谈活性粉末混凝土的质量控制

易 聃

(中铁三局集团有限公司，山西太原 030001)

混凝土的高性能化和高功能化是21世纪混凝土科学和工程技术发展的前进方向，活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)，是继高强、高性能混凝土之后，在20世纪90年代中期开发出来的力学性能、耐久性能、施工性能以及环保性能等都非常优越的一种新型水泥基复合材料，主要应用于桥梁工程等建筑结构。目前RPC已成为建筑工程材料领域一个新的研究热点。本文将对活性粉末混凝土的质量控制谈谈个人的一些看法。

1 活性粉末混凝土概述

活性粉末混凝土是由以优质石英砂或河砂为骨料，掺入大量超细活性粉末、水泥、高效减水剂和高强微细钢纤维等组分，通过优化配合比设计，经高温、加压养护等特定工艺制备而成的混凝土材料。由于其提高了组分细度和反应活性，减少了孔隙和界面缺陷，改善了微结构，提高了均质性，从而显著提高了混凝土的强度、韧性和耐久性。RPC的抗压强度可达200 MPa～800 MPa;抗拉强度可达20 MPa～50 MPa;弹性模量可达40 GPa～60 GPa;断裂韧性高达2 000 J/m2～40 000 J/m2，是普通混凝土的250倍，可与金属铝媲美;氯离子渗透性是高强混凝土的1/25，抗渗透能力极强;300次快速冻融循环后，试样未受损，耐久性因子高达100%;预应力RPC梁的抗弯强度与其自重之比接近于钢梁［1］。

RPC可以解决目前高强与高性能混凝土的抗拉强度不高、脆性大、体积稳定性不良等缺点，同时还可以解决钢结构的投资高、防火性能差、易锈蚀等问题。RPC的优越性能使其在建筑业、海洋业、交通业和环境保护业及军事设施等超高、超长、超深、超强和在各种侵蚀环境下使用的建筑物和构筑物工程施工中有着广阔的应用前景。RPC的主要技术指标见表1。

表1 RPC的主要技术指标

2 原材料和配合比质量控制

2.1 配制原理

众所周知，混凝土是由粗、细骨料和胶凝材料等混合而成的多相复合材料，其性能取决于水泥石、粗骨料及两者间界面结合的程度。研究表明，粗骨料与砂浆之间的过渡区是混凝土结构的薄弱环节，过渡区存在的应力集中、收缩应力和较低的粘结力是影响混凝土受力性能及耐久性的主要因素，改善其组成结构是提高混凝土性能的重要途径［2］。

RPC正是以上述研究为基础，对混凝土内部及过渡区作了改进，其基本配制原理如下:

1)选用优质石英砂或河砂为骨料，减小过渡区的范围，整体提高体系的匀质性;2)选用合适的水泥，掺入硅灰类等超细活性粉末，提高组分的细度，使体系内部填充更密实;3)选用高效减水剂减少用水量，降低水胶比，从而降低孔隙率;4)掺加高强微细钢纤维，提高了韧性和抗弯折强度;5)在凝固前和凝固期间加压，有效减少了气孔和化学收缩引起的孔隙，通过热养护或蒸汽养护来加速粉末的水化反应，强化水化物的结合力。

2.2 原材料选择

2.2.1 水泥

应选用低水化热和较低碱含量的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，避免使用早期强度高和C3A含量高的水泥。

2.2.2 复合掺合料

RPC用矿物掺合料应选用品质稳定的产品，矿物掺合料宜为硅灰与粉煤灰或矿渣粉的复掺，也可选用RPC专用复合掺合料。复合掺合料性能指标应符合表2的规定。

表2 复合掺合料性能指标

2.2.3 骨料

应采用级配稳定的石英砂或级配良好的中粗河砂。石英砂平均粒径应为0.25 mm左右，粒径范围限制在0.15 mm～0.60 mm之间，颗粒形状应为球形，其性能指标应符合表3的要求;采用河砂时，河砂细度模数为2.6～3.0，含泥量不大于1.0%，泥块含量不大于0.2%。

表3 骨料性能指标 %

2.2.4 钢纤维

钢纤维应采用高强度圆截面纤维，其性能指标应满足表4的要求。

表4 钢纤维性能指标

2.2.5 高效减水剂

应选用减水率大、增强效果好的化学外加剂，同时与所用水泥及复合掺合料的适应性能良好。其性能指标应符合表5的要求。

2.3 配合比设计

2.3.1 配制要求

配合比设计时应根据设计使用年限、环境类别及作用等级、设计强度等级等条件，依据有关规定选定材料力学性能指标与耐久性指标。

2.3.2 设计原则

1)选用低水化热和较低含碱量的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥;2)用低的拌和水量，水胶比应控制在0.2以下;3)掺入RPC专用复合掺合料;4)选用性能良好的高效减水剂。

表5 高效减水剂性能指标

3 施工质量控制

3.1 RPC的搅拌、运输及浇筑

1)应选用立轴行星式搅拌机拌和，搅拌速度应不低于45 r/min。2)在配制RPC拌和物时，复合掺合料和水泥称量应准确到±1%;骨料称量应准确到±1.5%;水和外加剂称量应准确到±0.5%。3)投料时，宜先投入粉体材料、砂和钢纤维进行预搅拌，然后加入液体材料再搅拌均匀，总搅拌时间不得短于7 min。4)搅拌完毕的混凝土拌合物坍落度宜控制在80 mm～120 mm。拌合物应在20 min内灌注完毕。5)运输设备采用斗车、吊斗等，运输距离一般不宜超过500 m，运输时间与静停时间累加不超过20 min，运输过程拌和物表面需覆盖，防止水分散失。6)拌和物浇筑宜从构件的一侧浇筑，逐步向另一侧移动。对于用量小于0.1 m3的单个构件，应一次浇筑成型。7)根据构件的结构形式与形状确定振捣方式;小型薄壁构件以台式振捣为主，辅助插入式振捣;复杂形状或大截面密配筋构件一般以插入式振捣为主、附着式振捣器为辅配合使用，钢筋密集部位宜加强侧振或采用小直径插入式振捣棒加强振捣。8)应一次装满模具，连续灌注，应具有良好的密实度。9)搅拌、运输、浇筑及构件静停应在10℃以上的环境下完成。混凝土入模温度宜控制在10℃ ～30℃。

3.2 RPC构件的拆模

拆模应注意不得损坏构件的外观并不得造成构件的主体损伤。采用拆模后蒸汽养护工艺时，拆模时同条件试件抗压强度不宜低于30 MPa，且成型结束至蒸汽养护开始时间不宜超过48 h。

3.3 RPC构件的养护

RPC构件的蒸汽养护制度应通过专门的试验确定，蒸汽养护结束后需自然养护，构件表层温度与环境温度之差不应超过20℃，当环境平均气温高于10℃时，应进行洒水养护，时间不应少于7 d。

［1］陈 健，刘红彬，贾玉丹，等.活性粉末混凝土的研究与应用［J］.工业建筑，2005(S1):43-44.

［2］朱清江.高强高性能混凝土研制及应用［M］.北京:中国建材工业出版社，1999.