活性粉末混凝土（RPC）预混合配料技术的研究

李崇栩　　詹国良　　陈泽灵　　郑楚茂　　叶门康

（广东华隧建设股份有限公司）

活性粉末混凝土（RPC）预混合配料技术的研究

李崇栩詹国良陈泽灵郑楚茂叶门康

（广东华隧建设股份有限公司）

活性粉末混凝土（RPC）作为一种由多组分构成的水泥基复合材料，从理论上说，其原料混合的均匀性对强度起着重要作用。为使RPC的力学性能达到最佳值，本文研究了不同粉料预混方式对RPC强度的影响。试验结果表明，球磨机预混方式和混料机预混方式可提高RPC的抗压强度，但对抗折强度效果不明显。并对不同预混方式的粉料进行颗粒分析，以探索其作用机理。

活性粉末混凝土；预混；强度；颗粒分析

活性粉末混凝土（RPC）是由世界最大的营造公司之一法国布伊格（Bouygues）公司以Pierre Richard为首的研究小组在1993年率先研发成功的一种超高强、高韧性、高耐久性、体积稳定性良好的水泥基复合材料［1，2］。RPC材料目前达到的抗压强度为170～810MPa，抗折强度为30～140MPa，断裂能为1200～40000 J/m2，弹性模量为50～75GPa。目前，国际上的RPC材料有两大系列，一是RPC200，二是RPC800。RPC800的性能已能与金属材料媲美，但其生产工艺复杂，能耗高，难以实现工程化和产业化，相比之下RPC200则显示出更美好的发展前景［3-5］。

超细硅灰的掺入，使得水泥基复合材料具有了较高的颗粒填充密实度，而硅灰本身较高的火山灰效应和填充效应也极大地提高了所得成品的强度和其他工作性能。但是由于各种生产原料的比重颗粒尺寸相差较大，制备过程中的搅拌难以将它们充分混合均匀。原料粉体分散不均匀，会引起局部产物化学成分有较大的变化以及微观结构的变化，从而导致产品的强度，尤其是抗折强度下降，造成不必要的强度损失。因此本文就原料预混合对RPC混凝土性能的影响进行了探索性的研究。

表1　水泥化学组成

表2　水泥物理性质

1　原材料及试验方法

1.1原材料

水泥：广州珠江水泥厂的粤秀牌P.Ⅱ42.5的硅酸盐水泥，其化学成分及物理性能见表1、表2；硅灰：挪威埃肯硅灰，该硅灰颜色在浅灰色与深灰色之间，密度2.2g/cm3左右，堆积密度一般在200～350kg/m3。硅灰的比表面积介于18000～22000m2/kg（采用氮吸附法即BET法测定）；石英砂的粒径范围0.25～0.65mm，表观密度2.62g/cm3。；高效减水剂：RJ-DH3日本触媒公司的聚羧酸类高效减水剂；水：试验室自来水。

1.2试验方法

1.2.1试件成型与养护

RPC的配合比（所用材料的用量均以质量计，除特别说明外，下同）见表3。先将称量好的硅灰、水泥和石英砂干拌3min；再将称好的高效减水剂溶入水中加入，搅拌3min；搅拌完毕后，装模。本试验采用40mm× 40mm×160mm试模，装模时分两层装，装完第一层后在水泥胶砂振动台上振动120次后装第二层，全部装完后再在水泥胶砂振动台上振动120次刮平成型［6］。试件成型后带模放入温度20±2℃、湿度大于90%的标准养护箱中养护，24h后拆模，然后放入80±5℃的蒸汽中养护2d，取出冷却至室温后测其抗折强度和抗压强度。

表3　 RPC配合比

1.2.2强度测试

强度测试参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO）法》，采用济南试金集团有限公司济南试验机厂制造的WEW-600B微机屏显液压万能试验机和美国英斯特朗公司的Instron 5567型万能试验机进行。

1.2.3颗粒粒度分析

采用美国APS-100粒度分析仪对不同预混方式的粉料进行颗粒粒度分析。

2　试验结果与讨论

本文先后考察了不同预混方式——无预混方式、混料机预混方式、球磨机预混方式，以期获得原料的最佳均匀分散效果。无预混方式即不对原料进行预混，混料机预混方式是采用咸阳金宏通用机械有限公司的VH55型V型混合机对原料进行混合，球磨机预混方式是采用上海市新建机器厂制造的3M05型 Φ500mm×500mm试验球磨机对原料进行短时间混合。三种预混方式按上列次序依次记为I、II、III。

图1为VH55型V型混合机的照片；图2为球磨机预混方式所采用3M05型Φ500mm×500mm试验球磨机的照片，球磨机采用的研磨体材料为高耐磨合金钢，研磨体的尺寸、个数与质量详见表4。

图1　 VH55型V型混合机

图2　 3M05型球磨机

表4　研磨体的规格、个数与质量

不言而喻，预混方式III对物料施加的剪切和挤压力最大，虽然可能达到较好的混合效果，但也可能会改变原物料的粒径分布。为此试验使用粒度分析进行了考察。图3和图4是混料机混料5min的粒度曲线和球磨机混料5min的粒度曲线。

图3　混料机混料5min的粒度曲线

图4　球磨机混料5min的粒度曲线

由图可见，无论是混料机混料还是球磨机混料，颗粒组成都是在1μm～1000μm之间，都具有双峰分布，第一个峰代表粉末细颗粒，第二个峰代表砂子粗颗粒。两种工艺的细颗粒峰值没有变化，但球磨混料细颗粒峰面积增大了，而第二个峰值向小粒径移动，而且峰面积减小了，这说明经过短时间球磨混合后，细颗粒有所增多、粗颗粒有所减少。确切地说，对于预混方式II而言，其粒度分析测得的表面积平均粒径为22.68um，体积平均粒径为185.36um；而对于预混方式III而言，其表面积平均粒径为19.18um，体积平均粒径为102.36um。这说明，一些粗大的砂粒在球磨过程中，被进一步粉碎，导致了平均粒径的减小。

为了研究以上三种预混方式对水泥基复合材料性能的影响，在相同配合比的前提下，分别成型了不同预混方式的试件，并进行强度测试。三种预混方式的强度试验结果如图5所示。通过搅拌后的胶结料的强度值，发现三种预混方式的增强效果排序如下：球磨机预混方式＞混料机预混方式＞无预混方式。

图5　不同预混方式的强度结果值

如图5所示，对于抗折强度而言，三种预混方式的试验结果差别不大；对于抗压强度，球磨机预混方式的最好，混料机预混方式的其次，无预混方式的最差，球磨机预混方式和混料机预混方式的差不多，但都明显优于无预混方式的。这说明混料机预混方式还是提高了物料的均匀性，因此其抗压强度要大于无预混方式的。而球磨机预混方式不仅改善了物料的均匀性，而且在一定程度上是将颗粒细化了，尤其是“粗颗粒”砂，并非单纯的混合处理。虽然粉磨可以进一步提高粉料的分散均匀性，但粉磨也会带来表面积增大，需水量增加，从而导致水灰比增大，强度有所下降，部分地抵消了提高粉料的分散均匀性所导致的强度增长，这就是球磨机预混方式和混料机预混方式力学性能差别不大的原因。

3　结论

⑴在相同配合比和投料次序的前提下，研究了三种粉料预混方式对RPC强度的影响。试验结果表明，球磨机预混方式和混料机预混方式可提高RPC的抗压强度，但对抗折强度效果不明显。

⑵颗粒分析表明，球磨机预混后，物料的平均粒径减小，因此球磨机预混方式不仅改善了物料的均匀性，而且在一定程度上将颗粒细化了，尤其是“粗颗粒”砂，而并非单纯的混合处理。●

［1］Richard P，Cheyrezy M.Composition of reactive powder concrete［J］.Cem Concr Res，1995，25（7）：1501-1511.

［2］Richard P.Reactive powder concrete：a new ultra-high-strength cementitious materials［A］.The 4th InternationalSymposiumonUtilizationofHigh Strength/HighPerformanceConcrete［C］，Paris，1996. 1343-1349.

［3］Bonneau O，Lachemi M，Dallaire E.Mechanical properties and durability of two industrial reactive powder concretes［J］.ACI Mater J，1997，94（4）：286-290.

［4］Dugat J，Roux N，Bernier G.Mechanical properties of reactive powder concrete［J］.Mater Struct，1996，29（4）：233-240.

［5］Bonneau O，Poulin C，Dugat J.Reactive powder concretes：from theory to practice［J］.Concrete International，1996，18（4）：47-49.

［6］林东，西晓林，房满满，文梓芸.硅灰预处理对高性能水泥基材料力学性能的影响及其机理［J］.华南理工大学学报（自然科学版），2008（11）：138-142.