活性粉末混凝土的质量控制和施工技术

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1、活性粉末混凝土的质量控制和施工技术吴程辉（中铁二十一局大西铁路指挥部 陕西西安市临潼区 716000 ）摘要：在大西铁路客运专线人行道盖板施工中，采用了活性粉末混凝土（RPC） , RPC混凝土具有极其优越 的性能,可应用的领域也非常广泛。在土木工程领域中,随着我国大跨结构迅速增加,为 RPC 的应用提供了巨大 的市场,且在结构及桥梁改造、特种结构工程中也具有广阔的应用前景。本文从活性粉末混凝土的特点和技术要 求出发，对原材料的选择及配合比设计做出了要求，分析了不同材料掺量对RPC混凝土性能的影响，同时阐述 了 RPC 混凝土主要工艺技术要求和验收标准。关键词：活性粉末；质量控制；施工技术一、

2、工程简介中铁二十一局集团大西铁路大同至西安铁路客运专线站前工程十五标位于陕西省西安市临潼区 马坊村，规划面积43355m2,分为钢筋存放及加工车间750m2,构件预制车间3个共计2250m2, 构件存放地26953m2。另设混凝土搅拌站3座以及蒸养房、锅炉房、模具清洗池、办公区和生 活区。构件厂承担DK829+193.54DK860+810.96范围内的桥梁人行道盖板共计31712双延米， 其中盖板RP068 混块、凝栏杆土10的310特5块点、电缆槽178653块活性粉末混凝土（ RPC）是一种超高强、低脆性、耐久性优异并具有广阔应用前景的新型超高 强混凝土，它是由级配良好的石英细砂、水泥、

3、石英粉、矿物掺合料、高效减水剂等组成，为 了提高 RPC 混凝土的韧性和延性可加入钢纤维，在其凝结、硬化过程中采取加压加热等成型工 艺。与普通混凝土相比具有减少材料用量、降低成本、节约资源、减少生产、运输和施工能耗 并且具有防辐射、抵御侵蚀的优点。在国内活性粉末混凝土还处于研究阶段，真正被用在工程上的比较少，因此三、RPC序号依据设计图纸及规范要求1抗压强度2130MPa2抗折强度三18 MPa3电通量W40库伦4抗冻性三 F5005弹性模量240GPa6水胶比0.20四、RPC混凝土原材料组成及2配合比设计1、原材料的组成和选择（1）材料组成：活性粉末混凝土（ RPC ）是由水泥、硅灰、粉煤

4、灰、石英砂、钢纤维、外加剂和水组成。（2）材料选择： 水泥：品质稳定、强度等级不低于42.5的低碱普通硅酸盐水泥。硅灰：比表面积大于180000m2 /Kg, SiO2含量三85%粉煤灰：米用F类I级粉煤灰。骨料：采用SiO2含量大于97%的石英砂，其粒径分为1-0.63mm、0.63-0.315mm、0.315-0.16mm 及 0.16以下四个粒级。钢纤维：直径0.18-0.23mm,长度12-14mm,抗拉强度不低于2850MPa。外加剂：减水率不低于29%，硫酸钠含量不得大于2%，其他指标应符合国标规定，掺量由试 验确定。拌合水：符合饮用水标准2、配合比设计试验室依据配合比设计规范（J

5、GJ55-2000）及客运专线活性粉末混凝土材料人行道板、盖板 暂行技术条件科技基【2006】129 号文件，根据原材料的品质和施工工艺要求进行配合比设 计，通过反复试配、调整以及试件耐久性检测最终确定满足施工要求的最佳配比。在配合比设 计过程中，控制胶凝材料总量在1000-1200Kg/m3，硅灰的取代率在15%-20%之间，粉煤灰取代 率在10%-15%之间，钢纤维重量控制在90-110 Kg/m3范围内，外加剂掺量为3.5%-4.0%之间， 混凝土坍落度控制在140-180mm之间，混凝土容重不低于2400 Kg/m3。经过反复试验和比对最 终确定强度等级C130RPC活性粉末混凝土配合

6、比如下：单位：Kg/m3材料名称水泥硅灰粉煤灰石英砂钢纤维外加剂拌合水材料用量7101731321164102.136.54132配比10.2440.1861.6390.1440.0510.1863、不同材料掺量对RPC性能的影响3.1硅灰的参量对RPC性能的影响硅灰作为配制超高强混凝土的理想矿物掺和料，有着其他矿物掺和料所无法比拟的优点。在活 性粉末混凝土中，硅灰主要有三个作用：（1）填充不同粒径颗粒之间的孔隙；（2）由于硅灰 颗粒具有良好的球形，起到很好的润湿作用从而提高流变特征；（3）硅灰具有高活性，起到第 二次水化作用。当胶凝材料中硅灰与水泥以何种比例共存时，硅灰能发挥最佳的填充作用，

7、同时能最大限度地 与水泥水化产物进行第二次水化反应，从而得到最好的活性粉末混凝土综合性能，则是配制中 因考虑的问题。试验中考察了硅灰掺量对活性粉末混凝土性能的影响，原材料配制如表3.1所 /示O表3.1不同硅灰掺量原材料配制W/B=0.13 单位：Kg/m3编号水泥硅灰粉煤灰石英砂钢纤维外加剂拌合水硅灰掺量1-1812711321164102.136.541327%1-27811021321164102.136.5413210%1-37511321321164102.136.5413213%1-47101731321164102.136.5413217%1-56802031321164102.

8、136.5413220%表3.2不同硅灰掺量对混凝土性能的影响编号扩展度（mm）抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）蒸养标养蒸养标养1-1750*720135.9117.317.515.61-2580*570139.3115.418.616.11-3540*530141.8123.719.116.61-4510*495146.5124.219.817.51-5410*430140.2129.721.116.2从以上的试验结果中我们可以发现：(1) 硅灰的掺入可以影响拌合物的流动性能，随着硅灰掺量的增加，扩展度降低的幅度越来越 小。因为硅灰是比表面积非常大，其本身的需水量也是相对大的，因此随着硅

9、灰的加入，拌合 物粘性增加，流动性下降。(2) 从上面图中的数据可以发现，对于蒸汽养护，随着硅灰掺量的增加，抗折强度也随之增加； 但增加的幅度不是很大。而对于标准养护，加与不加硅灰对抗折强度的影响并不是很大。(3) 从图还可以看出，掺与不掺硅灰，试件的抗压强度相差比较大。因此，配制活性粉末混凝 土时，硅灰对强度的贡献率是其他材料所无法替代的，可以认为硅灰是活性粉末混凝土不可缺 少的重要组分。3.2钢纤维掺量对RPC性能的影响普通混凝土抗拉强度与抗压强度之比非常低，而在普通混凝土中经常使用钢筋来弥补普通 混凝土的这方面的不足；从已有的实验结果表明，活性粉末混凝土的抗拉强度与抗压强度之比 一般为1

10、/8左右，与普通混凝土相比已有很大的提高，但仍然表现为很大的脆性，而通常采取 在活性粉末混凝土中加入钢纤维来提高其韧性。在活性粉末混凝土中加入钢纤维，能起到较好 的增强、增韧作用，但同时又大幅度提高了活性粉末混凝土的配置成本。为此，试图通过试验 来寻找钢纤维掺量的活性粉末混凝土在性能和成本上理想结合点，表3.3为钢纤维掺量对活性 粉末混凝土性能影响的配合比。表3.3不同钢纤维掺量对活性粉末混凝土性能影响的配比W/B=0.13 单位：Kg/m3编号水泥硅灰粉煤灰石英砂钢纤维外加剂拌合水2-17101731321164036.541322-271017313211647136.541322-371

11、0173132116410236.541322-4710173132116413336.541322-5710173132116416536.54132表 3.4 不卜同钢纤维掺量对活性粉末混凝土性能的影响编号扩展度(mm)抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)蒸养标养蒸养标养2-1680*700139.1113.213.911.22-2590*580159.9146.819.816.92-3510*500169.515 8.321.318.32-4420*43017 8.7161.224.620.92-5250*260189.4179.626.524.1在试验的过程中我们可以发现:(1) 随着

12、钢纤维掺量的增加，活性粉末混凝土的流动性下降，主要是由于随着钢纤维掺量的增 加，需要包裹钢纤维的水泥浆体增加，使得流动性下降。(2) 随着钢纤维掺量的增加，无论是蒸汽养护还是标准养护，活性粉末混凝土的抗折强度都有 不同程度的提高，在试验中发现，除了不掺钢纤维的试件在抗折是被折断外，其他掺了钢纤维 的试件在抗折时试块不会完全折断，而表现出很高的韧性。(3) 随着钢纤维掺量的增加，无论是蒸汽养护还是标准养护，活性粉末混凝土的抗压强度均有 较大幅度的提高。3.3石英砂的级配对RPC强度的影响砂的粒径和级配的不同对混凝土抗折强度的影响较大，无论是蒸养还是标养，05mm粒径的砂 的抗折强度都是最小的，最

13、高强度值出现在级配为01.25的28天标养试件上。对于抗压强度， 蒸养试件明显高于标养试件。而不同的级配，蒸养试件之间抗压强度大小的差别不是很大。3.4 RPC混凝土抗渗性能研究在试验时，我们制作一组(六个)试件进行抗渗性研究，在标养28天后将试块打蜡密封装 入抗渗机进行试验，48h后研究发现，其渗透高度均小于5.0毫米，由此说明活性粉末混泥土 不渗透。3.5 RPC氯离子渗透研究在试验中，我们采用混凝土电通量快速测定仪来测定RPC混凝土的抗氯离子渗透性，通过监测 切取自公称直径为102mm的芯样或圆柱体的厚度为51mm的混泥土薄片试片在6h期间通过的电 流，试片一端侵入氯化钠溶液中，另一端侵

14、入氢氧化钠溶液中，并在试片两端施加并保持60V 的直流电压。通过检测RPC混凝土的电通量值为32库伦，由此可以判断RPC材料的抗氯离子渗 透性为不渗透，满足了耐久性要求。五、RPC混凝土主要工艺技术要求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、RPC 材料的配制和灌注工艺2.1 搅拌设备应为强制式搅拌机2.2RPC材料的水胶比应小于0.22.3RPC 材料拌合物的坍落度应小于 180mm2.4 材料的称量偏差应符合规范要求2.5材料投料顺序应为石英砂、钢纤维、水泥、硅粉、粉煤灰、水及外加剂，干料先预拌5min, 加水外加剂再搅拌 4min.2.6搅拌完毕的RPC材料拌合物应在30min内灌注完毕。2.7RPC材料搅拌、运输、浇注及构件静停应在18C以上环境下完成。3、RPC 构件养护3.1成型养护需要静停6h后，采用蒸汽养护，养护过程分为升温、恒温、降温三个阶段，升温 速度不应大于12 C/h,降温速度不应大于15 C/h。恒温温度应控制在805 C,恒温养护时 间不应少于48h。撤除保温设施时，构件表面温度与环境温度之差不应超过20 C。