免蒸養(yǎng)活性粉末混凝土研究現(xiàn)狀

徐 雯 譚淑珍 彭 奧 黃文杰

（廣州大學(xué)土木工程學(xué)院 廣東廣州 510006）

引言

1993年法國(guó)學(xué)者采用DSP（Densified Small Particles）模型，將傳統(tǒng)混凝土中的粗骨料剔除，根據(jù)最緊密堆積原理使得材料內(nèi)部的均質(zhì)性提高，摻入適量活性摻合料以及微細(xì)高強(qiáng)短纖維經(jīng)過(guò)成型施壓，然后高溫養(yǎng)護(hù)處理研制出了一種具有高強(qiáng)度、高韌性和高耐久性的混凝土[1]。

有試驗(yàn)研究[2]表明，通過(guò)優(yōu)選原材料、優(yōu)化粉粒顆粒級(jí)配、降低水膠及改變養(yǎng)護(hù)和成型方式等技術(shù)手段，能夠使活性粉末混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生很大影響。采用高溫高壓養(yǎng)護(hù)是RPC的一般養(yǎng)護(hù)方式，這不僅提高了RPC的生產(chǎn)成本，同時(shí)由于RPC本身水膠比低，采用熱養(yǎng)護(hù)會(huì)使得自身的收縮較大，導(dǎo)致現(xiàn)澆困難，限制了其在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。因此，采用普通混凝土類似的常規(guī)生產(chǎn)工藝和常溫養(yǎng)護(hù)條件，制備出工作性能較好的高性能RPC，不僅可以使RPC的經(jīng)濟(jì)性提高，同時(shí)也為拓寬其工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 配置原理及技術(shù)

免蒸養(yǎng)活性粉末混凝土是一種高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性的混凝土。它的基本配制原理是：通過(guò)加入硅灰或者粉煤灰等提高部分原材料中的細(xì)度與活性，減小材料內(nèi)部的缺陷（孔隙與微裂縫），獲得超高強(qiáng)度與高耐久性。另外原材料還包括高強(qiáng)摻和料、高效減水劑與微細(xì)高強(qiáng)鋼纖維[3]等。

RPC的制備具體采取了以下技術(shù)措施：

（1）提高基體勻質(zhì)性：將粗骨料剔除，減少骨料與漿體界面薄弱區(qū)形成的微觀缺陷；將骨料顆粒相互分離，提高漿體的比例，不形成剛性骨架。在溫度、收縮等作用下，由于漿體變形無(wú)剛性骨架約束，因而可減少微裂縫的產(chǎn)生。

（2）提高基體密實(shí)度：在RPC配制過(guò)程中，優(yōu)化原材料的顆粒級(jí)配，使得相鄰粒級(jí)的平均粒徑比得以提高，小顆粒填充于大顆?？障吨小＜尤敫咝p水劑，降低混凝土拌合物的水膠比。

（3）摻入纖維提高韌性：在RPC中摻入適量的鋼纖維或其他纖維，提高材料的韌性。

2 免蒸養(yǎng)RPC國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

免蒸養(yǎng)活性粉末混凝土在工程中的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，但是活性粉末混凝土在國(guó)內(nèi)外都有廣泛的應(yīng)用。因此，免蒸養(yǎng)RPC的展望是能達(dá)到RPC的工程實(shí)際應(yīng)用高度。

2.1 在國(guó)外的應(yīng)用

（1）1996年，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)了大量的活性粉末混凝土制品。

（2）1997年，由加拿大、瑞士、法國(guó)、美國(guó)共同開發(fā)的一個(gè)活性粉末混凝土試點(diǎn)工程——Sherbrook人行橋[4]，采用RPC200進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從1997年11月正式開通，至今完好。

（3）2001年，美國(guó)的伊利諾斯州用活性粉末混凝土材料建成了一個(gè)直徑為18m的圓形屋蓋。該屋蓋在設(shè)計(jì)中未使用任何鋼筋，考慮了RPC的延性。

（4）2002年，韓國(guó)的首爾建成了一座采用活性粉末混凝土為材料、跨度為120m的拱橋。

（5）2006年美國(guó)建成第一座高等級(jí)活性粉末混凝土單跨簡(jiǎn)支梁橋——Wapello County Mars HillBrige.

（6）2008年，法國(guó)埃羅省采用RPC預(yù)制樁在一個(gè)月時(shí)間內(nèi)建成了一座跨度70m，橋面寬1.8m的Anges步行橋[5]。

（7）2013年，法國(guó)的Jean Bouin體育場(chǎng)的外殼采用了3600塊RPC薄板組成自承重雙重曲面結(jié)構(gòu)。

2.2 國(guó)內(nèi)應(yīng)用

（1）2005年，沈陽(yáng)某工廠擴(kuò)建工程采用了抗壓強(qiáng)度為120.5MPa的活性粉末混凝土。

（2）2006年，我國(guó)遷曹鐵路灤柏干渠大橋工程中首次采用跨度為20m的RPC預(yù)制T形梁。

（3）2008年，在薊港鐵路中采用高度1800m，跨度32m的T形梁，成功解決了線路跨線凈高受限的問(wèn)題。

2.3 國(guó)內(nèi)研究

（1）2010年，青島理工大學(xué)碩士論文《免蒸養(yǎng)活性粉末混凝土研究及應(yīng)用》，研究了在標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)下的RPC的基本力學(xué)性能和耐久性，對(duì)免蒸養(yǎng)活性粉末混凝土制作的高強(qiáng)井算的承載力進(jìn)行了試驗(yàn)。

（2）2013年，劉永道等人對(duì)170MPa免蒸養(yǎng)活性粉末混凝土進(jìn)行了試驗(yàn)研究。他得出結(jié)論，在常溫養(yǎng)護(hù)[6]下石英粉不僅發(fā)揮其填充作用，而且部分發(fā)生反應(yīng)，并與水化硅酸鈣基體形成致密的連續(xù)體，從而促進(jìn)RPC的抗壓強(qiáng)度提高。

3 免蒸養(yǎng)活性粉末混凝土在研究和實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題

（1）原材料不足：水泥強(qiáng)度等級(jí)較低。我國(guó)水泥在細(xì)度和產(chǎn)量方面比較局限，高強(qiáng)度水泥使用較少，一般工程使用都是42.5的水泥，52.6和62.5的水泥使用較少。其次是優(yōu)質(zhì)高效減水劑比較缺乏。在我國(guó)，萘系減水劑已經(jīng)使用二十幾年，但減水率不高，坍落度損失很快，難以滿足實(shí)際工程需要。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示至今為止，較好的減水劑其減水率一般也只有25%左右。

（2）工藝較其它混凝土復(fù)雜，且成本昂貴。一方面免蒸養(yǎng)活性粉末混凝土水膠比比較低，且需要摻入鋼纖維，導(dǎo)致其攪拌和成型上相較于普通混凝土困難。另一方面免蒸養(yǎng)活性粉末混凝土的基本配制原理和普通混凝土不同，使它對(duì)各組分及生產(chǎn)過(guò)程的要求較高，硅粉、高效減水劑和鋼纖維的摻入也會(huì)提高免蒸養(yǎng)RPC的生產(chǎn)成本，阻礙它的推廣和使用。免蒸養(yǎng)RPC采用標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)條件在一方面已經(jīng)降低了生產(chǎn)成本，如何降低它原材料的造價(jià)而不影響其工作性能是接下來(lái)研究工作者的另一個(gè)目標(biāo)。

4 結(jié)論

通過(guò)大量的試驗(yàn)研究表明：免蒸養(yǎng)活性粉末混凝土的基本力學(xué)性能以及耐久性都是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通混凝土，且在慢慢接近采用高溫高壓養(yǎng)護(hù)條件的活性粉末混凝土性能的。在工程性能可以滿足工程應(yīng)用需要的基礎(chǔ)上，還能大大降低RPC的生產(chǎn)成本，這為免蒸養(yǎng)RPC在實(shí)際工程中的大量應(yīng)用起到了很大的推廣作用。