RPC混凝土配合比试验研究

(重庆交通大学 土木工程学院　重庆　400074)

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete简称RPC)[1]是法国Bouygues公司在1993年研制出的一种强度高、韧性好、耐久性优异和体积稳定性良好[2]的新型水泥基复合材料，因其组分的反应活性而得名。配制RPC采用的主要原材料包括水泥、石英砂、硅灰、粉煤灰、钢纤维、高性能减水剂等[2-4]。相较于普通混凝土，RPC通过去除碎石子和添加外加剂的方式来达到使内部各组分更加密实的目的，从而提高其自身的力学性能。活性粉末混凝土是一种新型的混凝土材料，我国对RPC的研究尚未成熟。为了找出影响RPC材料强度的因素，本文通过9组RPC配合比实验来研究各组分对其抗压强度的影响。

一、材料和实验

(一)材料。实验准备期查阅相关文献[5-9]，本实验为了保证RPC的强度和考虑到水泥与高效减水剂的相容性最后选择质量稳定的P.O42.5硅酸盐水泥；级配石英细砂选用10～20目(830um～170um)，20～40目(830um～380um)，40～70目(约为 380～210μm)以及40～70目(约为 380～210μm)的风积沙；所选硅灰的SiO2质量分数为 85.72%，比表面积为24 200m2/kg；所用粉煤灰I级粉煤灰。比表面积6000cm2/g，SiO2质量分数57.6%；减水剂选用的是聚羧酸高性能减水剂(乳白色液体)，其减水率达30%。

(二)实验。将称量好的水泥、粉煤灰、硅粉、砂倒入橡胶桶中，用冲击钻进行搅拌直到混合物颜色均匀不再变化。再把外加剂掺入水里搅匀一起倒入橡胶桶，用冲击钻先慢速搅拌1分钟，再快速搅拌1分钟至其均匀，后将橡胶桶内材料分次加入搅拌机，边搅拌边加料，搅拌4分钟后停止，混合物呈流动状态。及时将拌合物填入100mm×100mm×100m的3联试模内，先倒一半进入试模，在振动台上振动7min后，在倒另一半入试模，继续振动7min，待表面泛浆，停止振动，将表面抹平后静置24 h后拆模并标号。抗压强度以《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GT/T50081)为标准，加载速率为0.8MPa/s—1.2Mpa/s。

二、实验结果分析

影响RPC强度的因素很多，水胶比的变化、各种外加剂的掺量的改变、养护方式等细微的差别都会导致实验结果的变化。本文列举出几组具有代表性的实验数据来分析各种因素对实验结果的影响。

表1　RPC配合比及实验结果

(一)水胶比对RPC强度的影响

前3组实验是针对水胶比对RPC强度的影响而设计的，通过实验数据可以发现水胶比是影响其抗压强度的重要因素之一。如图1所示，本组实验在水胶比由0.2上升至0.24的过程中，RPC试块的抗压强度从68.2Mpa下降到47.6Mpa，整体呈现出下降的趋势。在这段区间内，水胶比的提升对RPC的强度是不利的。在实验的过程中发现随着水胶比的提高，RPC的流动性会变好，但是通过实验数据发现RPC的强度明显降低，因此不能为了提高RPC的流动性而刻意将水胶比提高，使结果适得其反。在实际生产中应保证RPC有良好流动性的前提下来选择一个最优水胶比，这样不仅能方便施工，还能提高RPC的强度。

图1　水胶比对RPC强度的影响

第4组到第6组实验反映的是消泡剂对RPC抗压强度的影响。消泡剂的作用机理是以微粒的形式渗入到泡沫的体系中，当泡沫要产生时，存在于体系中的消泡剂微粒能迅速破坏气泡的弹性膜，抑制泡沫的产生，从而减少RPC的内部缺陷，使RPC达到内部致密的效果。本次实验选用粘稠度较低，PH值在7左右的消泡剂。如图2所示，当消泡剂/胶凝的含量为0.07%时，所得的立方体试块抗压强度较低，并且发现试块断裂面气泡很多(见图3)，显然消泡剂用量不足。在第4组的基础上把消泡剂/胶凝的含量提高了0.01%，从试块的轴压数据结果看出RPC的强度有了显著的提高，试块破坏面气泡数量相较第4组得到了明显的控制。在第6组实验是在第5组的基础上把消泡剂/胶凝的含量提高0.01%，可以看到RPC的抗压强度继续增强。

图2　消泡剂/胶凝对RPC强度的影响

图3　RPC试块表面气泡

最后3组实验考察的因素是99℃水浴时间对RPC混凝土抗压强度的影响。和普通混凝土一样，RPC配制后，之所以能逐渐凝结硬化，主要是因为水泥水化作用的结果，而水化作用则需要适当的温度和湿度条件。为了满足RPC水化过程需要的条件，我们对其进行水浴养护。通过水浴养护提供水化反应所需的湿度、温度，从理论上来说可以提高RPC的抗压性能。从表1的数据可以看出水浴对RPC的强度有直接的影响。不进行水浴的试块7天的强度能达到61.7Mpa。在水浴两个小时后，试块的强度有了一定的提升，但是并不明显。进行了3.5小时水浴的试块强度达到了92.5Mpa，相较第8组强度提升了近50%。

图4　99℃水浴时间对RPC强度的影响

三、结论

通过分析以上9组RPC配合比对比试验，我们可以得出以下结论。

1.在RPC配合比实验中，水胶比对RPC的强度影响较大。当水胶比在一定范围内变动时，RPC的抗压强度随水胶比的增加而提高。

2.消泡剂/胶凝对RPC抗压强度有着极大的影响。在一定范围内，RPC的性能随消泡剂/胶凝掺量的提高而提高。通过数据分析发现消泡剂消泡剂/胶凝对实验结果的影响十分敏感，当其含量增加0.01%个单位时，RPC的抗压强度有了质的飞跃。在次证明RPC拥有超高的力学性能的主要原因是因为其内部结构致密。在后续实验中要提高RPC的性能必须要减少RPC内部缺陷，并增加其内部结构的密度。

3.从第7到第9组实验结果，我们看到水浴时间对RPC的力学性能影响十分显著。在同种配合比下，把RPC试块放置浴99℃水浴中3.5个小时，其抗压强度提升了50%。可见99℃水浴对活性粉末混凝土的强度提升是有利的；并在一定范围内，RPC的抗压强度会随水浴时长的延长而增加。足见RPC的养护过程对于提高RPC自身的强度是极为重要的环节，在后续的配合比实验中要引起重视。