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活性粉末混凝土原材料及制备方法活性粉末混凝土原材料及制备方法活性粉末混凝土原材料及制备方法活性粉末混凝土原材料及制备方法 北京交通大学土木建筑工程学院北京交通大学土木建筑工程学院 安明喆安明喆School of Civil Engineering and Architecture, Beijing Jiao tong University1Beijing Jiaotong University前言前言 随着新型高效减水剂的发明与应用、矿物超细粉的回收与加工、纤维材料的发展以及新型水泥基材料的发明，混凝土技术有了重大突破，尤其是高性能混凝土（HPC）和超高性能混凝土（UHPC）目前HPC和UHPC已经广泛地应用于世界各地的重特大工程中2Beijing Jiaotong University一、一、RPC材料及其发展现状材料及其发展现状1. 1. 什么是什么是UHPCUHPC活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，以下简称RPC）作为UHPC的一种，是90年代中期法国Bouygues公司Richard等人研制出的具有超高强度、高韧性、高耐久性、且体积稳定性良好的水泥基复合材料。

超高性能混凝土” (Ultra—High Performance Concrete UHPC) ，所谓“超高” 包含两个方面——超高的力学性能和超高的耐久性UHPC以DSP（densified systems containing homogeneous arranged ultrafine particle ）技术为基础，使“DSP+S（砂）+F（纤维）”体系的抗压强度＞200MPa，“DSP+S（砂）+G（碎石）”的抗压强度＞150MPa 定义：定义： RPC RPC由超细活性粉末、水泥、优质细骨料、高强度纤维等组分，通过由超细活性粉末、水泥、优质细骨料、高强度纤维等组分，通过最优化级配设计，经高温热合等特定工艺制备而成，是超细粒聚密材料与纤最优化级配设计，经高温热合等特定工艺制备而成，是超细粒聚密材料与纤维增强技术相结合的高技术复合材料维增强技术相结合的高技术复合材料3Beijing Jiaotong University一、一、一、一、RPCRPC材料及其发展现状材料及其发展现状材料及其发展现状材料及其发展现状RPC具有高强度、高韧性、高耐久性和高环保性 4Beijing Jiaotong University2. RPC 2. RPC 研究及发展现状研究及发展现状一、一、一、一、RPCRPC材料及其发展现状材料及其发展现状材料及其发展现状材料及其发展现状5Beijing Jiaotong University国外国外国外国外RPCRPCRPCRPC主要研究及应用主要研究及应用主要研究及应用主要研究及应用2. RPC2. RPC研究及发展现状研究及发展现状一、一、一、一、RPCRPC材料及其发展现状材料及其发展现状材料及其发展现状材料及其发展现状6Beijing Jiaotong University国内国内国内国内RPCRPCRPCRPC主要研究机构及研究内容主要研究机构及研究内容主要研究机构及研究内容主要研究机构及研究内容 2. RPC2. RPC研究及发展现状研究及发展现状一、一、一、一、RPCRPC材料及其发展现状材料及其发展现状材料及其发展现状材料及其发展现状7Beijing Jiaotong University本课题组自开展RPC研究以来，先后得到了多项国家自然科学基金的资助。

项目编号项目名称5110801951108019活性粉末混凝土在复杂应力状态下的强度与本构关系研究活性粉末混凝土在复杂应力状态下的强度与本构关系研究511008014511008014钢管约束下活性粉末混凝土本构模型研究钢管约束下活性粉末混凝土本构模型研究5077802150778021活性粉末混凝土的疲劳损伤机理研究活性粉末混凝土的疲劳损伤机理研究5077801750778017活性粉末混凝土墩柱构件的损伤机理研究活性粉末混凝土墩柱构件的损伤机理研究5050800550508005活性粉末混凝土的基本力学特性及其机理研究活性粉末混凝土的基本力学特性及其机理研究2. RPC2. RPC研究及发展现状研究及发展现状一、一、一、一、RPCRPC材料及其发展现状材料及其发展现状材料及其发展现状材料及其发展现状8Beijing Jiaotong University（建筑工程）（建筑工程）车站顶棚高炉屋顶建筑外墙面层板车站声屏障板建筑外墙面层板一、一、一、一、RPCRPC材料及其发展现状材料及其发展现状材料及其发展现状材料及其发展现状2. RPC2. RPC研究及发展现状研究及发展现状9Beijing Jiaotong University2一、一、一、一、RPCRPC材料及其发展现状材料及其发展现状材料及其发展现状材料及其发展现状各类RPC预制构件2. RPC2. RPC研究及发展现状研究及发展现状10Beijing Jiaotong University一、一、一、一、RPCRPC材料及其发展现状材料及其发展现状材料及其发展现状材料及其发展现状2. RPC2. RPC研究及发展现状研究及发展现状韩国RPC人行拱桥 日本Sakata-Mirai人行桥加拿大Sherbrooke人行桥我国青藏铁路RPC桥梁北京五环路RPC盖板（桥梁工程）（桥梁工程）11Beijing Jiaotong University二、二、二、二、RPCRPC制备原理制备原理制备原理制备原理1. 1. 基本原理基本原理（（1 1））匀质性的改进匀质性的改进 1 1）） 用细骨料代替粗骨料用细骨料代替粗骨料 2 2）） 提高浆体的力学性能提高浆体的力学性能 3 3）） 降低骨料与浆体的比值降低骨料与浆体的比值 4 4）） 减少界面与改善过渡区减少界面与改善过渡区（（3 3）） 热处理改善微观结构热处理改善微观结构 1 1）） 按合理制度高温养护按合理制度高温养护 2 2）） 激发活性组分的活性激发活性组分的活性（（4 4）） 掺入钢纤维增加韧性与强度掺入钢纤维增加韧性与强度 高强度钢纤维改善韧性，提高强度高强度钢纤维改善韧性，提高强度（（2 2）） 密实度的提高密实度的提高 1 1）） 优选原材料优选原材料 2 2）） 最密实配料最密实配料 2 2）） 成型工艺成型工艺 12Beijing Jiaotong University二、二、二、二、RPCRPC制备技术制备技术制备技术制备技术2. 2. 配合比设计思路配合比设计思路设计思路：设计思路：混凝土的集料尽可能地紧密堆积，集料颗粒之间的空隙由具有一定混凝土的集料尽可能地紧密堆积，集料颗粒之间的空隙由具有一定水胶比的浆体填充，胶凝材料级配合理。

水胶比的浆体填充，胶凝材料级配合理 进一步再考虑颗粒间的物理化学反应，通过颗粒间的相互粘结形成进一步再考虑颗粒间的物理化学反应，通过颗粒间的相互粘结形成均匀的内部结构，达到超高强和高密实均匀的内部结构，达到超高强和高密实13Beijing Jiaotong University三、原材料三、原材料三、原材料三、原材料1.1.原材料组成原材料组成（1）水泥水泥：普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥 （2）骨料骨料：石英砂，粒径范围0~1250μm，三种粒级（3）钢纤维钢纤维：细圆形钢纤维，直径0.20mm，长度12~14mm（4）矿物添加剂矿物添加剂：多种活性矿物通过活性组合实验与最佳颗粒级配计算配制（5）高性能减水型外加剂高性能减水型外加剂：新型高性能减水剂，深紫色透明液体，减水率为31%14Beijing Jiaotong University三、原材料三、原材料 水泥应采用品质稳定、强度等级不低于42.5级的低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥，水泥熟料中C3A含量不得大于8％其它性能应符合GB175-2007规定，不得使用其它品种水泥 我国配制活性粉末混凝土所用水泥一般为42.5#的普通硅酸盐水泥。

1.1 1.1 水泥水泥矿物名称 C3SC2SC3AC4AFf-CaO f-MgO含量(%) 60.518.17.4 8.9 0.9 1.842.5#水泥的熟矿物组成其中，石膏掺量为2.95-3.0%15Beijing Jiaotong University三、原材料三、原材料三、原材料三、原材料1.2 1.2 骨料骨料 RPC所用骨料为石英砂，其性能指标应满足要求：序号项目单位性能指标1SiO2含量%≥972氯离子含量%≤0.023硫化物及硫酸盐含量%≤0.504云母含量%≤0.505含泥量%≤0.50 分粗砂、中砂、细砂三种粒径，不同粒级石英砂的超粒径含量限制如下：不同粒级石英砂1.25～0.63mm0.63～0.315mm0.315～0.16mm≥1.25mm＜0.63mm≥0.63mm＜0.315mm≥0.315mm＜0.16mm百分率（％）5105105516Beijing Jiaotong University三、原材料三、原材料1.3 1.3 钢纤维钢纤维钢纤维应采用高强度圆截面纤维，其性能指标应满足要求：序号项目单位性能指标1抗拉强度MPa≥28502长度*%12～14mm纤维比例≥96%3直径**%0.18～0.22mm纤维比例≥90%4形状合格率%≥96%5杂质含量%≤1.00%注：*50根试样的长度平均值应在12～14mm范围内；**50根试样的直径平均值应在0.18～0.22mm范围内。

17Beijing Jiaotong University RPC配制过程中掺加矿物掺合料可以减小水泥用量，提高组份的细度和反应活性，同时还可以改善活性粉末混凝土的内部结构，从而改善其基本性能通常活性粉末混凝土中掺加的矿物掺合料有：硅粉、粉煤灰、矿粉、偏高岭土等几种1.4 1.4 矿物掺合料矿物掺合料三、原材料三、原材料18Beijing Jiaotong University1.4.1 1.4.1 硅粉硅粉 硅粉也叫硅灰（Silica Fume ），是工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中，随废气逸出的烟尘经特殊的捕集装置收集处理而成 常用的硅粉是灰白色球状粉末，表观密度通常为150～250 kg/m3，比表面积≥20 m2/g，粒径小于1µm，平均粒径为0.1～0.2µm，无定形SiO2含量≥90%三、原材料三、原材料三、原材料三、原材料19Beijing Jiaotong University 粉煤灰（fly ash）是工业固体废物的一种是煤粉进入1300～1500℃的炉膛后，在悬浮燃烧条件下经受热面吸热后冷却而形成的 活性粉末混凝土中，由于水胶比较低，所以在配制过程中掺入粉煤灰具有如下优点： （1）粉煤灰能和硅灰一起改善拌合物的流动性及和易性，降低拌合物的粘稠度，减少搅拌时引入的气泡，提高基体的密实度； （2）由于粉煤灰在早期不参与水化，所以在整个胶凝组分中水灰比（水/水泥）并不低，因此掺加粉煤灰有利于水泥在早期的水化。

同时在水化后期，粉煤灰能与水泥水化物进行二次水化反应，起到进一步填充密实的效果； （3）利用粉煤灰部分替代水泥还能够降低总成本，提高性能价格比1.4.2 1.4.2 粉煤灰粉煤灰三、原材料三、原材料20Beijing Jiaotong University1.钢纤维1.钢纤维1.4.3 1.4.3 其它矿物掺合料其它矿物掺合料 偏高岭土偏高岭土是在一定温度和条件控制下煅烧的高岭土，具有较高的火山灰活性活性粉末混凝土配制过程中掺加的偏高岭土具有加速水泥水化效应、填充效应及火山灰效应，从而提高活性粉末混凝土的强度及其他性能此外矿粉矿粉也可用于制备活性粉末混凝土三、原材料三、原材料21Beijing Jiaotong University 活性粉末混凝土配制过程中通过掺加减水剂来降低水的用量，从而降低水胶比用来配制活性粉末混凝土的减水剂应有很好的减水效果，并能与所选水泥相匹配，即水泥与减水剂的相容性好1.5 1.5 高效减水剂高效减水剂三、原材料三、原材料序号项目单位性能指标1减水率%≥292总碱含量（按Na2O质量计）%≤3.53氯离子含量%≤0.24硫酸钠含量%≤1.55含固量%≥306凝结时间差min±1207净浆流动度mm≥2508含气量%≤2.09抗压强度比3d%≥1307d%≥12528d%≥12010对钢筋锈蚀作用-对钢筋无锈蚀作用高效减水剂性能指标高效减水剂性能指标高效减水剂的减水率检验按GB8076-2008要求进行，掺量宜在2.5～3.0%。

22Beijing Jiaotong University四、制备及成型工艺四、制备及成型工艺四、制备及成型工艺四、制备及成型工艺 活性粉末混凝土和普通混凝土一样，仍然是一种多相水泥基复合材料，可以采用普通混凝土的制备设备，但在生产工艺控制上有特殊要求其制备及成型步骤如下：23Beijing Jiaotong University四、制备及成型工艺四、制备及成型工艺四、制备及成型工艺四、制备及成型工艺 1.制备工艺制备工艺技术要求： （1）模板应具有足够的强度、刚度和稳定性；应保证构件各部位形状、尺寸及预埋件的准确定位 （2）搅拌设备应为强制式搅拌机，搅拌机转速不宜低于45转/min （3）投料、搅拌顺序投料、搅拌顺序：先加石英砂和钢纤维，搅拌3min；再加入水泥和矿物掺合料，搅拌1min；最后加水和化学增强剂，再搅拌4min （4）搅拌完毕的活性粉末混凝土材料拌合物坍落度宜控制在140～180mm拌合物应在20min内浇筑完毕单一构件应一次浇注成型 （5）活性粉末混凝土材料搅拌、运输、浇筑及构件静停应在10℃以上的环境下完成。

（6）在浇筑活性粉末混凝土材料构件过程中，应随机抽样制作活性粉末混凝土材料试件试件应随构件同条件下成型，并随构件同条件养护24Beijing Jiaotong University四、制备及成型工艺四、制备及成型工艺四、制备及成型工艺四、制备及成型工艺 搅拌好的RPC材料应一次性装入试模并高出试模上口，在振动台上振动成型振动时应防止试模在振动台上跳动，并用抹刀沿试模内壁多加插捣，持续到RPC表面出浆为止振捣过程中注意抹平压光，并防止气泡产生振捣结束刮去多余的拌合物，用抹刀抹平试件表面，将模具放入养护室，养护至24h～36h后拆模2.成型工艺成型工艺25Beijing Jiaotong University四、制备及成型工艺四、制备及成型工艺四、制备及成型工艺四、制备及成型工艺 成型完毕的构件先要放入温度20±2℃、相对湿度95%以上的标准养护室内养护24h~36h，之后拆模； 然后将脱模后的试件放入蒸汽养护箱中，先将温度调至45℃，2h后调至60℃，再2h将温度升高至75℃后维持不变，养护68h后取出试件； 最后将养护后的试件放到温度为（20±2）℃、湿度为（60±5）%的恒温恒湿试验室。

3.养护方法养护方法26Beijing Jiaotong University五、工作性五、工作性 工作性是指混凝土拌合物在不发生离析、泌水的条件下，能够满足一系列施工工序（如拌合、运输、浇灌、振捣等）的性能，包括流动性、粘聚性和保水性 对RPC而言，影响其工作性的主要因素有：水胶比、砂胶比、钢纤维种类及掺量、矿物掺合料的掺量 27Beijing Jiaotong University五、配合比对工作性能的影响五、配合比对工作性能的影响五、配合比对工作性能的影响五、配合比对工作性能的影响 1、水胶比水胶比对活性粉末混凝土流动度影响随着水胶比的增大，拌合物的流动度也随之增大28Beijing Jiaotong University五、配合比对工作性能的影响五、配合比对工作性能的影响五、配合比对工作性能的影响五、配合比对工作性能的影响 2、砂胶比砂胶比对活性粉末混凝土流动度影响随砂胶比的增大，活性粉末混凝土的流动度逐渐减小29Beijing Jiaotong University五、配合比对工作性能的影响五、配合比对工作性能的影响五、配合比对工作性能的影响五、配合比对工作性能的影响 3、钢纤维种类及掺量纤维掺量对活性粉末混凝土流动性影响随钢纤维掺量的增加，活性粉末混凝土的坍落度逐渐减小，流动性变差。

30Beijing Jiaotong University五、配合比对工作性能的影响五、配合比对工作性能的影响 不同纤维类型活性粉末混凝土流动性随纤维掺量变化31Beijing Jiaotong University五、配合比对工作性能的影响五、配合比对工作性能的影响五、配合比对工作性能的影响五、配合比对工作性能的影响 4、矿物掺合料掺量硅粉与水泥比例变化对活性粉末混凝土坍落度影响硅灰对活性粉末混凝土拌合物的流变性的改善有很大的作用,但其有一个最佳掺量,超过最佳掺量后,反而会使拌合物的流动性降低32谢谢谢谢 谢！谢！谢！谢！北京交通大学土木建筑工程学院北京交通大学土木建筑工程学院School of Civil Engineering and Architecture, Beijing Jiaotong University33。