RPC混凝土的研究

摘要:

分析了活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete) 材料的特性和普通混凝土盖板的缺陷,在此基础上提出了将RPC 这种超高性能的材料应用于人行盖板的思想. 根据设计荷载作用下盖板的受力特点,建议采用格构型RPC 混凝土,并给出了其设计图. 并且进行了相关的试验对其力学性能进行了研究,通过对不同配合比的试验结果进行分析,最终找到了最为合适的RPC混凝土配合比，这种超强力学性能的混凝土将成为很多领域的发展需要，具有很好的前景。

中图分类号：TV331文献标识码： A

前言

国外的活性粉末混凝土(RPC)起步较早,目前已经在部分领域中得到应用,并积累了宝贵的经验和先进的工艺,在我国,铁路进入了大发展阶段,而现有的普通混凝土受其材料性能的局限性,已经不能满足160 km以上新建铁路设计需要为了适应新形式下的铁路桥梁设计需求,降低工程总体造价,提高桥梁使用性能,保证桥梁的耐久性能,必须寻求新的途径。具有超高的强度和优异耐久性的RPC混凝土由此受到铁路桥梁专家的重视，

目前，RPC在国外已经用于实际工程。相比之下，国内对RPC也开展了相关的研究工作，然而有关RPC中掺入混杂纤维后的力学性能研究得较少。由于混杂纤维有着一定的互补性，高模量的纤维对提高混凝土的力学性能具有一定的优越性，低模量的纤维对提高混凝土的韧性和耐久性具有一定的优越性，所以混杂纤维在混凝土的研究越来越得到重视。本文就RPC在混杂掺人玻璃纤维后的力学性能进行了初步的探索。

试验准备

原材料

水泥：河北冀东水泥厂生产的P・O42.5 级水泥；青州粉煤灰，实测密度为2.92 g/cm3：曲沃旭东矿粉厂生产的S95矿粉，实测密度2.94 g/cm3；细砂：①稷山的天然河砂，粒径范围0.25~0.65mm，密度2.62 g/cm3；②普通河砂：中粗砂，细度模数2.6；高效减水剂：山西黄腾生产的聚羧酸减水剂，减水率为30%；钢纤维：上海青浦钢纤维厂生产的表面镀铜光面平直钢纤维，纤维直径0.18~0.20 mm，长度15 mm，长径比约为79（抗压强度试验使用）；

RPC 的配制

环境等级T1，试拌强度130Mpa，抗折强度18Mpa，塌落度160~200mm

试验采用WJY-60 行星式搅拌机，自动控制搅拌时间，将水泥、粉煤灰、砂和80%溶有高效减水剂的水倒入搅拌锅内搅拌3 min；然后加入剩余的20%溶液，搅拌3 min；对于掺钢纤维的工况，在加入钢纤维后继续搅拌6 min。然后将拌合物浇筑于100 mm×100 mm×100 mm 及100 mm×100 mm×300 mm 的试模内在振动台上振动成型，试件24 h 拆模后先放在蒸压釜内养护8 h（7 个大气压，180℃），然后标准养护3 d，构件在蒸汽养护后需自然养护，环境温度不低于20℃，并对构件进行洒水养护，时间不少于7天。

RPC混凝土配合比kg/m3

养护制度对混凝土的性能有很重要的作用,养护不当会造成混凝土内部结构发育不良,从而影响混凝土的性能,甚至导致混凝土表面出现裂纹。同时,考虑预制构件生产厂家的实际情况,需要缩短桥梁模板周转周期,因此,本次试验梁采用的养护制度为分 步二次养护制度:静停第一次升温第一次恒温 ( 20 ～40MPa)第一次降温拆模第二次升温第二次恒温( ≥100MPa)第二次降温。静停:浇筑完成后,静停时间不少于4～6 h。第一次升温:升温速度控制在15 ℃/h,升温至表层温度(外温)为40～50 ℃。第一次恒温:控制外温40～50 ℃之间,恒温时间不少于8 h。第一次降温:降温速度不大于15 ℃/h,直至内外温差不超过15 ℃。拆模:当内外温差小于15 ℃时,掀开盖布,进行拆模,尽量加快拆模速度,减少拆模时间。第二次升温:拆模完毕再次盖上盖布进行蒸汽养护,升温速度控制在20 ℃/h,升至外温70 ℃以上。第二次恒温:保持外温70 ℃以上,恒温时间不少于20 h。第二次降温:降温速度控制在15 ℃/h,直至内外温差不超过15 ℃。

试验方法

棱柱体单轴受压试验在TYB系统上进行。为测量棱柱体试件的弹性模量和横向变形系数，在棱柱体四面各黏贴一对纵向及横向应变片，试件开裂后应变片将不能继续进行工作，所以试件开裂后的纵向应变测量由位移计完成。为得到棱柱体试件的下降段，加载后期采用了位移控制。加载制度为：首先采用力控制加载，加载速率5 kN/s；当荷载超过0.9fc 后进入位移控制阶段，以0.000 3 mm/s 的速度等位移加载至破坏，力控制阶段和位移控制阶段采样频率均为0.5 Hz。

我们对相同龄期的试块进行了抗压、抗折试验，试验结果是比较稳定的，这一方面反映了试验浇筑过程中, RPC拌和物质量控制非常好,各组质量均匀,性能基本一致;另一方面反映了RPC的强度发展特点,即在蒸养过程中的短时间内, RPC的强度发展很快,3天强度就可以到达144Mpa，而随后的标养环境下, 28 d龄期内,RPC的强度发展缓慢,不同龄期下的试件,其抗压强度差别不大。这主要是由于RPC水胶比非常低,在蒸养过程中其水化过程已较为充分,形成了非常致密的内部微观结构,因而在随后的养护过程中,内部水分已基本消耗,而外部水分难以进入,导致其水化进行缓慢,因而强度增长迟缓。同时,RPC的抗折强度远大于普通混凝土,可达20MPa以上。

我们还对RPC混凝土的抗冻性等耐久性进行了测试。经过500个冻融循环后质量损失为1.2%，动弹模量损失为89%，弹性模量为50GMpa，这些都有效的说明了RPC混凝土的优越性。

RPC 的性能特点

超高的力学性能RPC 材料的显著特点是强度更高、韧性更大，抗断裂能达到15000～40000J/，RPC 具有优良的韧性和力学特性，RPC 中的空隙量极小，使得空气渗透数低，水分吸收特别值小， 其耐久性能比普通混凝土以及高性能混凝土好得多。这些足以说明在保证RPC充分搅拌纤维完全分散的前提下，能够填充钢纤维的空隙，使得纤维丝的间距变小；同时由于RPC的组分较细，能够对纤维丝形成很好的包裹效果，使得纤维丝相互间的空间作用得到加强，形成工作性能良好的空间整体。

RPC环保特点

RPC 是一种符合我国可持续发展战略要求的环保材料。在同等承载力条件下，CO2排放量是普通混凝土的一半左右；对不可再生的自然资源骨料的用量也是相对比较少的。

RPC的应用

抗震结构领域。使用RPC 可以制造出更轻的结构系统来降低惯性荷载；其结构构件横截面高度的减少允许构件在弹性范围内发生更大的变形；极高的断裂能及高韧性使结构构件可以吸收更多的地震能。

预制结构产品领域。使用RPC 可以有效减小结构自重， 在具有相同抗弯能力的前提下，RPC 结构的重量仅为钢筋混凝土结构的1/2～1/3，几乎与钢结构相近。

核电站工程领域。由于RPC 的空隙率极低，它不但能够防止放射性物质从内部泄漏，而且能够抵御外部侵蚀性介质的腐蚀， 因此是制备新一代核废料储存容器的理想材料。法国就利用RPC 这一性能对一座核电厂的冷却塔进行了改造。

结束语

对于单独掺人钢纤维，其力学性能改善很明显．说明纤维弹性模量的高低对于提高RPC的力学性能是至关重要的。

随着研究的不断深入和我国经济建设的不断发展,从实际工程应用来看,RPC混凝土的超强的力学性能将在海洋、石油、核电、军事设施以及其它工业民用工程中具有广泛的应用前景。我们应该结合本地的具体情况,因地制宜,合理选材,相信通过广大科研人员的努力,活性粉末混凝土技术一定会在我国的生产建设中发挥巨大的作用。

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