活性粉末混凝土耐久性研究

第一章  緒  論

　　隨著社會(huì)科技得告訴發(fā)展，混泥土技術(shù)也得到了廣大發(fā)展，高性能混泥土的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。然而，材料具有優(yōu)異的性能不僅取決于其組分的質(zhì)地，還要取決于另外一個(gè)關(guān)鍵因素：致密，均勻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。作為非勻質(zhì)多孔的混泥土材料，其性能的提高更有賴于其勻質(zhì)性的改善和孔隙率的降低⑴?；钚苑勰┗炷嗤粒≧eactive Powder Contrete，縮寫為RPC）是續(xù)高強(qiáng)度，高性能混泥土之后，于二十世紀(jì)末由法國(guó)布伊格（Bouygues）公司研究成功的一種超高強(qiáng)、低脆性、耐久性優(yōu)異并具有廣闊應(yīng)用前景的新型超高強(qiáng)混泥土。它是由級(jí)配良好的石英細(xì)砂（不含粗骨料）、水泥、石英粉、硅粉、高效減水濟(jì)等組成，為了提高RPC的韌性和延性可加入鋼纖維⑵。在RPC的凝結(jié)、硬化過(guò)程中可采取適當(dāng)?shù)募訅?、加熱等成型養(yǎng)護(hù)工藝。由于其成分中粉末的含量和活性的增加而被稱為活性粉末混泥土。1998年8月，在加拿大召開的高性能混泥土及活性粉末混泥土國(guó)際研討會(huì)上，就RPC的原理、性能和應(yīng)用進(jìn)行了廣泛而深入的討論。與會(huì)專家一致認(rèn)為：作為一類新型混泥土，RPC具有廣泛的應(yīng)用前景⑶。
　　在這短短的幾年里，活性粉末混泥土在國(guó)際上得到了廣泛的應(yīng)用。法國(guó)一核電站采用活性粉末混泥土為冷卻系統(tǒng)生產(chǎn)了2500多根大小梁（耗用混泥土823m3）、生產(chǎn)了打量核廢料儲(chǔ)存容器；在加拿大Shwrbrooke建造了一座跨徑60m、供行人和自行車通行的橋梁，以抵抗當(dāng)?shù)囟玖阆?0度反復(fù)灑除冰鹽的嚴(yán)酷環(huán)境條件的侵蝕。通過(guò)這些工程應(yīng)用，初步顯示出活性粉末混泥土良好的使用性能、簡(jiǎn)便的生產(chǎn)和施工工藝，因而具有廣闊的發(fā)展前景⑷。不過(guò)在國(guó)內(nèi)，活性粉末混泥土還在研究階段，真正被用在工程上的很少。在深圳，道路上的鑄鐵井蓋被盜現(xiàn)象嚴(yán)重，考慮用活性粉末混泥土做成雨水井蓋代替鑄鐵雨水井蓋是一個(gè)很有意義的課題?；钚苑勰┗炷嗤辆哂腥绱酥叩目箟骸⒖拐蹚?qiáng)度可以有效地減少結(jié)構(gòu)物地自重，而且由于較高的密實(shí)性使它的滲透性降低，其耐久性也得到了保證。所以，活性粉末混泥土是做雨水井蓋的一種理想材料。
　　與普通混泥土相比較，活性粉末混泥土可以減少材料用量，降低建筑成本，節(jié)約資源，減少生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工能耗。采用活性粉末混泥土將對(duì)改善和保護(hù)人類環(huán)境作出巨大的貢獻(xiàn)。

1.1 RPC的配制原理

a　應(yīng)用消除缺陷的指導(dǎo)思想選擇骨料品種

　　在普通混泥土中，水泥石和集料的彈性模量不同，當(dāng)應(yīng)力、溫度發(fā)生變化時(shí)，致使界面處形成細(xì)微的裂縫；另外，在混泥土硬化前，水泥漿體中的水分向集料表面遷移，在集料的表面形成一層水膜，從而在硬化的混泥土中留下細(xì)小的縫隙；此外，漿體泌水也會(huì)在集料下表面形成水囊。因此，混泥土在承受荷載作用以前，界面就充滿了微裂縫。收到荷載作用以后，在水泥石與骨料的界面上出現(xiàn)剪應(yīng)力和拉應(yīng)力，隨著應(yīng)力的增長(zhǎng)，微裂縫不斷擴(kuò)展并伸向水泥石，最終導(dǎo)致水泥石的斷裂。為了盡量減少微裂縫和孔隙等缺陷，在配置RPC時(shí)剔除了普通混泥土中所采用的粗骨料（碎石，卵石等），而采用最大粒徑小于600um，平均粒徑為250um的細(xì)石英砂，可以取得以下三方面效果：
（1）減小內(nèi)部微裂縫寬度。混泥土收到荷載作用后，微裂縫寬度和被水泥漿包圍的顆粒直徑成正比；在RPC中，顆粒的直徑減小了50倍，可以極大地減小由力學(xué)（外荷載）、化學(xué)（內(nèi)收縮）、加熱養(yǎng)護(hù)（由于砂漿和骨料的膨脹率不同）引起的微裂縫的寬度。
（2）改善水泥石的力學(xué)性能。RPC的楊氏模量超過(guò)50GPa，在其最密實(shí)狀態(tài)時(shí)可達(dá)到75GPa，水泥石和骨料的整體彈性模量稍微小于骨料的彈性模量，大大減小不均勻性的影響。
（3）降低骨料在總體積中所占的比例。在RPC中，水泥漿體積比松堆砂子的孔隙要大20％左右，砂子在RPC中不能構(gòu)成骨架，而只是一種被水泥漿體包裹的、含有缺陷的混合物，砂子會(huì)隨著水泥漿的收縮而移動(dòng)，因此砂子與水泥漿之間不會(huì)產(chǎn)生裂縫。

b　采用最大密實(shí)理論模型選擇材料直徑

　　對(duì)粉末堆積的研究表明（1），當(dāng)大小均勻的球形顆粒粉末倒入容器時(shí)，即使進(jìn)行面心立方或六方密堆排列，堆積密度也較低，一般小于74％。通過(guò)振動(dòng)可以提高堆積密度，但即使采用最仔細(xì)的振動(dòng)方式，最高振實(shí)密度也只能達(dá)到62.8％。為了提高堆積密度，常在較大的均一的顆粒之間加入細(xì)小的顆粒，先是粒徑最大的球體堆積成最密填充，剩下的孔隙依次由小直徑的球體填充下去，使球體間的孔隙減小，從而達(dá)到最大密實(shí)狀態(tài)。
　　在制備RPC時(shí)，盡量選用本級(jí)顆粒的粒徑變化范圍較小，而與相鄰粒級(jí)的平均粒徑差比較大的材料。如選用粒徑范圍在150～600um之間，平均粒徑為250um的石英砂；粒徑范圍為80～100um的水泥；平均粒徑為0.1～0.2um的硅灰。
　　此外，提高密實(shí)度和抗壓強(qiáng)度的另一種有效的途徑是在新拌混泥土凝結(jié)前和凝結(jié)期間加壓。這一措施有三方面的效果：其一，加壓數(shù)秒就可以有效地消除或減少氣孔；其二，當(dāng)模板有一定滲透性時(shí)，加壓數(shù)秒可將多余的水分自模板間隙中派出；其三，如果在混泥土凝結(jié)期間始終保持一定壓力，可以消除由于材料化學(xué)收縮引起的部分孔隙。

c　摻入微鋼纖維增大RPC韌性

　　未摻鋼纖維的RPC收壓應(yīng)力應(yīng)變曲線呈線彈性變化，破壞時(shí)呈明顯的脆性破壞。摻入鋼纖維可以提高韌性和延性。RPC200中摻入鋼纖維直徑約為0.15mm，長(zhǎng)度為3～12mm，體積參量為1.5％～3.0％。對(duì)于在250℃以上溫度養(yǎng)護(hù)的RPC800,其力學(xué)性能（抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度）的改善是通過(guò)摻入更短（長(zhǎng)度小于等于3mm）且形狀不規(guī)則的鋼纖維來(lái)獲得。

1.2　RPC的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

　　國(guó)外對(duì)RPC 配制技術(shù)的研究已較成熟,其中包括對(duì)RPC的材料、配比、養(yǎng)護(hù)條件、耐久性和強(qiáng)度等方面進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究,結(jié)果表明由于RPC 具有較好的勻質(zhì)性及密實(shí)度,其抗壓強(qiáng)度和耐久性均有較大幅度地提高,并研究了養(yǎng)護(hù)條件對(duì)RPC 力學(xué)性能的影響,以確定合適的養(yǎng)護(hù)條件;以及對(duì)RPC 的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,揭示其高強(qiáng)度及高耐久性的工作機(jī)理;并對(duì)RPC制成的放射性核廢料儲(chǔ)藏容器的性能進(jìn)行了研究,指出RPC 不但能夠防止放射性物質(zhì)從內(nèi)部泄漏,而且能夠抵御外部侵蝕性介質(zhì)的腐蝕,是制備新一代核廢料儲(chǔ)存容器的理想材料。另外,由于它的良好耐磨性能和低滲透性,可以用于生產(chǎn)各種耐腐蝕的壓力管和排水管道。目前,國(guó)外對(duì)RPC 的研究重點(diǎn)已由基本性能轉(zhuǎn)到了構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法上,以求將這種超高性能混凝土盡快在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中推廣,相關(guān)工作正在進(jìn)行,還沒(méi)有形成系統(tǒng)的研究成果,更沒(méi)有涉及到RPC結(jié)構(gòu)的抗震及抗火性能。
　　RPC 在國(guó)外已有不少工程實(shí)例,主要制品包括:法國(guó)BOUYGUES公司與美國(guó)陸軍工程師團(tuán)合作，進(jìn)行了RPC制品的實(shí)際生產(chǎn)。F·de LARRARD提出基于最大密實(shí)度理論的固體懸浮模型（SSM），進(jìn)行了RPC配合比設(shè)計(jì)。美國(guó)CPAR計(jì)劃及法國(guó)與美國(guó)陸軍工程師團(tuán)合作生產(chǎn)的RPC制品包括：大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁、壓力管道及放射性固體廢料儲(chǔ)存容器。預(yù)應(yīng)力混凝土梁中由RPC材料承受剪切力，可完全取消附加的抗剪配筋，而且可以減少梁的截面和配筋量；采用RPC的壓力管道提高了工作壓力，而且大大增強(qiáng)了對(duì)侵蝕性介質(zhì)的抗侵蝕能力；用RPC制備的固體肥料儲(chǔ)存容器可長(zhǎng)期儲(chǔ)存中、低放射性肥料，其使用壽命可高達(dá)500年。法國(guó)某核電站的冷卻系統(tǒng)采用RPC 生產(chǎn)了2500 多根預(yù)制梁,耗用混凝土823m³ ,同時(shí)還生產(chǎn)了大量核廢料儲(chǔ)存容器。加拿大在對(duì)RPC 配合比研究的基礎(chǔ)上,94 年開始進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn),研究了無(wú)纖維RPC 鋼管混凝土,并用于加拿大魁北克省70米跨的Sherbrooke 人行混凝土桁架橋上。橋構(gòu)件采用30mm厚無(wú)纖維RPC 橋面板、直徑150mm 的預(yù)應(yīng)力RPC 鋼管混凝土桁架、纖維RPC 加勁肋和纖維RPC 梁,整個(gè)結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝,見圖1 。由于采用了RPC ,不僅大大減輕了橋梁結(jié)構(gòu)的自重,同時(shí)提高了橋梁在高濕度環(huán)境、除冰鹽腐蝕與凍融循環(huán)作用下的耐久性能。

　　國(guó)內(nèi)近幾年才開始RPC 的研究,目前還沒(méi)有工程應(yīng)用實(shí)例。與國(guó)外采用水泥- 硅粉兩組分膠凝材料不同,國(guó)內(nèi)研究者結(jié)合我國(guó)HPC 的制備技術(shù)及經(jīng)驗(yàn),選擇了水泥- 粉煤灰- 硅粉三組分膠凝材料體系。文獻(xiàn)對(duì)RPC 的基本性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的試驗(yàn),主要考察了水膠比、粉煤灰、硅粉和鋼纖維摻量對(duì)RPC 流動(dòng)性和強(qiáng)度的影響,同時(shí)對(duì)養(yǎng)護(hù)溫度、養(yǎng)護(hù)時(shí)間、凝結(jié)時(shí)間和開始熱養(yǎng)護(hù)時(shí)刻對(duì)RPC 強(qiáng)度的影響進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明: 粉煤灰的加入, 在極低水膠比(0.16)的條件下,使混凝土工作度與成型密實(shí)程度得到明顯改善,通過(guò)適當(dāng)時(shí)間的熱養(yǎng)護(hù)處理,可以獲得與水泥—硅粉兩組分膠凝系統(tǒng)相當(dāng)強(qiáng)度和其他性能的效果。為將RPC 實(shí)際應(yīng)用,進(jìn)一步開展了攪拌設(shè)施、高頻振搗與脫模劑的試驗(yàn)研究,發(fā)展RPC 的原材料選擇、制備技術(shù)及生產(chǎn)工藝,這是它能夠在短短幾年里就在國(guó)外工程建設(shè)領(lǐng)域里獲得應(yīng)用的關(guān)鍵。
　　文獻(xiàn)對(duì)RPC 的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)研究,并與HPC和OC 進(jìn)行了比較,結(jié)果表明:RPC 的極限壓應(yīng)變?yōu)镠PC 的2～3 倍。從結(jié)構(gòu)抗震角度來(lái)看,這比具有極高的抗壓強(qiáng)度更為重要。在具有相同抗彎能力的前提下,采用RPC 結(jié)構(gòu)重量?jī)H為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的1/ 2～1/ 3 ,大大減輕了結(jié)構(gòu)自重;同時(shí),在未經(jīng)加壓成型、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下,其抗壓強(qiáng)度仍可達(dá)170MPa～230MPa。
　　總體上講，我國(guó)在超高強(qiáng)混凝土的研究與應(yīng)用方面與國(guó)際上的差距還不小，其中的原因主要有以下幾點(diǎn)：
（1）國(guó)產(chǎn)的減水劑質(zhì)量差。高效減水劑是配制高強(qiáng)混凝土必不可少的成分，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到混凝土的性能。目前國(guó)產(chǎn)萘系合成高效減水劑減水率為18～22％，普通減水劑為8～10％，而日本產(chǎn)的聚丙烯酸系高效減水劑減水率高達(dá)35％，普通型達(dá)15％。當(dāng)減水劑的減水率超過(guò)30％時(shí)，只用高效減水劑及普通硅酸鹽水泥即可配制C100以上的超高強(qiáng)混凝土。因此，研制優(yōu)質(zhì)的高效減水劑對(duì)我國(guó)超高強(qiáng)混凝土技術(shù)的發(fā)展時(shí)極其重要的。
（2）高標(biāo)號(hào)水泥應(yīng)用較少。提高水泥標(biāo)號(hào)，混凝土強(qiáng)度可隨之提高，而我國(guó)生產(chǎn)高標(biāo)號(hào)水泥的技術(shù)水平有限，目前配制高強(qiáng)混凝土主要使用525號(hào)水泥，625號(hào)以上的水泥很少采用，限制了混凝土強(qiáng)度的提高。
（3）高強(qiáng)混凝土的脆性較為嚴(yán)重，影響了它在工程中的應(yīng)用。從文獻(xiàn)^［4］可知，在RPC中摻加鋼纖維或用鋼管對(duì)RPC施加側(cè)向約束，可使RPC的極限應(yīng)變達(dá)到普通混凝土的2～3倍，有效地解決了高強(qiáng)混凝土脆性嚴(yán)重的問(wèn)題，尤其是鋼管約束的方法，必要時(shí)還可施加沿鋼管軸線方向的預(yù)應(yīng)力，不僅效果好，而且價(jià)格低廉，非常適合在工程實(shí)踐中推廣應(yīng)用。
（4）硅灰價(jià)格昂貴，使利用硅灰配制超高強(qiáng)混凝土的方法在工程應(yīng)用中受到限制，因此，尋找價(jià)廉質(zhì)優(yōu)的活性摻料來(lái)替代硅灰，就顯得十分重要。
（5）養(yǎng)護(hù)制度不完善，影響了混凝土強(qiáng)度的提高及其應(yīng)用。文獻(xiàn)研究指出:熱養(yǎng)護(hù)有利于提高RPC 的抗壓強(qiáng)度,對(duì)相同配比的RPC,高溫(250 ℃) 養(yǎng)護(hù)的混凝土抗壓強(qiáng)度最高,熱養(yǎng)護(hù)(90 ℃) 次之,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)最低,相差達(dá)30MPa 以上,而且養(yǎng)護(hù)制度對(duì)不同摻合料混凝土的強(qiáng)度影響也不同。目前,工程實(shí)踐中由于技術(shù)水平及價(jià)格等因素的限制,對(duì)養(yǎng)護(hù)制度的重視普遍不足,這對(duì)超高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度及耐久性提高十分不利,在今后的研究與應(yīng)用中應(yīng)給予足夠的重視。

1.3　RPC應(yīng)用與研究中存在的問(wèn)題

　　為了降低RPC的生產(chǎn)成本及改善其工作性能，摻入粉煤灰后RPC拌合物的流動(dòng)度有較大的提高，但在摻入量較大時(shí)，隨粉煤灰摻量的增加，拌合物流動(dòng)度提高的幅度并不明顯。隨著拌合物粉煤灰摻量的增加，拌合物的粘稠性有很大的改善，在振搗過(guò)程中有較多的氣泡逸出，拌合物的工作性能得到改善，減少RPC中的孔隙等缺陷。并且在此過(guò)程中，RPC的抗折性能也有一定影響，這是由于摻入粉煤灰后拌合物的粘性降低，包裹在里面的氣泡比較容易逸出，減少了RPC中的缺陷從而提高了RPC的抗折強(qiáng)度。
　　但就目前而言，活性粉末混泥土存在的主要問(wèn)題，是由于超低水膠比而使它的自身收縮明顯加大、采用熱養(yǎng)護(hù)的影響較顯著等，因而只適于預(yù)制生產(chǎn)，而不能現(xiàn)澆，在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用受到限制。

1.4　RPC的發(fā)展趨勢(shì)

　　綜上所述,RPC 具有極其優(yōu)越的性能,可應(yīng)用的領(lǐng)域也非常廣泛。在土木工程領(lǐng)域中,隨著我國(guó)高層建筑和大跨結(jié)構(gòu)迅速增加,為RPC的應(yīng)用提供了巨大的市場(chǎng),且在結(jié)構(gòu)及橋梁改造、特種結(jié)構(gòu)工程中也具有廣闊的應(yīng)用前景。從工程應(yīng)用的角度來(lái)看,RPC 在以下幾個(gè)方面具有較好的發(fā)展和應(yīng)用前景:
(1) 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和構(gòu)件。目前由于建筑結(jié)構(gòu)對(duì)混凝土預(yù)制構(gòu)件的需求量較多,因此預(yù)應(yīng)力廠家如果投入適量的資金,對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行改造,完全可以生產(chǎn)上述活性粉末混凝土預(yù)制構(gòu)件。利用RPC 的超高強(qiáng)度與高韌性,能生產(chǎn)薄壁、細(xì)長(zhǎng)、大跨等新穎形式的預(yù)制構(gòu)件,可大幅度縮短工期和降低工程造價(jià)
(2) 鋼- 混凝土組合結(jié)構(gòu)。眾所周知,鋼筋混凝土的最大缺點(diǎn)是自重大,一般的建筑中結(jié)構(gòu)自重為有效荷載的8～10 倍。而用無(wú)纖維RPC 制成的鋼管混凝土,具有極高的抗壓強(qiáng)度、彈性模量和抗沖擊韌性,用它制作高層或超高層建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,可大幅度減小截面尺寸和結(jié)構(gòu)自重,增加建筑物的使用面積與美觀,因此RPC 鋼管混凝土構(gòu)件有著廣闊的應(yīng)用前景。
(3) 特殊用途構(gòu)件。RPC 的孔隙率極低,具有超高抗?jié)B性及良好的耐磨性,不但能夠防止放射性物質(zhì)從內(nèi)部泄漏,而且能夠抵御外部侵蝕性介質(zhì)的腐蝕,可以用于生產(chǎn)核廢料儲(chǔ)存容器和各種耐腐蝕的壓力管和排水管道,不僅可大大降低造價(jià), 而且可大幅度延長(zhǎng)構(gòu)件的使用壽命。
(4)RPC 的早期強(qiáng)度發(fā)展快,后期強(qiáng)度極高,用于補(bǔ)強(qiáng)和修補(bǔ)工程中可替代鋼材和昂貴的有機(jī)聚合物,既可保持混凝土體系的有機(jī)整體性,還可降低工程造價(jià)。
(5)RPC的高密實(shí)性與良好的中作性能，使其與模板相結(jié)觸的表面具有很高的光潔度，外界的有害介質(zhì)很難侵入到RPC中去，而且RPC中的著色劑等組分也不易向外析出，利用這一特點(diǎn)可作建筑物的外裝飾材料。

1.5　本文研究的主要問(wèn)題

　　針對(duì)RPC的特性和存在的主要問(wèn)題，本文著重研究了在不同硅灰參量，不同用砂粒徑，不同鋼纖維參量與品種以及不同的養(yǎng)護(hù)條件下活性粉末混泥土不同的力學(xué)性能及耐久性。由于現(xiàn)實(shí)生活中的井蓋通常用鑄鐵制造，且由于鑄鐵本身具有再利用價(jià)值，因此社會(huì)上經(jīng)常出現(xiàn)井蓋丟失，平坦大道時(shí)有餡井出現(xiàn)，因此造成人仰車翻，成為全國(guó)一大公害的情況。而活性粉末混泥土的種種性能顯示出其代替球墨鑄鐵做成井蓋的可能性，一旦試驗(yàn)研究成功，由于RPC井蓋具有不可回收的特點(diǎn)，且成本大大降低，這將給社會(huì)經(jīng)濟(jì)及治安帶來(lái)積極的因素。本文做了用活性粉末混泥土做成井蓋的探索性試驗(yàn)，取得了一定成績(jī)。

第二章　原材料及試驗(yàn)方法

　　RPC混泥土一般由水泥，細(xì)砂，硅灰，石英粉和高效減水劑組成，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，我們將石英粉用粉煤灰代替，且由于這樣配制成型制作出的試件抗壓強(qiáng)度達(dá)不到使用的要求，我們?cè)谄渲屑尤脘摾w維，以提高其抗折性能。

2.1　試驗(yàn)原材料及基本性能

　　試驗(yàn)原材料：水泥，粉煤灰，硅粉，砂，鋼纖維，減水濟(jì)，水

（1）水泥
　　海星小野田P.Ⅱ型525R硅酸鹽水泥，查閱資料可得：
　　水泥的性能見表2－1：

表2－1   海星小野田的性能

（2）摻合料
a  粉煤灰
采用媽灣電廠產(chǎn)一級(jí)粉煤灰，灰褐色。
b  硅粉：
　　采用中國(guó)貴州遵義鐵合金廠產(chǎn)山鷹牌硅粉，灰白色。

(3)細(xì)骨料
東莞河砂（用0.63mm篩子過(guò)篩）；
含泥量：0.5

(4)外加劑
　　KFDN-SP3000高效減水劑；

(5)鋼纖維
　　嘉興市經(jīng)緯鋼纖維有限公司產(chǎn)平直型鋼纖維，規(guī)格：15-40mm，等效直徑0.3-0.8mm；長(zhǎng)徑比：30～60；抗拉強(qiáng)度≧380MPa及其他異性鋼纖維。

（6）水
　　普通自來(lái)水

2.2　試驗(yàn)方法

2.2.1　試件的制作與養(yǎng)護(hù)

(1) 試件制作
   按GB/T50081-2002,采用60L混凝土攪拌機(jī)，先將鋼纖維放進(jìn)攪拌機(jī)3分鐘進(jìn)行分散，然后加入膠凝材料和細(xì)沙干攪3分鐘，再加入一半水和外加劑攪拌3分鐘，最后加入另一半水?dāng)嚢?分鐘。測(cè)定塌落度和擴(kuò)展度。
　　用振動(dòng)臺(tái)振實(shí)制作試件應(yīng)該按下述方法進(jìn)行：
1）將混凝土拌合物一次裝入試模，裝料時(shí)應(yīng)用抹刀沿各試模壁插搗，并使混凝土拌合物高出試模口。
2）試模應(yīng)附著或固定在振動(dòng)臺(tái)上，振動(dòng)時(shí)試模不得有任何跳動(dòng)，振動(dòng)應(yīng)持續(xù)到表面出漿為止；不得過(guò)振。

(2) 試件養(yǎng)護(hù)
　　標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)按GB/T50081-2002，一天拆模后應(yīng)立即放入溫度為20±2℃，相對(duì)濕度為95℃以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)的試件應(yīng)放在支架上，彼此間隔10～20mm試件表面應(yīng)保持濕潤(rùn)，并不被水直接沖淋；標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡為28天。熱養(yǎng)護(hù)為一天拆模放進(jìn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)，在6小時(shí)內(nèi)升溫至90攝氏度，在90攝氏度蒸養(yǎng)3天。

2.2.2  RPC強(qiáng)度和耐久性試驗(yàn)方法

（1） RPC抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)
a試驗(yàn)注意事項(xiàng)
1）試件從養(yǎng)護(hù)地點(diǎn)取出后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，將試件表面與上下承壓板面擦干凈。
2）將試件安放在試驗(yàn)機(jī)的下壓板或墊板上，試件的承壓面應(yīng)與成型時(shí)的頂面垂直。試件的中心應(yīng)與試驗(yàn)機(jī)下壓板中心對(duì)準(zhǔn)，開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，當(dāng)上壓板與試件或鋼墊板接近時(shí)，調(diào)準(zhǔn)球座，使接觸均衡。
3）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)連續(xù)均勻地加荷，取每秒鐘0.8～1.0mpa。
4）當(dāng)試件接近破壞開始急劇變形時(shí)，應(yīng)停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門，直至破壞。然后記錄破壞荷載。
b試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算方法：
　　混凝土立方體抗壓強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：
f_cc＝F/A

式中  f_cc——混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度（mpa）；
       F——試件破壞荷載（N）；
       A——試件承壓面積（mm²）。
   混凝土立方體抗壓強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)精確到0.1mpa。

(2)劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)
a 劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)步驟：
1）試件從養(yǎng)護(hù)地點(diǎn)取出后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，將試件表面與上下承壓板面擦干凈。
2）將試件放在試驗(yàn)機(jī)下壓板的中心位置，劈裂承壓面和劈裂面應(yīng)與試件成型時(shí)的頂面垂直；在上、下壓板與時(shí)間之間墊以圓弧形墊塊及墊條各一條，墊塊與墊條應(yīng)與試件上、下面的中心線對(duì)準(zhǔn)并與成型時(shí)的頂面垂直。宜把墊條及試件安裝在定位架上使用。
3）開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)。當(dāng)上壓板與圓弧形墊塊接近時(shí)，調(diào)整球座，使接觸均衡。加荷應(yīng)連續(xù)均勻，每秒鐘0.08～0.10MPa,至試件接近破壞時(shí)，應(yīng)停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門，直至試件破壞，然后記錄破壞荷載。
b 劈裂抗拉強(qiáng)度計(jì)算方法：
            f_ts=0.637F/A  

　式中  f_ts——混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度（MPa）;

       F——試件破壞荷載（n）；
       A——試件劈裂面面積（mm²）
      劈裂抗拉強(qiáng)度計(jì)算精確到0.01MPa

(3)抗折強(qiáng)度試驗(yàn)
a 抗折強(qiáng)度試驗(yàn)步驟：
1）試件從養(yǎng)護(hù)地點(diǎn)取出后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，將試件表面擦干凈。
2）裝置試件安裝尺寸偏差不得大于1mm。試件的承壓面應(yīng)為試件成型時(shí)的側(cè)面。支座及承壓面與圓柱的接觸面應(yīng)平穩(wěn)、均勻，否則應(yīng)墊平。
3）施加荷載應(yīng)保持均勻、連續(xù)。每秒鐘0.08～0.10MPa，至試件接近破壞時(shí)，應(yīng)停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門，直至試件破壞，然后記錄破壞荷載。
4）記錄試件破壞荷載的試驗(yàn)機(jī)示值及試件下邊緣斷裂位置。
b 抗折強(qiáng)度計(jì)算方法：  
                    f_f＝FL/(BH²)

式中  f_f——混凝土抗折強(qiáng)度（mpa）

      F——試件破壞荷載（n）
      L——支座間跨度(mm)
      H——試件截面高度（mm）
      B——試件截面寬度（mm）

(4) 抗?jié)B性試驗(yàn)

a 試驗(yàn)步驟：
1）6個(gè)試件為一組。
2）試件成型后24h拆模，用鋼絲刷刷去兩端面水泥漿膜，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至28d。
3）試件養(yǎng)護(hù)到期后取出，擦干表面，用鋼絲刷刷凈兩端面。等表面干燥后，在試件側(cè)面滾涂一層密封材料，然后在螺旋加壓器上壓入經(jīng)過(guò)烘箱或電爐預(yù)熱過(guò)得試模中，使試件模底平齊。等試模變冷后，即可解除壓力，裝至滲透儀上進(jìn)行試驗(yàn)。
　　如在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，水從試件周邊滲出，說(shuō)明密封不好，應(yīng)重新密封。
4）試驗(yàn)時(shí)，水壓水壓控制恒定為2.0±0.05MPa。48h后停止試驗(yàn)，取出試件。
b 實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理：
　　計(jì)算6個(gè)試件的滲水高度的算術(shù)平均值，作為該組試件的平均滲水高度。相對(duì)滲水系數(shù)按下式計(jì)算：

                    Sk=

式中 Sk—相對(duì)滲透系數(shù)（mm/h）
     Dm—平均滲水高度（mm）
     H—水壓力，以水柱高度表示（mm），本試驗(yàn)取204.14×10mm。
     T—恒壓經(jīng)過(guò)的時(shí)間（h）
     m—混泥土的吸水率，一般為0.03
　　以上六個(gè)試件的計(jì)算平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)試驗(yàn)所得滲水高度或相對(duì)滲透系數(shù)，比較混泥土的密實(shí)性。

(5) 耐磨性試驗(yàn)

a 試驗(yàn)步驟：
1）將標(biāo)準(zhǔn)砂裝入磨料料斗。
2）將試件固定在試件托架上，使試件表面平行于摩擦鋼輪的軸線，且垂直于托架底座。
3）啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使鋼輪以75r/min的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，接著，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使磨料至少以1L/min的速度均勻落下，立即將試件與摩擦鋼輪接觸，并開始計(jì)時(shí)。
4)磨至下表規(guī)定的時(shí)間后，關(guān)閉電動(dòng)機(jī)，移開托架，關(guān)閉節(jié)流閥，取下試件，在試件上用游標(biāo)卡尺測(cè)量磨坑兩邊緣和中間的長(zhǎng)度，精確至0.1mm，取其平均值。

5)每塊試件應(yīng)在其表面上互相垂直的兩個(gè)不同部位進(jìn)行兩次試驗(yàn)。
b 試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算與評(píng)定
1）試驗(yàn)結(jié)果以5塊試件10次試驗(yàn)的平均磨坑長(zhǎng)度進(jìn)行評(píng)定，必要時(shí)，也可用平均磨坑體積進(jìn)行評(píng)定，長(zhǎng)度精確至0.1mm，體積精確至1mm³。
2）當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果以體積表示時(shí)，磨坑體積按下式計(jì)算：

V=（丌*α/180-sinα）*bd²/8

Sin（α/2）＝l/d

式中 d——摩擦鋼輪直徑，mm
     b——摩擦鋼輪寬度，mm
    α——磨坑長(zhǎng)度所對(duì)之圓心角，（º）
    l——磨坑長(zhǎng)度，mm

(6) 靜力受壓彈性模量試驗(yàn)

a 試驗(yàn)步驟：
1）試件從養(yǎng)護(hù)地點(diǎn)取出后先將試件表面與上下承壓板面擦干凈。
2）去3個(gè)試件測(cè)定混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度。另3個(gè)試件用于測(cè)定混凝土的彈性模量。
3）在測(cè)定混凝土彈性模量時(shí)，變形測(cè)量?jī)x應(yīng)安裝在試件兩側(cè)的中線上并對(duì)稱于試件的兩端。
4）應(yīng)仔細(xì)調(diào)整試件在壓力試驗(yàn)機(jī)的位置，使其軸心與下壓板的中心線對(duì)準(zhǔn)。開動(dòng)壓力試驗(yàn)機(jī)，當(dāng)上壓板與試件接近時(shí)調(diào)整球座，使其接觸均衡。
5）加荷至基準(zhǔn)應(yīng)力為0.5mpa的初始荷載值，保持恒載60s并在以后的30s內(nèi)記錄每測(cè)點(diǎn)的變形讀數(shù)。應(yīng)立即連續(xù)均勻地加荷至應(yīng)力為軸心抗壓強(qiáng)度的1/3的荷載值，保持恒載60s并在以后的30s內(nèi)記錄每一測(cè)點(diǎn)的變形讀數(shù)。所用加荷速度應(yīng)符合規(guī)定。
6）當(dāng)以上這些變形值之差與它們平均值之比大于20%時(shí)，應(yīng)重新對(duì)中試件后重復(fù)試驗(yàn)。如果無(wú)法使其減少到低于20%，則此實(shí)驗(yàn)無(wú)效。
7）在確認(rèn)試件對(duì)中符合規(guī)定時(shí)，以與加荷速度相同的速度卸荷至基準(zhǔn)應(yīng)力0.5mpa，恒載60s；然后用相同的加荷和卸荷速度以及60s的保持恒載至少進(jìn)行兩次反復(fù)預(yù)壓。在最后一次預(yù)壓完成后，在基準(zhǔn)應(yīng)力0.5mpa遲何60s并在以后的30s內(nèi)記錄每一測(cè)點(diǎn)的變形讀數(shù)；再用同樣的加荷速度加荷至初始荷載值，持何60s并在以后的30s內(nèi)記錄每一測(cè)點(diǎn)的變形讀數(shù)。
8）卸除變形測(cè)量?jī)x，以同樣的速度加荷至破壞，記錄破壞荷載。如果試件的抗壓強(qiáng)度與軸心抗壓強(qiáng)度之差超過(guò)軸心抗壓強(qiáng)度的20%時(shí)，則應(yīng)在報(bào)告中注明。
b 試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算及確定
1）混凝土彈性模量應(yīng)按下式計(jì)算：

          E_c＝（F_a－F_o）/A×(L/Δn)

式中   E_c——混凝土彈性模量，mpa
      F_a——應(yīng)力為1/3軸心抗壓強(qiáng)度時(shí)的荷載，N
      F_o——應(yīng)力為0.5mpa時(shí)的初始荷載，N
      A——試件承壓面積，mm²
      L——測(cè)量標(biāo)距，mm

                   Δn＝εa－εo

式中  Δn——最后一次從Fo加荷至Fa時(shí)試件兩側(cè)變形的平均值，mm
      εa——Fa時(shí)試件兩側(cè)變形的平均值，mm
      εo——Fo時(shí)試件兩側(cè)變形的平均值，mm
      混凝土受壓彈性模量計(jì)算精確至100mpa；
　　2）彈性模量按3個(gè)試件測(cè)值的算術(shù)平均值計(jì)算。如果其中有一個(gè)試件的軸心抗壓強(qiáng)度值與用以確定檢驗(yàn)控制荷載的軸心抗壓強(qiáng)度值相差超過(guò)后者的20%時(shí)，則彈性模量值按另兩個(gè)試件測(cè)值的算數(shù)平均值計(jì)算；如果有兩個(gè)試件超過(guò)上述規(guī)定時(shí)，則此次試驗(yàn)無(wú)效。

(7) 混凝土收縮試驗(yàn)

a  試驗(yàn)步驟：
   1）測(cè)定代表某一混凝土收縮性能地特征值時(shí)，試件應(yīng)在3天齡期從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室取出并立即移入恒溫恒濕室測(cè)定其初始長(zhǎng)度，此后至少應(yīng)按一下規(guī)定的時(shí)間間隔測(cè)量其變形讀數(shù)：
1、3、7、14、28、45、60、90、120、150、180天。
　　測(cè)定混凝土在某一具體條件下的相對(duì)收縮值時(shí)（包括在徐變?cè)囼?yàn)時(shí)的混凝土收縮變形測(cè)定）應(yīng)按要求的條件安排試驗(yàn)，對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件如需移入恒溫恒濕室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，應(yīng)先在該室內(nèi)預(yù)置4h，再測(cè)其初始值，以使他們具有相同的溫度基準(zhǔn)。測(cè)量時(shí)并應(yīng)記下試件的初始干濕狀態(tài)。
2）測(cè)量前應(yīng)先用標(biāo)準(zhǔn)桿校正儀表的零點(diǎn)，并應(yīng)在半天的測(cè)定過(guò)程中至少再?gòu)?fù)核1～2次，如復(fù)核時(shí)發(fā)現(xiàn)零點(diǎn)與原值的偏差超過(guò)±0.01mm，調(diào)零后應(yīng)重新測(cè)定。
3）試件每次在收縮儀上放置的位置、方向均應(yīng)保持一致。為此，試件上應(yīng)標(biāo)明相應(yīng)記號(hào)。試件在放置及取出時(shí)間應(yīng)輕穩(wěn)仔細(xì)，勿使碰撞表架及表?xiàng)U，如發(fā)生碰撞，則應(yīng)取下試件，重新以標(biāo)準(zhǔn)桿復(fù)核零點(diǎn)。
　　用接觸式引伸儀測(cè)定時(shí)，也應(yīng)注意使每次測(cè)量時(shí)試件與儀表保持同樣的方向性。每次讀數(shù)應(yīng)重復(fù)3次。
4）試件在恒溫恒濕室內(nèi)放置在不吸水的擱架上，底面架空，其總支承面積不應(yīng)大于100乘截面邊長(zhǎng)，每個(gè)試件之間應(yīng)至少留有30mm的間隙。
5）需要測(cè)定混凝土自縮值的試件，在3天齡期時(shí)從標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室取出后應(yīng)立即密封處理，密封處理可采用金屬套或蠟封，采用金屬套時(shí)試件裝入后應(yīng)蓋嚴(yán)焊死，不得留有任何能使內(nèi)外濕度交換的縫隙，外露測(cè)頭的周圍也應(yīng)用石蠟反復(fù)封堵嚴(yán)實(shí)，采用蠟封時(shí)至少應(yīng)涂蠟3次，每次涂蠟前應(yīng)用浸蠟的紗布或蠟紙包裹嚴(yán)實(shí)，蠟封完畢后應(yīng)套以塑料袋加以保護(hù)。
　　自縮試驗(yàn)期間，試件應(yīng)無(wú)重量變化，如在180天實(shí)驗(yàn)間隔期間重量變化超過(guò)10g，該試件的試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。
b  混凝土收縮值應(yīng)按下式計(jì)算：

                ε_st＝（L_o－L_t）/L_b

式中：ε_st——試驗(yàn)期為t天的混凝土收縮值，t從測(cè)試初始長(zhǎng)度時(shí)算起

L_b——試件的測(cè)量標(biāo)距，用混凝土收縮儀測(cè)定時(shí)應(yīng)等于兩側(cè)頭內(nèi)側(cè)的距離，即等于混凝土試件的長(zhǎng)度減去2倍側(cè)頭埋入深度，mm
L_o——試件長(zhǎng)度初始讀數(shù)，mm
L_t——試件在試驗(yàn)期為t時(shí)測(cè)得長(zhǎng)度讀數(shù)，mm
作為相互比較的混凝土收縮值為不密封試件于3天齡期自標(biāo)注養(yǎng)護(hù)室移入恒溫恒濕室中放置180天所測(cè)得的收縮值。取3個(gè)試件值的算術(shù)平均值作為該混凝土的收縮值，計(jì)算精確到10×10^-6。

(8) 混凝土抗氯離子滲透性試驗(yàn)

a 試驗(yàn)步驟
1）從水中取出試片，抹掉表面多余的水分，然后將試片移至一密封罐或其他容器中，以維持試片在95％或更高的相對(duì)濕度。
2）試件安裝
   a．若使用分為兩半的試件電池盒，則密封膠應(yīng)準(zhǔn)備約20到40克。
   b．低粘度的試件盒密封膠——若需用濾紙，將濾紙放置于施加電壓的電池盒內(nèi)的一個(gè)網(wǎng)板中央，見密封膠涂到盒旁的黃銅墊片上，小心的取走濾紙。壓放試片于網(wǎng)板上，將溢出試片與電池盒邊界多余的密封膠清除或磨平。
   c．高粘度的試片盒密封膠——置試片于網(wǎng)板上，沿試片與電池盒的環(huán)形邊界環(huán)涂密封膠。
   d．以非滲透性材料如橡膠或塑料片覆蓋試片的露出表面，將橡皮止水環(huán)放入試片盒內(nèi)的填塞孔中，以防止水分流動(dòng)，根據(jù)制造商的使用指南，讓密封膠固化。
   e．對(duì)另外半個(gè)電池盒重復(fù)步驟b(或c)與d，完成后，試片在施加電壓用的電池盒內(nèi)。
3）試片安裝（使用橡膠墊圈的方案）：
   在每一個(gè)半個(gè)電池盒中，放置外徑為100mm、內(nèi)勁為75mm、厚度為6mm的硫化橡膠墊圈，然后放入試片，并將試驗(yàn)用的電池盒的兩半夾在一起以達(dá)到密封的目的。
4）將3.0%的NaCl溶液注入包含著試片頂部端面的那半個(gè)電池盒內(nèi)與負(fù)極相連），而電池盒的另一側(cè)（與正極相連）則注入0.3N的NaOH溶液。
5）將兩根導(dǎo)線分別連接在電池盒的香蕉型接線柱上，正確地接到福特表和數(shù)據(jù)讀出儀器上，
6）試驗(yàn)期間，試片周圍的空氣溫度應(yīng)維持在20℃至25℃間。
7）最少每隔30分鐘讀記一次電流，若以電壓表結(jié)合并聯(lián)電阻來(lái)讀出電流，使用適當(dāng)?shù)恼鬯阆禂?shù)將電流讀數(shù)折算成安培值。整個(gè)試驗(yàn)期間，必須保持每個(gè)半電池盒中始終充滿著適當(dāng)?shù)娜芤骸?br>8）取出試片，用自來(lái)水充分漂洗電池盒，剝除并丟去殘存的密封膠。
b計(jì)算并解釋結(jié)果
1）繪制電流對(duì)時(shí)間圖，以光滑曲線連接數(shù)據(jù)點(diǎn)，并對(duì)曲線下方的面積做積分得到試驗(yàn)6小時(shí)通過(guò)的電量。

Q=900×（I₀+2I₃₀+2I₆₀+···+2I₃₀₀+2I₃₃₀+I₃₆₀）

式中:Q=通過(guò)的電量（庫(kù)侖）
     I_0＝施加電壓后的即時(shí)電流（安培）
     Ii＝施加電壓后第i分鐘的電流（安培）

第三章 RPC的強(qiáng)度的影響因素及性能研究

　　配制出滿足強(qiáng)度、耐久性和工作性的超高強(qiáng)混凝土，除了選擇優(yōu)質(zhì)的原材料外，適當(dāng)?shù)呐浜媳纫彩侵匾目紤]因素之一。因此考慮了諸如硅灰摻量、粉煤灰摻量、鋼纖維品種、鋼纖維摻量、砂的顆粒級(jí)配等因素對(duì)RFC性能的影響。

3.1 硅灰的參量對(duì)RPC性能的影響

　　硅灰作為配制超高強(qiáng)混凝土的理想礦物摻和料，有著其他礦物摻和料所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。在活性粉末混凝土中，硅灰主要有三個(gè)作用：（1）填充不同粒徑顆粒之間的孔隙；（2）由于硅灰顆粒具有良好的球形，起到很好的潤(rùn)濕作用從而提高流變特征；（3）硅灰具有高活性，起到第二次水化作用。
　　當(dāng)膠凝材料中硅灰與水泥以何種比例共存時(shí)，硅灰能發(fā)揮最佳的填充作用，同時(shí)能最大限度地與水泥水化產(chǎn)物進(jìn)行第二次水化反應(yīng)，從而得到最好的活性粉末混凝土綜合性能，則是配制中因考慮的問(wèn)題。試驗(yàn)中考察了硅灰摻量對(duì)活性粉末混凝土性能的影響，原材料配制如表3.1所示。

表3.1  不同硅灰摻量的原材料配制

W/B=0.17   單位：kg/m

　　試件分兩種養(yǎng)護(hù)制度進(jìn)行養(yǎng)護(hù)：蒸養(yǎng)和28d標(biāo)養(yǎng)。所測(cè)出的數(shù)據(jù)如表3.2

表3.2   不同硅灰摻量對(duì)混凝土性能的影響

注：第5組標(biāo)養(yǎng)試件由于事先已經(jīng)斷裂，故強(qiáng)度較低。

　　其抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度變化如圖3.1和3.2所示：

圖3.1　不同硅灰參量RPC抗折強(qiáng)度的變化

圖3.2　不同硅灰參量RPC抗壓強(qiáng)度的變化

　　在試驗(yàn)的過(guò)程中我們可以發(fā)現(xiàn)：
（1）硅灰的摻入可以影響拌合物的流動(dòng)性能，當(dāng)硅灰摻量為5％時(shí)，拌合物的擴(kuò)展度比未加硅灰時(shí)降低的最為明顯，而隨著硅灰摻量的增加，擴(kuò)展度降低的幅度越來(lái)越小。因?yàn)楣杌沂潜缺砻娣e達(dá)20m²/g的粒子，其本身的需水量是相對(duì)大的，因此隨著硅灰的加入，拌合物粘性增加，流動(dòng)性下降。
（2）從圖3.1和3.2可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于蒸汽養(yǎng)護(hù)，加入5％的硅灰可以很大程度上提高抗折強(qiáng)度，比未加硅灰提高了約52％，但隨著硅灰摻量的繼續(xù)增加，抗折強(qiáng)度的變化不大；而對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，加與不加硅灰對(duì)抗折強(qiáng)度的影響并不是很大。第5個(gè)數(shù)據(jù)由于試件已經(jīng)先斷，故強(qiáng)度較低。
（3）從圖還可以看出，摻與不摻硅灰，試件的抗壓強(qiáng)度相差比較大。對(duì)于蒸汽養(yǎng)護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，摻5％的硅灰比未摻硅灰試件的抗壓強(qiáng)度分別提高了約11.5％和6.5％。因此，配制活性粉末混凝土?xí)r，硅灰對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)率是其他材料所無(wú)法替代的，可以認(rèn)為硅灰是活性粉末混凝土不可缺少的重要組分。

3.2 鋼纖維摻量對(duì)RPC性能的影響

　　普通混凝土抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度之比非常低，表現(xiàn)為很大的脆性，而在普通混凝土中經(jīng)常使用鋼筋來(lái)彌補(bǔ)普通混凝土的這方面的不足；從已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，活性粉末混凝土的抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度之比一般為1/8左右，與普通混凝土相比已有很大的提高，但仍然表現(xiàn)為很大的脆性，而通常采取在活性粉末混凝土中加入鋼纖維來(lái)提高其韌性。在活性粉末混凝土中加入鋼纖維，能起到較好的增強(qiáng)、增韌作用，但同時(shí)又大幅度提高了活性粉末混凝土的配置成本。為此，試圖通過(guò)試驗(yàn)來(lái)尋找鋼纖維摻量的活性粉末混凝土在性能和成本上理想結(jié)合點(diǎn)，表3.3為鋼纖維摻量對(duì)活性粉末混凝土性能影響的配合比。

表3.3 鋼纖維摻量對(duì)活性粉末混凝土性能影響的配合比

單位：kg/m

　　試件分兩種養(yǎng)護(hù)制度進(jìn)行養(yǎng)護(hù)：蒸養(yǎng)和標(biāo)養(yǎng)。所測(cè)出的數(shù)據(jù)如表3.4所示。

表3.4 鋼纖維摻量對(duì)活性粉末混凝土性能的影響

圖3.3   鋼纖維參量對(duì)RPC抗折強(qiáng)度的影響

圖3.4   鋼纖維參量對(duì)RPC抗壓強(qiáng)度的影響

　　在試驗(yàn)的過(guò)程中我們可以發(fā)現(xiàn)：
（1）隨著鋼纖維摻量的增加，活性粉末混凝土的流動(dòng)性下降，主要是由于隨著鋼纖維摻量的增加，需要包裹鋼纖維的水泥漿體增加，使得流動(dòng)性下降。
（2）隨著鋼纖維摻量的增加，無(wú)論是蒸汽養(yǎng)護(hù)還是標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，活性粉末混凝土的抗折強(qiáng)度都有不同程度的提高，當(dāng)鋼纖維摻量為4％和6％時(shí)，蒸汽養(yǎng)護(hù)的抗折強(qiáng)度分別比未摻鋼纖維的提高了147％和170％，而標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的28天抗折強(qiáng)度分別比未摻鋼纖維的提高了136％和165％。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，除了不摻鋼纖維的試件在抗折是被折斷外，其他摻了鋼纖維的試件在抗折時(shí)試塊不會(huì)完全折斷，而表現(xiàn)出很高的韌性。
（3）隨著鋼纖維摻量的增加，無(wú)論是蒸汽養(yǎng)護(hù)還是標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，活性粉末混凝土的抗壓強(qiáng)度也有較大提高。當(dāng)鋼纖維摻量為4％和6%時(shí)，蒸汽養(yǎng)護(hù)的抗壓強(qiáng)度分別比未摻鋼纖維的提高了23.7％和43.1％，而摻8％的鋼纖維后抗壓強(qiáng)度達(dá)到167.79MPa。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天的試件，摻4％和6%鋼纖維的抗壓強(qiáng)度分別比未摻鋼纖維的提高了21.4％和32.8％，而摻8％的鋼纖維后抗壓強(qiáng)度達(dá)到135.49MPa。
　　 此外，我們還做了試件的尺寸效應(yīng)對(duì)強(qiáng)度的影響試驗(yàn)。其中那個(gè)小試件為：a×b×h＝135×40×40

表3.5 試件尺寸效應(yīng)

圖3.5   不同尺寸對(duì)抗折強(qiáng)度的影響

圖3.6  不同尺寸對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

　　由表3.5和3.6 中我們可以看出對(duì)于抗折強(qiáng)度，大試件明顯高于小試件；而對(duì)于抗壓強(qiáng)度，小試件又明顯高于大試件。

3.3 鋼纖維品種對(duì)RPC強(qiáng)度的影響

　　隨著混凝土強(qiáng)度的提高，其脆性也顯著增大，常用的解決辦法是與纖維復(fù)合。鋼纖維能夠阻礙混凝土內(nèi)部微裂紋的繁衍、擴(kuò)展，對(duì)增加混凝土的韌性、抗沖擊性等起著關(guān)鍵作用，有效地避免無(wú)征兆的脆性破壞的產(chǎn)生。因此，在ＲPＣ中可采用摻入鋼纖維來(lái)改善其脆性，增加其延性。
　　鋼纖維增強(qiáng)作用隨長(zhǎng)徑比增大而提高，鋼纖維長(zhǎng)度太短不起增強(qiáng)作用，但纖維太長(zhǎng)會(huì)影響拌和物的和易性和施工質(zhì)量，甚至導(dǎo)致強(qiáng)度降低；直徑太細(xì)易在拌和過(guò)程中被彎折，太粗則在同樣體積率時(shí)增強(qiáng)效果差。因此在固定鋼纖維體積率（２％）的情況下，實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究了4種不同品種鋼纖維對(duì)ＲＰＣ強(qiáng)度的影響,如表3.6：

表3.6　鋼纖維品種對(duì)RPC強(qiáng)度的影響的配合比

　　試件分兩種養(yǎng)護(hù)制度進(jìn)行養(yǎng)護(hù)：蒸養(yǎng)和28d標(biāo)養(yǎng)。所測(cè)出的數(shù)據(jù)如表3.7所示:

表3.7　鋼纖維品種對(duì)RPC強(qiáng)度的影響

圖3.7　鋼纖維品種對(duì)RPC抗折強(qiáng)度的影響

圖3.8　鋼纖維品種對(duì)RPC抗壓強(qiáng)度的影響

　　從圖3.7和3.8可以看出，鋼纖維的種類對(duì)RPC的抗壓強(qiáng)度影響不是很大，況且加入鋼纖維的目的也是為了加強(qiáng)RPC的韌性，即抗折強(qiáng)度，所以我們?cè)谶x擇鋼纖維的種類上，應(yīng)首先考慮其對(duì)抗折強(qiáng)度的影響。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究和過(guò)往經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)诒菊n題研究中選擇嘉興市經(jīng)緯鋼纖維有限公司生產(chǎn)的平直型，規(guī)格為15-40mm，等效直徑為0.3-0.8mm；長(zhǎng)徑比為30～60的鋼纖維。

3.4 砂的級(jí)配對(duì)RPC強(qiáng)度的影響

　　一般說(shuō)來(lái)，集料比水泥石基體要堅(jiān)固，集料較高的彈性模量能抑制各種收縮，如塑性收縮、干操收縮、自收縮等，這就導(dǎo)致在水泥石---粗集料界面上產(chǎn)生剪力及拉力，剪力及拉力隨顆粒尺寸增大而增加，若這些力超過(guò)了粘結(jié)強(qiáng)度，就會(huì)引起附加開裂。另外，水泥石---粗集料界面即過(guò)度區(qū)是傳統(tǒng)混凝土的最薄弱區(qū)域。因此，減小混凝土中集料顆較尺寸，取消粗骨料，成為ＲＰＣ混凝土的設(shè)計(jì)原則之一。
　　實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究了砂的顆粒尺寸對(duì)RPC強(qiáng)度的影響。其配合比如表3.8所示。

表3.8　砂的級(jí)配對(duì)RPC強(qiáng)度的影響的配合比

　　試件分兩種養(yǎng)護(hù)制度進(jìn)行養(yǎng)護(hù)：蒸養(yǎng)和標(biāo)養(yǎng)。所測(cè)出的數(shù)據(jù)如表3.9所示。

表3.9　砂的級(jí)配對(duì)活性粉末混凝土性能的影響

圖3.9  砂的級(jí)配對(duì)RPC抗折強(qiáng)度的影響

圖3.10  砂的級(jí)配對(duì)RPC抗壓強(qiáng)度的影響

　　在天然河砂作為ＲＰＣ混凝土的骨料配制成的ＲＰＣ漿體中，粒徑范圍窄的砂配制成的漿體的流動(dòng)度比粒徑范圍寬的同類砂配制成的漿體的流動(dòng)度要小。砂的粒徑的不同對(duì)混凝土抗折強(qiáng)度的影響較大，由圖3.9我們可以看出無(wú)論是蒸養(yǎng)還是標(biāo)養(yǎng)，0～5mm粒徑的砂的抗折強(qiáng)度都是最小的，最高強(qiáng)度值出現(xiàn)在級(jí)配為0～1.25的28天標(biāo)養(yǎng)試件上。對(duì)于抗壓強(qiáng)度，由圖3.10我們可以看出，蒸養(yǎng)試件明顯高于標(biāo)養(yǎng)試件。不同的級(jí)配，蒸養(yǎng)的試件之間抗壓強(qiáng)度大小的差別不是很大。

3.5　RPC收縮性研究

　　在養(yǎng)護(hù)的過(guò)程中，混泥土由于水分的蒸發(fā)和散熱等而發(fā)生收縮變形，在實(shí)驗(yàn)中，我們用每水泥，硅粉，粉煤灰，砂，外加濟(jì)，水分別為650，150，200，1000，80，122的配合比配制三組試件進(jìn)行收縮性試驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3.10所示：

表3.10  RPC在不同養(yǎng)護(hù)期內(nèi)的收縮值

                                                                   單位：mm

　　其收縮性的大小隨養(yǎng)護(hù)期長(zhǎng)度的變化曲線如下3.11所示：

圖3.11   養(yǎng)護(hù)期對(duì)RPC收縮性的影響

　　可見，隨著養(yǎng)護(hù)期的增長(zhǎng)，收縮性的大小也隨之增強(qiáng)。但隨著時(shí)間的增加，其收縮性大小會(huì)逐漸趨于平緩。RPC是水膠比低，水泥標(biāo)號(hào)較高，水泥用量大而且摻有大量的磨細(xì)活性摻合料。這種組成導(dǎo)致早期膠凝材料的水化快，混泥土內(nèi)自由水迅速消耗，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)的同時(shí)產(chǎn)生自干燥現(xiàn)象，這種自干燥作用必然引起其宏觀體積縮小，即自收縮。
　　基于此種因素，RPC的收縮比普通混泥土有所加大，原因如下：（1），RPC中含有水泥，超細(xì)粉煤灰及硅粉等大量粉末，同時(shí)時(shí)間水膠比較低，造成自干縮較大。（2），RPC 中用粒徑小于630um的細(xì)砂作為骨料，且其占總膠凝材料重量的比重較小，相對(duì)于普通混泥土，骨料對(duì)試件收縮變形的阻止作用大大減小。

3.6 RPC抗?jié)B性研究

　　在試驗(yàn)5.1的同時(shí)，我們制作一組（六個(gè)）試件進(jìn)行抗?jié)B性研究，在標(biāo)養(yǎng)28天后將試塊打蠟密封裝入抗?jié)B機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，48h后研究發(fā)現(xiàn)，其滲透高度如表3.11所示：

表3.11  RPC在48h后的滲透高度

                                                             單位：mm

注：其中第六塊試件在試驗(yàn)的過(guò)程中被破壞，所以不被列入研究范圍。
　　由此可計(jì)算得，RPC的滲透系數(shù)為：

     Sk===0.48*10mm/h

   由此可知：活性粉末混泥土不滲透。

3.7　RPC耐磨性研究

　　在RPC的應(yīng)用中，耐磨性是一個(gè)很重要的指標(biāo)，在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們按下面的配料制作試塊，如表3.12：

表3.12  在耐磨試驗(yàn)中的配合比參量

　　試驗(yàn)中，我們制作一組試塊（三塊）在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行試驗(yàn)。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使鋼輪以75r/min的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，接著，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使磨料以1L/min的速度均勻落下，立即將試件與摩擦鋼輪接觸，并開始計(jì)時(shí)。1分鐘后，我們測(cè)得磨坑兩邊緣和中間的長(zhǎng)度分別為：23.4mm，24.4mm和26.2mm，平均24.7mm。
　　試件的磨坑長(zhǎng)度小于28.0mm，屬于優(yōu)等品。

3.8 RPC氯離子滲透研究

　　在本試驗(yàn)中，我們采用電指標(biāo)顯示RPC抗氯離子滲透性指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)方法，即（ASTM--C1202-97），本方法是以確定混泥土的電導(dǎo)，來(lái)快速顯示混泥土的抗氯離子滲透性，通過(guò)監(jiān)測(cè)切取自公稱直徑為102mm的芯樣或圓柱體的厚度為51mm的混泥土薄片試片在6h期間通過(guò)的電流，試片一端侵入氯化鈉溶液中，另一端侵入氫氧化鈉溶液中，并在試片兩端施加并保持60V的直流電壓。通過(guò)的總電量也是片的抗氯離子滲透性有明顯的關(guān)系。據(jù)資料可得：

表3.13  根據(jù)通過(guò)的電量衡量氯離子滲透性

　　按照試驗(yàn)的要求，我們?cè)?h內(nèi)測(cè)得試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3.14所示：

表3.14  RPC在60伏直流電壓下6h期間內(nèi)每30min通過(guò)的電流

圖3.12  RPC試件在60伏直流電壓下通過(guò)的電流

　　通過(guò)計(jì)算可得：

Q=900×（I₀+2I₃₀+2I₆₀+···+2I₃₀₀+2I₃₃₀+I₃₆₀）

 =84<100（庫(kù)侖）
式中:Q=通過(guò)的電量（庫(kù)侖）
    I_0＝施加電壓后的即時(shí)電流（安培）
    Ii＝施加電壓后第i分鐘的電流（安培）
　　根據(jù)試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)Q＝84<100和表5.4，我們可以判斷RPC材料的抗氯離子滲透性為不滲透。

　　現(xiàn)在市面上流通的井蓋通常用鑄鐵制造，由于鑄鐵本身具有再利用價(jià)值，社會(huì)上經(jīng)常出現(xiàn)井蓋丟失，平坦大道時(shí)有餡井出現(xiàn)，因此造成人仰車翻，成為全國(guó)一大公害。為此，基于活性粉末混泥土的種種特性，本文研究了用活性粉末混泥土制作井蓋，并達(dá)到了預(yù)期的效果。
　　活性粉末混泥土作為一種新型的水泥基復(fù)合材料，再某些特性上（包括強(qiáng)度和韌性）要優(yōu)于普通混泥土，但活性粉末混泥土與其他先進(jìn)水泥基材料（例如：MDF、DSP、CBC等）存在一個(gè)重要的差別，即活性粉末混泥土首先是為了滿足結(jié)構(gòu)工程的需要，是從克服混泥土、鋼筋混泥土不足之處發(fā)展而來(lái)，因此RPC從原材料選擇到制備和生產(chǎn)工藝都和普通混泥土技術(shù)密切相關(guān)，這是它能夠在短時(shí)間內(nèi)就在工程建設(shè)領(lǐng)域里獲得應(yīng)用的關(guān)鍵。根據(jù)法國(guó)有關(guān)資料介紹，活性粉末混泥土可應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛，包括供水、廢物處理、石油工業(yè)、鍛造與沖壓、探礦、一般機(jī)械、船舶制造、航空工業(yè)、建筑業(yè)、土木工程、低溫工程、表面防護(hù)層、化學(xué)工業(yè)、機(jī)床、刀具、液壓設(shè)備以及在軍事上用于防護(hù)設(shè)施等。
　　在充分研究活性粉末混泥土（RPC ）的各項(xiàng)性能后結(jié)合我國(guó)現(xiàn)有的實(shí)際情況，我們利用活性粉末混泥土制作了井蓋，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行受力分析，以檢測(cè)其在代替現(xiàn)有的鑄鐵井蓋的可能性。這將大大減少井蓋的制作成本和提高社會(huì)治安。根據(jù)之前的研究結(jié)果，我們確定井蓋的原材料配合比如表5.1所示：

表4.1  井蓋的配合比參量

單位：kg/m

　　此外，為加強(qiáng)井蓋的抗折性能，我們?cè)诓捎没钚苑勰┗炷嗤恋幕A(chǔ)上還加入了鋼筋網(wǎng)架，在蒸養(yǎng)9天后，我們按下面的方法檢測(cè)井蓋的承載能力：
（1）裂縫荷載檢驗(yàn)
　　以2kN/s的速度加載，按裂縫荷載值分級(jí)加荷，每級(jí)加荷量為裂縫荷載的20％，恒壓1min，逐級(jí)加荷至裂縫出現(xiàn)，然后以裂縫荷載的5％的級(jí)差繼續(xù)加荷，同時(shí)用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量裂縫寬度，當(dāng)裂縫寬度達(dá)到0.2mm時(shí)，讀取得荷載值即為裂縫荷載值。
（2）破壞荷載檢驗(yàn)
　　讀取裂縫荷載值后繼續(xù)按表5.6規(guī)定的荷載分級(jí)加荷，每級(jí)加荷量為破壞荷載的20％，恒壓1min，逐級(jí)加荷至表5.6規(guī)定的荷載值，在繼續(xù)按破壞荷載值的5％的級(jí)差加載至破壞，讀取檢查井蓋的破壞荷載值。

表4.2  鋼纖維混凝土檢查井蓋的承載能力

單位：kN

　　在2kN/s的加載速度下，9天之后檢測(cè)的結(jié)果如下：
　　裂縫荷載：120 kN（肋裂），160 kN（板裂）
　　破壞荷載：270kN
　　將檢驗(yàn)結(jié)果與表5.6對(duì)照可以發(fā)現(xiàn)，所做井蓋已經(jīng)達(dá)B級(jí)，能夠達(dá)到使用的要求。
　　整個(gè)井蓋的試驗(yàn)過(guò)程如以下照片所示：

　　經(jīng)分析可得，該產(chǎn)品適用于安裝在城市道路，公路，也可適用于安裝在機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車可能行駛或停放的地帶，城市小區(qū)的各種檢查井蓋使用，使用范圍很廣，可廣泛使甩于市政自來(lái)水、郵電、煤氣、供電等行業(yè)。

第五章 結(jié)論

　　 本文在不同養(yǎng)護(hù)制度下，對(duì)硅灰、粉煤灰、鋼纖維摻量，砂的級(jí)配和鋼纖維品種對(duì)RPC強(qiáng)度及其耐久性的影響進(jìn)行了探討?，F(xiàn)將結(jié)果總結(jié)如下：
1, 硅灰的加入，拌合物粘性增加，流動(dòng)性下降。對(duì)于不同的養(yǎng)護(hù)制度， RPC的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨著硅灰摻量的增加而提高。
2, 鋼纖維的摻入使得拌合物流動(dòng)性下降，同時(shí)，RPC的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨著鋼纖維摻量的增加而提高。
3, 鋼纖維的品種對(duì)RPC抗壓強(qiáng)度的影響不大，對(duì)抗折強(qiáng)度有一定的影響，其中以ZH-09-25強(qiáng)度最高。
4, 粉煤灰摻量的增加使得RPC的抗壓強(qiáng)度下降，但能使抗折強(qiáng)度升高。
5, 粗骨料不利于RPC的強(qiáng)度。
6, 利用RPC制作的井蓋具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌性，且無(wú)回收價(jià)值的特點(diǎn)，完全可以取代鑄鐵井蓋，有廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用范圍和良好的社會(huì)效益。