活性粉末混凝土的抗压强度影响因素研究

2022-12-19

活性粉末混凝土 (Reactive Powder Concrete, 简称RPC) 是具有高强度、高韧性、低渗透性和良好耐久性的新型水泥基材料。RPC材料是以水泥与矿物掺合料为主要胶凝材料, 并与纤维增强材料相复合的高技术混凝土, 在国外桥梁、核电、市政、海洋等工程中已得到了初步应用。

1 原材料

水泥:拉法基42.5普通硅酸盐水泥。

硅粉:密度为2.214g/cm3, 粒径2μm以下, 平均粒径0.31μm左右, 比表面积为143100cm2/g。

标准砂:水泥试验用标准砂, 粒径为0.16~0.63mm。

石英砂:某矽砂厂定做的细石英砂, 粒径为0.16~1.25mm。

粉煤灰:一级高钙粉煤灰:烧失量0.96%, 需水量比90%, 40μm筛余5.2%, CaO含量29.65%。

偏高岭土:平均粒径6.17μm, SiO2含量52.76%, Al2O3含量39.17%。

钢纤维:在某钢纤维有限公司定做, 呈细圆形表面镀铜钢纤维, 直径0.22mm, 长度12~15mm。

高性能减水剂:新型非萘系高性能减水剂AN-3000, 减水率29%, 含固量为31%。

2 试件制备、养护与测试方法

搅拌:立方体试件用单卧轴强制式混凝土搅拌机拌合。

加料顺序:各材料按配合比称量, 将砂子、水泥、硅加料顺序:各材料按配合比称量, 将砂子、水泥、硅粉、矿物掺合料 (偏高岭上、粉煤灰) 和钢纤维倒入搅拌机中, 干搅90s至搅拌均匀, 然后将一半水与高性能减水剂混合后加入搅拌机, 再将剩余的水加入, 搅拌3min, 使钢纤维在混凝上中分布均匀。

成型方法:采用1 0 0 m m×1 0 0 m m×100mm单联试模, 混凝上试件在高频混凝上振动台振动成型。

3 试验及分析

3.1 试验方法

100mm×100mm×100mm混凝上试件的制作及抗压强度测试按《普通混凝上力学性能试验方法》 (GBJ81-85) 进行, 但加荷速度变为l0kN/s。

3.2 试验结果及分析

3.2.1 水胶比对RPC强度的影响

RPC配合比在胶凝材料用量不变的条件下选用了三种水胶比, 养护条件为RPC拆模后, 试件直接放在标养室中 (20℃±2℃) , 养护至28d, 测定出3d、7d、28d的抗压强度绘制的水胶比与抗压强度的关系曲线及水胶比 (如图1所示) 。由图1可见, 当RPC水胶比由0.17增大到0.19时, 3d抗压强度减少8.2%, 7d抗压强度减少5%, 而28d时的抗压强度反而增大9.5%。由此可见, 在水胶比为0.18附近必存在一最佳水胶比。

3.2.2 掺加粉煤灰和偏高岭土对RPC强度及坍落度的影响

掺粉煤灰和偏高岭土的RPC试件拆模后, 放入40℃热水中养护48h, 取出冷却至室温再移入标养室中养护至28d。由掺入粉煤灰和偏高岭土后RPC抗压强度试验结果可知, 对于掺入粉煤灰的RPC, 在40℃热水养护温度条件下, 均比没掺粉煤灰的R P C的抗压强度提高, 但提高幅度不大。

3.2.3 标准砂与石英砂对RPC强度的影响

为了考察不同种类的砂以及两种不同的砂混合后对RPC强度的影响, 进行了以部分石英砂乃至全部石英砂代替标准砂的RPC试验研究, 石英砂替换标准砂的比例考虑0、33.3%、50%、66.7%、和100%五种。试件养护条件为RPC试件拆模后, 放60℃热水中养护48h, 取出冷却至室温再移入标养室中养护至28d, 试验结果的关系曲线如图2所示。

3.2.4 钢纤维掺量对RPC强度及坍落度的影响

试验研究了钢纤维掺量对RPC抗压强度的影响。钢纤维掺量与抗压强度的关系曲线如图2所示。由图2可以看出, 钢纤维的掺入提高了RPC的抗压强度, 钢纤维掺量越大, 混凝土的抗压强度越大。

3.2.5 尺寸因素对RPC强度的影响

为了考察同一配比下试件尺寸大小对抗压强度的影响, 制作了两种不同配合比下40mm×40mm×160mm的棱柱体试件和100mm×100mm×100mm的立方体试件进行抗压强度对比。试验结果见如图3所示, 两种不同配比的混凝土都说明试件尺寸越小, 强度越高, 尺寸因素越明显, 3d抗压强度相差47.9%, 7d抗压强度相差35%, 28d抗压强度相差44.7%, 同一配比的强度值相差达72.4MPa。