第４卷第３期２００１年９月建筑材料学报ｊｏＵＲＮＡＬＯＦＢＵｌＬＤＩＮＧＭＡＴＥＲＩＡＬＳＶｏｌ４Ｎｏ３Ｓｅｐ２００１文章编号：ｉ００７—９６２９（２００１）０３０２８００５掺超细粉煤灰活性粉末混凝土的研究谢友均１，刘宝举１，龙广成２（１．中南大学土木建筑学院，湖南长沙４１００７５；２．同济大学材料科学与工程学院，上海２０００９２）摘要：采用５２５普通硅酸盐水泥、硅灰、超细粉ｊ某灰、高效减水荆和标准砂等原材料及湿热养护工艺，可配制出抗压强度达２００ＭＰａ的活性粉末混凝土在掺八一定量的钢纤维后，活性粉末混凝土的抗压强度近２５０ＭＰａ，抗折强度达到４５ＭＰａ．对超细粉煤灰掺量、水胶比、砂胶比和钢纤维掺量等因素于掺超细粉煤灰活性粉末混凝土抗折、抗压强度的影响进行了详细的讨论关键词：活性粉末混凝土；超细粉煤灰；水胶比；砂胶比；钢纤维中图分类号：ＴＵ５２８文献标识码：ＡＳｔｕｄｙＯｉｌＲｅａｃｔｉｖｅＰｏｗｄｅｒＣｏｎｃｒｅｔｅｗｉｔｈＵｌｔｒａ－ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄＦｌｙＡｓｈＸＩＥＹｏｕ－ｊｕｎ１，ＬＩＵＢａｏ－ｊｕ１，ＬＯＮＧＧｕａｎｇ－ｃｈｅｎ９２（１Ｃｉｖｉｌ２ａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｌｕｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｌｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７５．ＣｈｉｎａＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｏｒｔｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｈｅａｔｃｕｒｉｎｇｔｒｅａｍｍｎｔ，ｔｈｅｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｄｅｒｒａｗｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＲＰＣ），ｗｈｉｃｈｈａｓｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆ２００ＭＰａ，ｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓｏｆｏｒｄｉｎａｒｙＰｏｒｔｌａｎｄｃｅｍｅｎｔ，ｕｌｔｒａ—ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄｆｌｙａｓｈ，ｓｉｌｉｃａｆｕｍｅ，ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒａｎｄｓｔａｎｄａｒｄｓａｎｄ．ＷｈｅｎｔｈｉｓＲＰＣ２００ｃｏｎｔａｉｎｓ３％ｓｔｅｅｌｆｉｂｅｒｂｙｖｏｌｕｍｅ，ｉｔｓｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｉｓａｂｏｕｔ２５０ＭＰａ，ａｎｄｉｔｓｆｌｅｘｕ—ｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｒｅａｃｈｅｓ４５ＭＰａ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓａｎｄ—ｂｉｎｄｅｒｒａｔｉｏ，ａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅａｃｔｉｖｅｃｏｎｔｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｏｆｕｌｔｒａ—ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄｆｌｙａｓｈ，ｗａｔｅｒ－ｂｉｎｄｅｒｒａｔｉｏ，ｏｆｓｔｅｅｌｆｉｂｅｒｏｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｆｉｅｘｕｒａｌｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆＲＰＣｗｅｒｅｐｏｗｄｅｒｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＲＰＣ）；ｕｌｔｒａ—ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄｆｌｙａｓｈ；ｗａｔｅｒ—ｂｉｎｄｅｒｒａｔｉｏ：ｓａｎｄ．ｂｉｎｄｅｒｒａｔｉｏ：ｓｔｅｅＩｆｉｂｅｒ水泥基复合材料的高流动性、高强、高韧性及高耐久性一直是混凝土材料学界努力的目标．从近年来的国内外研究成果看，实现混凝土超高性能的材料主要有２种：（１）均匀分布超细颗粒密实体系ＤＳＰ【１１；（２）宏观无缺陷水泥基材料ＭＤＦ－２，３Ｊ２０世纪９０年代，法国Ｒｉｃｈａｒｄ等１４】采用磨细石英砂和硅灰等技术措施研制开发了活性粉末混凝土（ｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｄｅｒｃｏｎｃｒｅｔｅ，简称ＲＰＣ），这种混凝土不仅具有良好的力学性能，而且拥有优异的耐久性能，目前国外已经将它用于实际工程中，并取得了很好的社会效益和经济效益，如：法国用活性粉末混凝土对１座核电厂的冷却塔进行了改收稿日期：２００１０ｌ１０；酱订日期：２００１．０５．０８基金项目：铁道部科技专项经费资助项目【Ｊ９７ＧＯｌ４）作者简介：谢友均（１９６４．），男，搁南人，中南大学教授万方数据 第３期谢友均等：掺超细粉煤灰活性粉末混凝土的研究造¨３；美国将活性粉末混凝土用于下水道系统工程中“１；加拿大魁北克则采用ＲＰＣ２００预制构件建造了ｌ座人行天桥但是，国内有关活性粉末混凝土的研究尚不多【””ｊ．笔者以超细粉煤灰（ｕｌｔｒａ—ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄｆｌｙａｓｈ，简称ＵＰＦＡ）取代常规ＲＰＣ中的磨细石英砂，并采用一定的制作成型工艺和湿热养护方法，研制出了掺ＵＰＦＡ的ＲＰＣ２００本文重点讨论了超细粉煤灰掺量、水胶比（ｍ。／ｍ。）、砂胶比（ｍ。／ｍ。）、钢纤维掺量和长径比诸因素对活性粉末混凝土抗压及抗折强度的影响１试验ｌｌ原材料水泥：湘乡水泥厂生产的５２５普通硅酸盐水泥，，ｃ“＝３３．５ＭＰａ…ｆ２８ｄ＝５６．４ＭＰａ；超细粉煤灰（ＵＰＦＡ）：由Ⅱ级粉煤灰经磨细而成，其化学成分见表ｌ”；硅灰（ＳＦ）：贵州遵义硅铁合金厂产品，化学成分见表１；标准砂（Ｓ）：福建平潭石英砂；高教减水剂（ＤＦＳ一２）：北京城建集团构件厂牛产，减水率为２５％，固含量为３１％；钢纤维（ｓｔｅｅ［ｆｉｂｅｒ，简称ＳＴＦ）：细短圆柱形，直径为０２ｍｍ，长径比为３０和６０．１２试件制作及养护本实验采用净浆搅拌机拌合混合料，以手动方式控制搅拌时间．先将超细粉煤灰、硅灰和石英砂一起拌合均匀，加入一半的外加剂与水的混合物，搅拌２～３ｍｉｎ。再加进剩余的外加剂与水的混合物，快速搅拌至混合料变成浆体．掺钢纤维的混凝土，钢纤维是在混合料变成浆体后加入的，然后再搅拌３～４ｍｉｎ，以使纤维在浆体中分布均匀．试件采用水泥胶砂试模振捣成型，尺寸为４０ｍｍ×４０Ｉｎｌｎ×１６０ｍｉｌｌ，标养４ｄ后，在１００。Ｃ热水中继续养护３ｄ强度试验时混凝土龄期为７ｄ．裹ｌ超细粉煤灰、硅灰的化学成分和性能Ｔａｂｌｅ１Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐ憾ｉｔｉｏｎｓａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＵＰＦＡａｎｄＳＦ１．３配制技术及试验配合比基于活性粉末混凝土的配制原理，可通过提高混凝土的匀质性和减少孔隙来提高混凝土的性能．具体采用的技术措施有：优选原材料；掺入火山灰质细粉材料（ＵＰＦＡ＋ＳＦ），使混凝土在低水胶比下具有较高的水灰比，从而有利于水泥的早期水化；采用湿热养护促进火山灰质细粉材料的二次水化，通过超细粉体的物理和化学作用来提高混凝土的密实性＿４’”’“１；以标准砂作为骨料，通过降低骨料的最大粒径及提高浆骨比来改善混凝土内部的匀质性；优选钢纤维长径比及掺量，改善活性粉末混凝土的脆性．掺ＵＰＦＡ活性粉末混凝土试验配合比及考查因素见表２．２实验结果及分析２．１ＵＰＦＡ掺量对活性粉末混凝土强度的影响图１为ＵＰＦＡ掺量对活性粉末混凝土抗压强度、抗折强度的影响试验结果表明，ＵＰＦＡ掺量对混凝土的强度有较大影响．在水胶比为０１６并优选硅灰掺量（ｍｃ：ｍｓＦ为１：０．２５）的试验条件下，ｕＰＦＡ的最佳掺量为：ｍｃ：ｍｕ，，。＝１：（Ｏ．３－－０．４）ｕＰＦＡ的掺入主要是改善了胶凝材）本文中涉及的化学组成及水胶比等，除特别指明外．均为质量分数或质量比万 方数据２８２建筑材料学报第４卷ＬｊＡｄｄｅｄＯ～３％Ｌｂｙｖｏｌｕｍｅ）ｓｔｅｅｌ［ｉｈｅｒ料体系（ＣＩＵＰＦＡ＋ＳＦ）的颗粒级配，当其达到最佳掺量范围时，可显著提高浆体填充密实度““另外，热水养护３ｄ，可加速火山灰反应，进一步提高混凝土的密实度，从而使混凝土的强度得到增加２．２水胶比对活性粉末混凝土强度的影响图２是水胶比（０．２０～０１４）对ＲＰＣ２００抗压强度、抗折强度影响的试验结果．由图可知，活性粉末混凝土的抗压、抗折强度随水胶比酌降低而增大．特别是水胶比在０１８以下时，抗压强度受水胶比的影响比较显著但随水胶比的降低．拌合物的流动性严重降低，当水胶比低于０．１４后，混凝土难以密实成型，导致混凝土强度的降低这说明，对含有较多粉末材料的ＲＰＣ２００，用水量的多少对其性能起着关键作用．在不掺入钢纤维的条件下，ＲＰＣ２ＢＯ在水胶比为Ｏ１６左右时，其性能可达到超高性能混凝土的要求．图１ＵＰＦＡ掺量对活性粉末混凝土强度的影响图２水胶比对活性粉束混凝土强度的影响Ｆｉｇ１ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＵＰＦＡｃｏｎｔｅｎｔＯＤＦｉｇ２Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆ”ｗ／ｒｎＢｏｎｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｓｏｆＲＰＣｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｓｏｆＲＰＣ２．３砂胶比对活性粉末混凝土强度的影响砂胶比（砂子与胶凝材料总量的质量比）对混凝土强度的影响涉及到混凝土结构的匀质性问题．混凝土是一种非均匀性的多孔体，其中混凝土内浆骨两相比例的不同及两者力学性能上的差异是造成混凝土结构匀质性差的主要原因之一减小混凝土中骨料的最大粒径、降低骨料所占比例，能平衡混凝土中浆骨两相的差别，从而提高混凝土的性能图３给出了ＲＰＣ２００（未掺ＵＰＦＡ）强度随砂胶比变化的试验结果．由图３可见，不同的砂胶比对混凝土的强度有较大影响，即强度一开始随砂胶比的增大而增大（当ｍ。／ｍ。＝１．０时，强度试验值较低，这可能是试验误差引起的）．当砂胶比在１．２左右时，强度达到最佳值，以后再增大砂胶比，强度又逐渐下降且浆体工作性明显变差，因此本体系存在着一个最佳砂胶比２４钢纤维掺量对活性粉末混凝土强度的影响图４是掺人长径比为３０，６０的钢纤维对混凝土抗压强度和抗折强度的影响．随着钢纤维掺量万 方数据第３期谢友均等：掺超细粉煤灰括件粉末混凝上的研究的增加，混凝土抗压强度和抗折强度也随之增加，且长径比为６０的钢纤维对混凝土强度的改善效果比长径比为３０的钢纤维要好得多．掺人３％（体积分数）长径比为６０的钢纤维，ＲＰＣ２００的抗压强度接近２５０ＭＰａ、抗折强度达到４５ＭＰａ，相对不掺钢纤维的基准ＲＰＣ２００而言，其抗压、抗折强度分别提高了２４％和７０％．采用厚３ｍｍ、外径６０ｔＦｉｌｎ的钢管所制作的钢管混凝土短柱（试件高度为１１０ｒａｍ），其轴压承载能力已超过３００ＭＰａ图３砂胶比对活性粉末混凝上强度的影响ｂｉｇ３Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｌ“ｓ／ｍｈＯｉｌｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｓｏｆＲＰＣｐｆｓｔｅｅｌｆｉｂｅｒ），％ｐｆｎ∞ｌｆｉｂｅｒ）／％图４钢纤维掺量对活性粉末混凝土强度的影响Ｆｉｇ．４Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｓｔｅｅｌｆｉｂｅｒｏｎｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｓ０ｆＲＰＣ３结论１水泥、硅灰和超细粉煤灰复合胶凝材料的最佳掺配比例为１：０２５：（０．３～０４），此时，浆体密实度达到最佳，当水胶比小于Ｏ．１６时，通过１００。Ｃ的热水养护可配制出抗压强度达２００ＭＰａ的活性粉末混凝土（ＲＰｃ２００）．２砂胶比、钢纤维长径比及掺量均对混凝土的抗折、抗压强度有一定的影响试验结果表明：当砂胶比为１２时，活性粉末混凝土具有最佳的强度；掺人３％（体积分数）长径比为６０的钢纤维，所配制的活性粉末混凝土的抗压强度接近２５０ＭＰａ，抗折强度达４５ＭＰａ，抗压、抗折强度的增长幅度分别达２４％和７０％．参考文献１］ＢａｅｈｅＨＨＤｅｎｓｉｆｉｅｄ删ｔＣｏｎｃｒｅｔｅ［ＣＪＡｕｌｔｒａｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｍｂａｓｅｄｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ａ］Ｍａｌｈｏｔｒａ３３．３７ＶＭＴｈｅＳｅｅｏｎｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒ…ｅ。ｎＳｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒｓｉｎＯｔｔａｎａ：ＣＡＮＭＥＴ／ＡｃＩ．１９８１Ｋ２］Ｂｉｍｌｍｌ［Ｉ）。Ｈｏｗａｒｄ３］ＳａｎｔａＲＪ．ＫｅｎｄａｌｌＦｌｅｘｕｒｅ［ｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｐｏｒｏｓｉｔｙ０ｆ…ｎｔｓｌＪ］Ｎａｌｕｒｅ，１９８１．２８９（２９）３８８．３８９Ｓ，Ｒｏｄｒｉｇｕ∞ＦＡ．ＳｅｇｒｅＮ，ｅｌａＩＭＤＦｃｅｍｃｎｔｓ：Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ。ｆｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌ７５Ｉａｌｃｏｈ０１），…ｌｔｔｙｐｅ，ａｎｄ㈣ｌｉＣｏｎｃｒｅｔｅｆｕｎｌｅ［Ｊ］ＣｅｍｅｎｔａｎｄＣｏｎｃｒｅｔｅ４Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９９９，２９（５）：７４７Ｍａｔｅｄ（ｂｍｐｏｓｎＩｏｎＪＲｉｃｈａｒｄＰｉｅｅｒ，Ｃｈｅｙｒｅｚｙｄｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｄｃｒｅｏｎｃｒｅｔｅ【Ｊ］ＣｅｍｅｎｔａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈ，１９９５，２５（７）万方数据
