摘 要 采用掺入塑性膨胀剂和普通膨胀剂的配制技术设计出了一种活性粉末混凝土配合比。该活性粉末混凝土的性能指标满足设计要求，由于降低了钢纤维的掺量，其材料成本较不掺膨胀剂混凝土每1 m3可降低100多元。通过延长干拌时间和湿拌时间以及成型后及时将试件放入初养护室内养护等生产工艺，有效解决了掺膨胀剂混凝土抗折强度波动大的问题。同时通过养护时在电缆槽盖板试件上覆盖一层塑料薄膜，解决了试件外观易形成白色斑点的缺陷。
关键词 工程材料;活性粉末混凝土;现场试验;强度;耐久性;生产工艺;膨胀剂;钢纤维;混凝土配合比
活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，简称RPC)因具有良好的力学性能，现已在港口、抗震抗爆结构、铁路、机场、港湾、码头、隧道、矿井壁、水利水电等重要工程中得到大量应用［1-5］。
由于对RPC的配制技术研究尚不深入，导致其材料成本较高，使得RPC推广应用困难。例如抗压强度为130 MPa的 RPC成本一般都在2 000元/m3以上。RPC高成本的原因主要在于钢纤维掺量较高，而钢纤维的价格又是RPC原材料中最高的，达到了8 000元/t以上。为此，开展了既能使RPC活性粉末混凝土性能指标满足抗压强度130 MPa、抗折强度18 MPa、弹性模量48 GPa、电通量40 C和抗冻性F600，又能有效降低生产成本及控制产品质量的研究。
①P.O 42.5级普通硅酸盐水泥:28 d抗折强度7.6 MPa，28 d抗 压 强 度 46.2 MPa，比 表 面 积340 m2/kg;②S95级矿渣粉:烧失量2.06%，流动度比100%，28 d活性指数96%，比表面积440 m2/kg;③92级半加密硅灰:需水量比115%，28 d活性指数92%，SiO2含量92.50%，比表面积23 000 m2/kg;④UEA型普通膨胀剂;⑤塑性膨胀剂;⑥石英砂:粒径0.841～0.420 mm粗砂、0.420～0.210 mm中砂和 0.210～0.125 mm细砂3种规格，SiO2含量98.22%;⑦钢纤维:直径0.22 mm，长径比60;⑧聚羧酸高性能减水剂:固含量24.2%，减水率35.0%。
将一定质量的干燥的水泥、硅灰、矿渣粉、UEA型膨胀剂、石英砂、塑性膨胀剂和钢纤维等倒入搅拌机中干拌3 min，再将聚羧酸减水剂和水倒入搅拌机中湿拌3 min，搅拌时间合计为6 min;将拌好成型的混凝土装入规格为 100 mm×100 mm×100 mm，100 mm×100 mm×400 mm，150 mm×150 mm×300 mm 的试模中，通过振动台振动密实2 min;将试件放在45℃初养室中养护22 h，降温2 h拆模，然后放在80℃的终养室中蒸汽养护2 d，取出试件降至室温后按《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081—2002)［6］和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082—2009)［7］方法进行抗压强度、抗折强度、弹性模量、电通量和抗冻性等试验。从100 mm×100 mm×100 mm混凝土试件上用铁锤敲击得到尺寸较均匀的5 mm小碎块进行孔隙率测试。
钢纤维均匀分布在混凝土中起承托骨架的作用，可降低混凝土表面泌水及离析，并减少混凝土早期微裂纹的产生;若钢纤维的体积掺量大于某一临界值，混凝土材料破坏时钢纤维可继续承受较高的荷载并产生较大的变形，直到钢纤维被拉断或从水泥石基体中被拨出［8-11］。因此与普通混凝土相比，钢纤维混凝土具有较高的抗拉与抗弯极限强度。
基于钢纤维对早期混凝土的作用机理，掺入一定量的塑性膨胀剂来抑制混凝土早期干缩微裂缝及离析裂纹的产生与发展，同时掺入一定量的普通膨胀剂补偿混凝土水化过程中产生的化学收缩，起到降低其孔隙率的作用。这种方法能利用这2种膨胀材料的协同作用代替一部分钢纤维的功能，从而有效降低钢纤维的掺量。
基于此，设计了3种 RPC活性粉末混凝土配合比，见表 1，石英砂按粗砂∶中砂∶细纱 =16∶68∶16比例掺配使用。
表1 RPC活性粉末混凝土配合比 kg/m3
编号 水泥 矿渣粉 硅灰 UEA 型膨胀剂 石英砂 钢纤维 水 减水剂 塑性膨胀剂1 720 100 200 1 120 110 143 26.5 2 720 100 200 1 120 90 143 26.5 3 700 50 200 70 1 120 90 143 26.5 0.5
3种RPC活性粉末混凝土配合比的试验结果见表2。可知:当不掺膨胀剂时，随着钢纤维掺量的降低混凝土的抗压强度和抗折强度均会降低，且钢纤维掺量为90 kg/m3时混凝土的力学性能不能满足设计要求;在钢纤维掺量为90 kg/m3的基础上同时掺入塑性膨胀剂和普通膨胀剂可有效提高混凝土的力学性能，使RPC性能指标达到设计指标要求。相比不掺膨胀剂混凝土而言，同时掺入2种膨胀剂混凝土在达到同样设计指标要求的前提下，可节约钢纤维掺量20 kg/m3，折合成混凝土成本每1 m3可降低100多元，故编号3为最佳RPC活性粉末混凝土配合比。
表2 RPC活性粉末混凝土性能试验结果
编号 坍落度/mm抗压强度/MPa抗折强度/MPa弹性模量/GPa电通量/C 600次冻融循环相对动弹性模量/% 质量损失率/%1 180 139.9 19.6 50.1 35.5 92.1 1.2 2 190 126.3 16.7 3 180 138.5 18.9 49.3 37.6 89.4 1.6
采用美国 Micromeritics公司生产的 AutoPore IV 9500型压汞测定仪测定RPC内部水泥石的孔结构。掺2种膨胀剂RPC中水泥石的微分进汞曲线如图1所示。可知:RPC不仅孔隙较少，且多为小孔。这是由于高性能减水剂使得混凝土用水量大大减少，且塑性膨胀剂抑制了早期混凝土的收缩。
图1 掺2种膨胀剂RPC中水泥石的微分进汞曲线
压汞试验结果测得掺2种膨胀剂活性粉末混凝土的孔隙率仅为6.91%(结果是测试时自动给出的)，表明其内部结构均非常致密，几乎没有孔洞。
在电缆槽盖板实际生产中，发现掺2种膨胀剂的活性粉末混凝土干拌和湿拌时间均需比不掺膨胀剂的搅拌时间各延长1 min，否则混凝土的抗折强度会出现较大的波动。这可能是由于搅拌时间不足导致了膨胀剂在混凝土中分散不均匀。
掺2种膨胀剂的活性粉末混凝土成型后要在2 h时间内及时放入初养护室内养护，否则活性粉末混凝土的抗折强度也会出现较大波动。这可能是由于混凝土放置在干燥环境中引起的干燥收缩超出了塑性膨胀剂的补偿收缩造成的。
电缆槽盖板养护后容易在其表面形成白色斑点。其形成原因主要是养护时盖板与高温水蒸气直接接触，在盖板表面形成Ca(OH)2溶解结晶。解决该缺陷的办法是在盛放试件的铁架外表面覆盖一层塑料薄膜，隔绝试件与水蒸气直接接触。
1)通过分析钢纤维在混凝土中的作用机理，采用掺入塑性膨胀剂和普通膨胀剂的配制技术设计出了1种最佳RPC活性粉末混凝土配合比。该活性粉末混凝土的性能指标满足设计要求，且材料成本较不掺膨胀剂混凝土每1 m3可降低100多元。
2)通过改进干拌时间和湿拌时间，以及成型后及时将试件放入初养护室内养护等生产工艺，有效解决了掺膨胀剂混凝土抗折强度波动大的质量问题。同时通过养护时在电缆槽盖板试件上覆盖一层塑料薄膜的工艺措施，隔绝了试件与水蒸气直接接触，解决了试件外观易形成白色斑点的缺陷。
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Proportion and Application of RPC130 Reactive Powder Concrete
SUN Jianxin
(China Railway 19th Bureau Group Co.，Ltd.，Beijing 10076 ，China)
Abstract A kind of mix proportion of reactive powder concrete was designed and proposed by using mixing technology of the plastic expansion agents and the ordinary expansion agents，the performance of which meets the design requirement，and the material cost can reduce more than ¥ 100 per cubic meter compared with the materials with no concrete expansive agents mixing because the steel fiber proportion reduces.Such problem as the large fluctuations of the flexural strength of concrete with expansion agent mixing was effectively solved by a series of improved production processes including prolonging the dry and wet mixing time，putting the specimen into early curing room for maintenance timely after forming，etc.In addition，the quality defects of white spots formation in specimen appearance were solved by covering with a layer of plastic film on cable trough plate specimen in curing stage.
Key words Engineering material;Reactive powder concrete;Field test;Strength;Durability;Production process;Expansive agent;Steel fiber;Concrete mix proportion
中图分类号 TU528.59
文献标识码： A DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2017.09.37
文章编号:1003-1995(2017)09-0148-03
(责任审编 刘 莉)
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