活性粉末混凝土1活性粉末混凝土的定义活性粉末混凝土(ReactivePowderConcrete,缩写为RPC)是一种超高强、低脆性,且具有高耐久性的新型水泥基复合材料。它由级配良好的细砂、水泥、石英粉、硅灰及高效减水剂等组成,同时,为了进一步提高材料的延性,可以掺入直径约0.15~0.20mm、长度为3～12mm的微钢纤维。它有两个强度等级:一是经高温高压处理后强度达800MPa的RPC800;二是经蒸气养护处理后强度达200MPa的RPC200。2PRC的基本配置原理RPC是一种强度高、韧性大、空隙率低且耐久性极高的超高性能混凝土。它的基本设计思想是:通过高材料组分的细度与活性,减少材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝),获得超高强度与高耐久性。根据这个原理,RPC所采用的原材料平均颗粒尺寸在0.1~1.0mm之间,目的是尽量减小混凝土中的孔间距,从而提高拌合物的密实度。在材料选择上主要包括以下几种:细石英砂,水泥,石英粉,硅灰,高效减水剂,对韧性有要求时还需掺入钢纤维。2PRC的基本配置原理2.1细石英砂细石英砂具有很高的硬度和优良的界面性能,它易于获得且价格低廉,在RPC中主要起集料的功能。在选择细石英砂时,主要考虑其矿物成分、平均粒径、颗粒形状和其在混凝土中占有的比例。依据最大密实理论模型,在RPC中,细石英砂的平均粒径应选择为300μm.粒径范围限制在150～600μm间,以避免与水泥颗粒的粒径(范围为10～100μm)冲突,颗粒形状最好为球形。石英砂矿物成分中,SiO2的含量应不低于99%。2PRC的基本配置原理2.2水泥对用于RPC的水泥,主要有两个要求:一是水泥强度等级要高,二是水泥要与减水剂有良好的相容性。从化学成分上看,C3A和碱含量低的水泥,效果较好。磨得太细的水泥由于需水量大,效果并不很好。从流变特性和力学性能看,高硅率(硅率是熟料中SiO2与Al2O3、Fe2O3之和的比值)的水泥效果最好,但这种水泥凝结较慢,不适宜于工程应用,因此可采用C3S含量高的水泥。2.3石英粉对于RPC的热处理过程来说,磨细石英粉是不可缺少的组成成分。在热养护过程中,石英粉可以发挥最大活性的粒径范围为5~25μm,因此,石英粉的平均粒径宜为10μm左右,这与水泥粒径较接近。2PRC的基本配置原理2.4硅灰在RPC中,硅灰主要有三个作用:①填充不同粒径颗粒间的孔隙;②由于硅灰具有良好的球形,能起到润滑作用,因此可提高RPC的流变特性;③硅灰具有高活性,能与Ca(OH)2发生二次水化反应。因此,选择硅灰时应考虑以下几个参数:活性SiO2的含量、颗粒聚集程度和颗粒粒径。通常,在RPC中硅灰与水泥的比例为0.25,这样,硅灰能发挥较好的填充作用,同时能最大限度地与水泥水化产物进行二次水化反应。2.5高效减水剂多使用减水率大于20%的高浓型高效减水剂,萘系或可溶性树脂高效减水剂均可,用量约为胶凝材料(水泥+掺合料)的2%。2.6钢纤维在RPC中,为提高其延性和韧性,需要掺入钢纤维,其直径约0.15mm,体积掺量为1.5%～3%。综合考虑其增强效应及经济性,选择2%的体积掺量较佳。3PRC基本性能根据组分和制备条件的不同,RPC分为RPC200和RPC800两个强度等级,其中RPC200的抗压强度170MPa~230MPa,而RPC800的抗压强度更是高达490MPa~705MPa,与钢材强度相近,其力学性能及耐久性比普通高性能混凝土(HighPerformanceConcrete,HPC)和普通混凝土(Ordi-naryConcrete,OC)有较大的提高,
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1比较了RPC、HPC和OC的主要力学性能和耐久性指标。表1 RPC、HPC与OC的主要力学性能与耐久性的比较由表可以看出,RPC不仅具有较高的抗压强度,而且由于混凝土内部孔隙率很小,所以有着优良的抗氯离子渗透、抗碳化、抗腐蚀、抗渗、抗冻及耐磨等耐久性。更为重要的是,掺加微细的钢纤维后能显著提高RPC的抗折强度和吸收能量的能力,RPC200的抗折强度达30MPa~60MPa,是HPC的6倍左右,其断裂能平均达30kJ/m2,而HPC的断裂能只有0·14kJ/m2,这就使RPC具有更好的抗震耗能能力。3PRC基本性能4RPC的发展和应用前景RPC具有极其优越的性能,可应用的领域也非常广泛。在土木工程领域中,随着我国高层建筑和大跨结构迅速增加,为RPC的开发应用提供了巨大的空间与市场,此外,在结构及桥梁的改造、特种结构工程的施工中,它也具有广阔的应用前景。从工程应用的角度来看,RPC在以下几个方面具有较好的发展和应用前景。(1)预应力结构和构件。预应力构件厂如果投入适量的资金,对部分设备进行改造,完全可以生产上述活性粉末混凝土预制构件。利用RPC的超高强度与高韧性,能生产薄壁、细长、大跨等新颖形式的预制构件,可大幅度缩短工期和降低工程造价。4RPC的发展和应用前景(2)钢—混凝土组合结构。众所周知,钢筋混凝土的最大缺点是自重大,一般的建筑中结构自重为有效荷载的8～10倍。而用无纤维RPC制成的钢管混凝土,具有极高的抗压强度、弹性模量和抗冲击韧性,用它制作高层或超高层建筑的结构构件,可大幅度减小截面尺寸和结构自重,增加建筑物的使用面积与美观。因此RPC钢管混凝土构件有着广阔的应用前景。(3)特殊用途的构件。RPC的孔隙率极低,具有超高抗渗性及良好的耐磨性,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,可以用于生产核废料储存容器和各种耐腐蚀的压力管和排水管道。这不仅可大大降低造价,而且可大幅度延长构件的使用寿命。另外,RPC的早期强度发展快,后期强度极高,用于补强和修补工程中可替代钢材和昂贵的有机聚合物,既可保持混凝土体系的有机整体性。还可降低工程造价。
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