矿物掺合料对活性粉末混凝土强度的影响.pdf
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1、文章 编 号: 1 0 0 7 - 0 4 6 X( 2 0 l 4 ) 0 4 - 0 0 3 5 0 4 :生 慈建材 矿物掺合料对活性粉末混凝土强度的影响 E f f e c t o f Mi n e r a l Ad mi x t u r e s o n t h e S t r e n g t h o f Co n c r e t e Mi x e d w i t h Ac t i v a t e d P o w d e r 项红梅 , 刘数华z , 高志扬z ( 1 随州市公路管理处,湖北随州 4 4 1 3 0 0 ;2 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北武汉4 3
2、 0 0 7 2 ) 摘要 : 论 述 了活性粉 末混 凝土 的发展 、制 备机 理及性 能 。通过 试验分 析 了硅 灰 、粉 煤 灰 、石灰石粉 、碱 活性 石粉 及玻璃粉等矿物掺合料对活性粉末混凝土强度的影响。研究结果表 明:硅灰具有很 高的活性 ,是制备活性 粉 末混凝 土的 必备 组分 ;粉煤 灰和石 灰石粉 的掺入会 导致 一定 的强度损 失 ,但掺 量较低 时 ,强度 降幅 较 小 ; 碱活性石粉和玻璃粉 因为组分 中含有大量的无定形 S i O,而具有较强的水化活性,对活性粉末混凝土强度 的 贡献 更大 ,掺 量 为 2 0 时强度 最 高。 关键 词 : 活 性粉 末混 凝
3、土 ;强度 ;矿物掺 合 料 中图分类号 :T U4 2 + 3 文献标志码 :A O 前 言 随着现代科技发展的日 新月异,人们对混凝土技术提 出了更高的要求,增加了组分的细度和反应活性的活性粉 末混凝土 ( R e a c t i v e P o w d e r C o n c r e t e ) 的研究和应用应运 而生。它是在继高强度、高性能混凝土之后,于1 9 9 3 年由 法 B o u y g u e s 公司研制成功的一种超高强、低脆性、耐久 性优异 ,并具有广阔应用前景的新型超高性能混凝土 。 由于活性粉末混凝土具有优异的力学性能及耐久性能, 很快在市政、海洋、国防、水电、桥梁
4、等领域获得广泛应 用并大力推广。加拿大魁北克省谢尔布鲁克市于 1 9 9 7 年 建造了世界上第一座活性粉末混凝土人行桥。该桥跨度 6 0 m,桥面宽 4 2 m。桥面板厚 3 0 mil l ,每隔 1 7 m设置 高7 0 m m的加劲肋。桁架腹杆是直径为 1 5 0 m m、壁厚为 3 m m的不锈钢管、内灌 R P C 2 0 0 。下弦为活性粉末混凝土 双梁,梁高 3 8 0 m m;均按常规混凝土工艺预制。每个预 制段长1 0 m、高3 m,运到现场后用后张预应力拼装而成l 2 1 。 L a f a r g e 公司采用活性粉末混凝土材料在美国爱荷华州建造 了 M a r s H
5、 i l l 桥。该桥为单跨桥梁,长 3 0 4 8 m,由3 根梁 承载。由于完全采用活性粉末混凝土材料建造,该桥 2 0 0 6 年获得美国P C I 学会两年一届的 “ 第十届桥梁竞赛奖”, 并被誉为 “ 未来的桥梁”3 1 。 1 活性粉末混凝土的制备原理 活性粉末混凝土是一种超高强度、高韧性、高耐久性、 低孔隙率、体积稳定性良好的水泥基复合材料。其基本制 备原理是f 4 _ 5 1 :尽量使组成材料均匀,且充分提高其细度和 活性,以极低的水胶比使得材料内部的缺陷 ( 孔隙和微裂 缝 ) 减到最少,从而获得超高强度和高耐久性。根据抗压 强度的不同,活性粉末混凝土可以分为 R P C 2
6、 0 0和 R P C 8 0 0 两个级别 ,抗压强度分别可以达到 2 0 0 M P a 和 8 0 0 M P a 6 。 目前,R P C 2 0 0已在工程中应用,R P C S 0 0 则处在实验室研 制阶段。 相比普通混凝土,活性粉末混凝土所用原材料有所不 同,主要有以下几种:优质水泥;级配良好的石英砂; 硅灰;高效减水剂。对韧性要求较高时,还需要掺入 微细钢纤维。活性粉末混凝土的制备技术主要有: 提高 材料匀质性,减少内部缺陷;优化颗粒级配,提高拌合 物的密实度;凝固后进行热养护 ,改善其微观结构; 基金项 目:国家 自然科学基金项 目 ( 5 1 2 0 8 3 9 1 ):
7、湖北省公路管理局 ( 公路行业)科技项 目 4 2 0 1 4 粉煤灰 3 5 掺加微细钢纤维,增加韧性。 1 1 提高匀质性 混凝土是一种由粗 、细集料及硬化水泥浆组成的多相 材料。从微观上看,混凝土是多相多孔的,集料中含有大 量微裂隙和微孔洞,是典型的非均匀材料。试验研究表明, 对于大多数固体材料,理论强度往往是实测值的千倍以上, 其原因很大程度上就是由于材料内部结构不完善,存在大 量缺陷,界面过渡区应力集中,不能使材料发挥其性能。 为消除由此带来的不利影响,主要通过:除去粒径 1 m m 的粗集料,将所用材料粒径控制在 0 1 1 m m之问来改善 内部结构的匀质性; 改善浆体力学性能,
8、消除集料与砂 浆的界面过渡区。 1 2 增大拌合物堆积密度 经验表明,颗粒堆积过程中是粒径较大的颗粒达到最 密集状态,而后由较小颗粒充实其孑 L 隙而达到次一级的密 集状态,以此类推 , 从而达到最大密实状态。由此可由以 下措施增大密实度:优化材料颗粒级配,选用相邻两级、 平均粒径差较大,而同级内级配连续的粉末材料,使得颗 粒混合料达到最大密实状态。选用相容性较好的高效减 水剂,改善搅拌条件,调整最佳水胶比, 使浆体在尽量低 的用水量的条件下保持良 好的工作性。在新拌混凝土凝 结前和凝结期间加压。凝结前加压可以有效减少气孑 L 数量 和体积,且模板有一定渗透性时,可使得多余水分从模板 问排出;
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