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1、! ! !塑宣皇箜：2 0 0 - 6 0 0 M P a 级强度系列活性粉末混凝士实用化I 艺研究2 0 0 - 6 0 0 M P a 级强度系列 活性粉末混凝土实用化工艺研究张育宁方秦侯晓峰( 解放荦理工大学工程兵工程学院，南京2 1 0 0 0 7 )摘要：活性粉末混凝土( R P C ) 具有优良的静动力学性能在防护工程领域具有较广阔的应用前景，本文结合有关研究工作，介绍了研制2 0 0 6 0 0 M P a 级强度系列活性粉末混凝土的相关研究情况，重点介绍了其实用化工艺的初步研究成果。1 引言自1 9 9 3 年法国B o u y g u e s 实验室研制出活性粉末混凝土( R
2、 e a c t i v eP o w d e rC o n c r e t e ) 以来，这种与传统混凝士相比具有诸多革命性优势的新型工程材料已经在交通、土木、石油、核电、市政、海洋、军事、民防等工程领域进行了初步应用，实践证明，随着人们对R P C的深入研究，特别是对其实用化工艺、技术及标准的深入研究与发展，其应用领域和应用范围将越来越广，必将成为2 l 世纪工程材料领域的一种重要工程材料。2 国内外研究现状及发展趋势在国外，以P i e r r e R i c h a r d 为代表的多个研究群体开发出了2 0 0 M P a 和8 0 0 M P a 两个级别的R P C ，从已公开发
3、表的论文来看，其研究涵盖了原材料和配合比优化、水化产物与特征、养护制度、工程应用等各方面，研究手段和研究成果系统而先进。在防护工程领域，美英海军、美国陆军、法国及韩国、泰国的军队已经用砌建设了重要的防护工程，我国的台湾 省也将其用于军事工程，应该说，2 咖a 级R P c 在国外的实用化工艺已经相当成熟。在国内，清华大学、东南大学、湖南大学等单位的覃维祖、孙伟、何峰等人相继发表了有关2 0 0 啪P a 级I t P c 研究与试验的论文，个别单位对2 0 0 M P a 级别的R P C 进行了配合比优化、养护制度的相关研究，取得了一定成果。总体上来看，国内进行过相关研究的单位有1 0 多个
4、，迄今为止，未见有研制出6 0 0 M P a 级R P C 的有关报道，目前存在的问题是：研究和试验手段相对落后，各单位的研究与试验不能形成系统化、原创性研究成果缺乏，但不管怎样，国内的研究已经逐渐向实用化、系统化方向深化，其形势是喜人的。3 基本研究思路R P C 在防护工程领域具有广阔的应用前景，可用于遮弹层、高抗力防护门、重要目标战中国东I 程学会防护I 程分会第丸次学本4 会论文集1 3 7 7时加固、导弹发射井盖等方面，因此，实现其工艺的实用化、降低成本以及尽快实现应用的标准化、规范化是应该重点考虑的问题。在本课题研究中，我们主要采取了以下做法： ( 1 ) 原材料的优化根据国内外
5、有关资料，微细钢纤维、高性自g g b l J a 剂、高标号高品质水泥是配制R P C 的关键性原材料，其中，微细钢纤维所占成本最大，所能得到的种类有限；没有高性能外加剂降低水胶比，并赋予R P C 合理的施工工艺性能就难以实现高强度与实际应用；高标号高晶质的水泥是实现m ) c 强度进一步提高的核心因素之一。为此，几年来，我们在实现原材料的优化方面，做了巨大的努力。目前，在原材料的可靠来源方面，根据试验情况选用或合作开发了8 种类型且长度、直径、强度不同的微细纤维，并均已经具备了工业化生产能力，这些微细纤维为配制出2 0 0 - 6 0 0 M P a 强度系列的R P C 奠定了坚实的基
6、础。在高标号高品质水泥的选用方面，我们制定了有关原则，确保在工艺加工和实用过程中不会发生m 的早期开裂、和易性不佳、养护标准高等问题。( 2 ) 优化配合比，尽最大可能探索既能提高其强度、又不大幅度提升成本的实用化工艺与方法。研究伊始，我们就确立了强度、成本、实用并重的基本原则。R 王能否在防护工程领域获得较大规模的应用，成本是个非常敏感的因素，国外2 0 0 M P a 级的砌单方成本一般在8 0 0 1 0 0 0 美元，我们经过努力，可以使同强度等级R p c 的单方原材料成本降低到人民币4 2 0 0 - 4 5 0 0 元( 还有进一步降低的空间) ；对于2 0 0 4 0 0 M
7、P a 强度等级的R P C ，原材料价格也基本上能控制在5 0 0 0 元人民币以下；对于6 0 0 M P a 级的R P C ，单方原材料成本不超过5 5 0 0 元人民币，原材料的成本控制是R P C 配合比优化中的核心内容。工艺优化中，根据前期的其它相关研究成果，并根据有关纤维增强材料的增强原则和方法，我们确立了四项匹配原则，即强度匹配、尺度匹配、X X 匹配及Y Y 匹配原则，这些原则的确立，为迅速找出能有效提高R P C 强度的实用化方法打下了初步的理论基础，经试验达到了目的。目前，我们正努力实现其尽可能的量化，以求为今后实现R P C 配合比的计算机辅助设计与优化刨造条件。(
8、3 ) 实现强度的系列化目前，国外的研究中，2 0 0 M P a 级的R P C 基本实现了可根据强度需要，合理调整配合比，尤其是通过调整微细钢纤维掺量的方式，来实现对其抗压强度、抗折强度的合理调整和优化。为此，我们采用并发展了这种思路，目前，已经开发出了2 8 天抗压强度2 0 0 6 0 0 M P a ，抗折强度2 0 。8 0 M P a 且强度等级间断可调的R P C ( 经某些调整后，抗压强度还可提升至7 0 0 M P a ，抗折强度可提高至1 0 0 1 2 0 M P a ) 。这些系列的实用化工艺为R P C 在防护工程领域的应用，提供了更加灵活的选择。( 4 ) 同步进
9、行相关标准的研究与制定，为尽快实现标准化、规范化应用打基础R P C 的应用，必须确立相应的标准和规范，为此，我们申请并获得有关项目支持，即将于2 0 0 5 年完成，该项目为R P C 在防护工程领域的应用奠定了标准和规范的基础。( 5 ) 积累数据。为实现R P C 的计算机辅助应用创造条件! ! 翌壁壁主登! ! 坠塑! ! ! 丝堡堡篁墨型堑丝丝壹塑塑圭塞堡塑垄堕如何实现R P C 设计、旄工和应用的信息化，是能否应用好R P C 的一个重要问题，为此，我们通过积累相关数据和进行有针对性的技术研究，正在为实现R P C 的计算机辅助设计和优化创造条件。4 初步研究成果自上世纪九十年代中
10、期开始，我们对活性粉末混凝土在原材料、配合比、实用化工艺与技术、静动力学性能方面进行了较多的研究，已有的初步试验结果表明：与普通混凝土相比，1 5 0 , - 1 8 0 M 1 h 的R P C 对某类射弹的抗侵彻能力提高了x 倍，抗爆能力挺高Y 倍，2 0 0 M P a级以上各系列强度等级R P C 的动力学性能我们即将进行相关试验。迄今为止，我们已取得的初步研究成果主要有以下几方面：( 1 ) 研究并确立了R p c 配合比优化的四项基本原则，并经试验得到了初步验证。( 2 ) 完成了高标准高性能原材料的选用和开发。( 3 ) 配制出了2 8 天抗压强度2 0 0 6 0 0 M P
11、a 、抗折强度2 0 8 0 M P a 且强度等级间断可调的R P C ，并实现了工艺的实用化。( 4 ) 初步摸索出部分配合比优化的方法，确定了部分优化工艺。( 5 ) 对R P C 在防护工程领域应用的标准和规范进行了积极的准备。( 6 ) 为实现R P C 配合比设计和实际工程应用积累了相关数据。5 存在的问题及解决方法今后R P C 要在防护工程领域实现较广泛的工程应用，需要解决的问题很多，笔者认为，应着重解决以下问题。( 1 ) 观念问题与普通混凝土相比，R P C 在力学性能、耐久性等方面具有无可比拟的优势，但要实现其大规模应用，必须在观念上与时俱进，有些观点认为其存在着单方成本
12、过高、技术复杂、应用麻烦等缺点，实际上，在国外R P C 是以每吨来计算成本的，认为其与钢材相比具有价格便宜、耐久性好、工艺简单、比强度高的优点，在技术和应用方面，通过研究与探索出实用化工艺与设备。上述问题已迎刃而解。( 2 ) 工程技术标准及施工设备相关的工程技术标准是应用中必须解决的问题，随着有关项目的深入，2 0 0 5 年相关军标就将颁布实施。生产普通混凝土的施工设备用来生产砌不太合适，会造成强度降低等问题，选用现有合适的施工设备将解决这些问题。( 3 ) 高标准原材料能形成较大工业化产量的高标准、价格合理的原材料是R P c 的关键所在，通过努力此问题已解决，并且对其中的部分原材料进
13、行了相关优化研究，进一步的试验正在进行中。( 4 ) 实用化工艺与设备中国士本工程学会硗护I 程分会第九次学术年会论文祟1 3 7 9迄今为止，2 0 0 M P a 级R P C 的现场施工工艺已经比较成熟了，3 0 0 - 6 0 0 M P a 级的工业化生产工艺我们已经研制出几种可选择的方案，今后将对如何进一步降低生产工艺成本进行深化研究。( 5 ) 系统化设计与计算方法数据积累和相关试验的深化是系统化设计与计算方法的前提，为解决此问题，我们与有关单位进行了合作，实现了数据共享，另外，通过广泛搜集已公开的各种资料，并结合我们自己的工作，在不久的将来，将会提出一套较为完整、可靠、实用的R
14、 P C 系统化设计与计算方法。6 结语R P C 作为一种优良的土木工程新材料，在防护工程领域将具有巨大的应用前景，要实现其广泛应用，必须取得基础性问题研究的突破性进展，2 0 0 6 0 0 M P a 级强度系列R F C 实用化工艺的研究成功为R P C 在防护工程领域的实用化应用创造了良好的条件。参考文献【l 】P i e r r eR i c h a r de t cC o m p o s i t i o no fR e a c t i v eP o w d e rC o n c r e t e ，C e m e n ta n dC o n c r e t eR e s e a r c h ，1 9 9 5 ，V 0 1 2 5 仃) ；1 5 0 1 - 1 5 1 1【2 】覃维祖，话性粉末混凝土的研究田石油工程建设，2 0 0 2 ，2 8 ( 3 ) ：1 - 3【3 】何峰、黄政宇，养护制度对活性粉末混凝土( R P C ) 强度的影响研究田混凝土2 0 0 2 t 【2 】：3 1 - 3 4
