过以每立方米水泥的用量、硅粉与水泥的比值以及砂胶比三大因素的正交试验分析可以得到，超细硅粉能够更好地代替活性粉末混凝土中采用的矿粉材料，在降低其生产成本的基础上填充和细化RPC的微观结构，解决RPC混凝土相对于传统普通混凝土不易造型、质量不轻便的问题，使得建筑工程的施工更加美观耐用。而在这三个影响因素中，每立方米水泥的用量对RPC混凝土的强度影响是最大的，只有合理采取不同材料配比的组成，才能将RPC混凝土的性能效应发挥到最佳。

3.2蒸养的恒温时间对RPC混凝土力学性能研究的影响

蒸汽养护加速活性粉末的水化反应并改善微观结构，促进骨料与活性粉末的反应，改善界面的粘结力。而温度的稳定对于RPC混凝土性能的影响十分重要，而恒温时间作为另外一个重要参数，其长短对于RPC的性能同样有着重要的影响。通过80±5℃恒温温度下不同时间段中RPC混凝土强度的测试结果可以看出，在恒温时间为12-48h的时间段内，RPC的抗折强度随着恒温时间的增长而增加，特别是12-24h期间增幅达到最大，而48h之后再延长恒温时间，RPC混凝土的抗压、抗折强度基本保持稳定，由此可见，在活性粉末混凝土的配制过程中，需要保证足够的蒸养时间，但时间足够之后继续延长恒温时间则对RPC混凝土的性能提升几乎没有任何意义，我们只有了解到这一点，才能在保证混凝土性能的基础上降低生产的成本与时间。

四、活性粉末混凝土的制作技术分析

通过试验分析与性能研究分析可以得到，活性粉末混凝土制作的最佳状态是采用粒径400-600μm的石英砂作为骨料，掺入硅灰或磨细的矿渣粉等活性矿物质，通过蒸汽养护和施压成型等工艺大幅度提升混凝土的反应活性和密实度，从而使其具有超高的强度、韧性、耐久性及抗渗透性。

此外，我们也可以将RPC制成型材，将其与金属、聚合物等其它物质复合，从而发挥其共同作用的效果，RPC混凝土优异的力学性能、简单的成型工艺及较低的消耗，能够使其在我国的建筑土木行业应用中发挥可持续性的发展效果，最终在我国土木工程行业中展现广阔的应用前景，同时开发新型材质代替钢筋混凝土的结构方式，解决目前混凝土存在的表层抗裂、抗渗、耐腐蚀性薄弱的问题，将普通混凝土保护起来，投入使用活性粉末混凝土的综合使用，使得整个工程建造的过程得到更加顺利进行

结束语

综上所述，我们对活性粉末混凝土的相关性能及制作技术有了更加深入的了解，同时对不同材料及配合比试验对RPC混凝土的影响有了更深层次的把握，并将不同试验结果的材料掺入值有了较为精准的控制。

在对于活性粉末混凝土的把握和使用上，相关行业仍然存在许多欠缺。在越来越多的桥梁、建筑工程、土木结构及军事应用等基础工作中，活性粉末混凝土体现出了它性能独特且合理有效的优异性，在今后的发展过程中，我们应当努力将其不同方面及组成原料的工作性能进行更加深入的分析和掌握，并将它变形能力强、抗压强度大、耐久性高等特点更好地运用在实际的工程建设中，让活性粉末混凝土在土木建筑等类似工程中得到进一步的推广和应用。

参考文献：

[1]刘娟红，宋少民，梅世刚.RPC高性能水泥基复合材料的配制与性能研究[J].武汉理工大学学报，2001

[2]吴炎海，何雁斌，杨幼华.活性粉末混凝土（RPC）的性能研究及应用前景[J].福建建筑，2002