RPC130活性粉末混凝土在石武客專鐵路工程蓋板生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

石 磊

(中鐵十九局集團(tuán)有限公司，北京 100176)

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，簡(jiǎn)寫成RPC)是20世紀(jì)90年代由法國(guó)學(xué)者Richard等［1］研究成功的一種新型水泥基復(fù)合材料，它是由級(jí)配石英細(xì)砂、石英粉、水泥、硅灰、超塑化劑和鋼纖維等組成，在凝結(jié)、硬化過(guò)程中采取適當(dāng)?shù)某尚宛B(yǎng)護(hù)工藝，如加壓、加熱而獲得。其制備原理是通過(guò)提高組份的細(xì)度與活性，優(yōu)化顆粒級(jí)配并摻加微細(xì)鋼纖維，使材料內(nèi)部的缺陷減少，密實(shí)度增加，以獲得高強(qiáng)度、高韌性和高耐久性［2-6］。

在石武客專河南段SWZQ-2標(biāo)橋梁工程中，中鐵十九局集團(tuán)有限公司承接的電纜槽蓋板生產(chǎn)任務(wù)是鋪設(shè)道路長(zhǎng)度100 km，所需產(chǎn)品用量折合混凝土量9 000 m3，面積360 000 m2，日產(chǎn)蓋板制品6 600塊。電纜槽蓋板RPC材料的性能設(shè)計(jì)指標(biāo)為抗壓強(qiáng)度＞130 MPa、抗折強(qiáng)度＞18 MPa、彈性模量 ＞48 GPa，電通量 ＜40 C、抗凍性 ＞F600。為此，在綜合性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，開(kāi)展了有效降低生產(chǎn)成本及控制產(chǎn)品質(zhì)量的研究。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥:選用衛(wèi)輝市天瑞水泥有限公司的P·O 42.5普通硅酸鹽水泥;礦渣粉:S95級(jí)，比表面積445 m2/kg，新鄉(xiāng)市建鴻建材有限公司生產(chǎn);硅灰:三遠(yuǎn)微硅粉有限公司生產(chǎn)，SiO2含量92.60%，比表面積18～27 m2/g;石英砂:采用三種規(guī)格的石英砂，粒徑20～40目的粗砂，40～70目的中砂，70～120目的細(xì)砂，SiO2含量≥98.12%，登封市麗晶硅石型砂廠生產(chǎn);鋼纖維:武漢新途工程纖維制造有限公司生產(chǎn)，直徑0.22 mm，長(zhǎng)徑比60;高效減水劑:深圳邁地混凝土外加劑有限公司生產(chǎn)的PCA聚羧酸系減水劑，固含量 25.82%，減水率36.3%。

1.2 試驗(yàn)步驟

1)攪拌:將稱好的水泥、礦渣粉、硅灰、石英砂、鋼纖維倒入攪拌機(jī)中，先攪拌3 min。再將溶有高效減水劑的水倒入攪拌機(jī)再攪拌3 min。

2)成型:將RPC拌合物澆筑100 mm×100 mm×400 mm試模和100 mm×100 mm×100 mm試模中，在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)2 min。

3)養(yǎng)護(hù):RPC拌合物成型后，用塑料布覆蓋，放在初養(yǎng)室中(45℃)養(yǎng)護(hù)22 h后，降溫2 h后拆模，再將試塊放在終養(yǎng)室中(80℃)蒸汽養(yǎng)護(hù)48 h后，取出降至室溫，然后按 GB/T 50081—2002進(jìn)行抗折、抗壓強(qiáng)度等相關(guān)試驗(yàn)。

表1 活性粉末混凝土施工配合比

1.3 活性粉末混凝土的施工配合比

活性粉末混凝土生產(chǎn)施工配合比見(jiàn)表1，其中石英砂的配制比例為粗砂∶中砂∶細(xì)紗=16∶68∶16。

2 混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果分析及蓋板生產(chǎn)工藝控制

2.1 混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果分析

在活性粉末混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)過(guò)程中，進(jìn)行了不同膠凝材料的組成研究，結(jié)果表明，硅灰摻量是影響混凝土強(qiáng)度的因素之一，其摻量控制在每方180～200 kg之間比較適宜。鋼纖維的摻量是影響混凝土強(qiáng)度的又一因素，其摻量＞110 kg時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度比較容易得到保證。石英砂的級(jí)配組成是影響混凝土強(qiáng)度的第三因素，其中粗砂∶中砂∶細(xì)紗為16∶68∶16時(shí)混凝土強(qiáng)度最佳。W/B是影響混凝土強(qiáng)度的第四因素，配制時(shí)W/B控制在0.145以下時(shí)比較經(jīng)濟(jì)合理。第五個(gè)影響因素是活性粉末混凝土含氣量大小，生產(chǎn)時(shí)混凝土含氣量控制在4%左右綜合性能比較好。其實(shí)，活性粉末混凝土配合比的設(shè)計(jì)，本質(zhì)上就是對(duì)上述五個(gè)主要因素之間的組成如何進(jìn)行合理匹配。綜合考慮到活性粉末混凝土的工作性能、力學(xué)性能及耐久性能，最終蓋板生產(chǎn)用活性粉末混凝土的施工采用了表1所示的配合比。其性能指標(biāo)實(shí)測(cè)為抗壓強(qiáng)度139.9 MPa，抗折強(qiáng)度19.6 MPa，彈性模量50.1 GPa，氯離子滲透性平均電通量值35.3 C，快速凍融循環(huán)600次后其質(zhì)量損失僅為3.2%、相對(duì)動(dòng)彈性模量為73.5%。該配合比的混凝土具有很好的可施工性能，性能指標(biāo)完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.2 蓋板生產(chǎn)質(zhì)量工藝控制分析

在電纜槽蓋板實(shí)際生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)蓋板橫向水平放置在鐵架上進(jìn)行初、終養(yǎng)護(hù)時(shí)容易在蓋板表面產(chǎn)生白色斑點(diǎn)以及小墊塊遺留下的暗色痕跡，影響了蓋板的外觀質(zhì)量。其原因主要是，養(yǎng)護(hù)時(shí)蓋板直接接觸高溫水蒸汽，水蒸汽中的水垢會(huì)在蓋板表面結(jié)晶形成Ca(OH)2晶體，產(chǎn)生白色斑點(diǎn);小墊塊遺留下的暗色痕跡是由于墊塊下面的混凝土與其它混凝土養(yǎng)護(hù)條件不一致造成了混凝土的水化成熟度不一致引起的。為了解決蓋板表面色差不均問(wèn)題，可將蓋板豎向放置在鐵架上，每塊蓋板之間留有一定的間隙便于熱空氣流通，最后在鐵架外表面覆蓋一層塑料薄膜，這樣可有效解決蓋板表面的色差問(wèn)題。切忌在養(yǎng)護(hù)時(shí)將每塊蓋板直接用塑料薄膜包裹，這樣不僅會(huì)造成很大的浪費(fèi)，而且還會(huì)造成導(dǎo)熱不良大大降低混凝土強(qiáng)度的不良后果。生產(chǎn)中還發(fā)現(xiàn)石英砂的組成及質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，制造的蓋板表面會(huì)出現(xiàn)鋼纖維外露的質(zhì)量問(wèn)題，因此生產(chǎn)中一定要嚴(yán)格控制好石英砂的級(jí)配組成及質(zhì)量。

3 結(jié)論

1)通過(guò)對(duì)硅灰摻量、鋼纖維摻量、石英砂級(jí)配組成、W/B大小及混凝土含氣量大小五個(gè)主要因素之間的組成進(jìn)行合理匹配的設(shè)計(jì)研究，配制出了性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求的活性粉末混凝土，并在石武客專河南段SWZQ-2標(biāo)橋梁工程蓋板的生產(chǎn)中得到了成功的應(yīng)用，很好完成了電纜槽蓋板生產(chǎn)面積360 000 m2，日產(chǎn)蓋板制品6 600塊的生產(chǎn)任務(wù)。

2)將蓋板豎向放置在鐵架上，鐵架外表面覆蓋一層塑料薄膜的養(yǎng)護(hù)方式可有效解決蓋板表面色差不均的問(wèn)題。嚴(yán)格控制石英砂級(jí)配組成及質(zhì)量波動(dòng)，可很好解決蓋板表面鋼纖維外露的質(zhì)量問(wèn)題。

［1］RICHARD P，CHEYREZY M.Composition of reactive powder concrete［J］.Cement and Concrete Research，1995，25(7):1501-1511.

［2］YAN Peiyu，F(xiàn)ENG Jianwen.Mechanical behaviour of UHPC and UHPC filled steel tubular stub columns［C］//Proceedings of 2nd International Symposium on Ultra High Performance Concrete，2008:355-364.

［3］蔣宗全，楊忠，郭曉安，等.活性粉末混凝土配合比設(shè)計(jì)研究及生產(chǎn)工藝［J］.鐵道建筑，2010(7):142-144.

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