第三章 RPC的強度的影響因素及性能研究
配制出滿足強度、耐久性和工作性的超高強混凝土，除了選擇優(yōu)質(zhì)的原材料外，適當?shù)呐浜媳纫彩侵匾目紤]因素之一。因此考慮了諸如硅灰摻量、粉煤灰摻量、鋼纖維品種、鋼纖維摻量、砂的顆粒級配等因素對RFC性能的影響。
3.1 硅灰的參量對RPC性能的影響
硅灰作為配制超高強混凝土的理想礦物摻和料，有著其他礦物摻和料所無法比擬的優(yōu)點。在活性粉末混凝土中，硅灰主要有三個作用：（1）填充不同粒徑顆粒之間的孔隙；（2）由于硅灰顆粒具有良好的球形，起到很好的潤濕作用從而提高流變特征；（3）硅灰具有高活性，起到第二次水化作用。
當膠凝材料中硅灰與水泥以何種比例共存時，硅灰能發(fā)揮最佳的填充作用，同時能最大限度地與水泥水化產(chǎn)物進行第二次水化反應(yīng)，從而得到最好的活性粉末混凝土綜合性能，則是配制中因考慮的問題。試驗中考察了硅灰摻量對活性粉末混凝土性能的影響，原材料配制如表3.1所示。
試件分兩種養(yǎng)護制度進行養(yǎng)護：蒸養(yǎng)和28d標養(yǎng)。所測出的數(shù)據(jù)如表3.2
注：第5組標養(yǎng)試件由于事先已經(jīng)斷裂，故強度較低。
其抗折強度和抗壓強度變化如圖3.1和3.2所示：
在試驗的過程中我們可以發(fā)現(xiàn)：
（1）硅灰的摻入可以影響拌合物的流動性能，當硅灰摻量為5％時，拌合物的擴展度比未加硅灰時降低的最為明顯，而隨著硅灰摻量的增加，擴展度降低的幅度越來越小。因為硅灰是比表面積達20m²/g的粒子，其本身的需水量是相對大的，因此隨著硅灰的加入，拌合物粘性增加，流動性下降。
?。?）從圖3.1和3.2可以發(fā)現(xiàn)，對于蒸汽養(yǎng)護，加入5％的硅灰可以很大程度上提高抗折強度，比未加硅灰提高了約52％，但隨著硅灰摻量的繼續(xù)增加，抗折強度的變化不大；而對于標準養(yǎng)護，加與不加硅灰對抗折強度的影響并不是很大。第5個數(shù)據(jù)由于試件已經(jīng)先斷，故強度較低。
（3）從圖還可以看出，摻與不摻硅灰，試件的抗壓強度相差比較大。對于蒸汽養(yǎng)護和標準養(yǎng)護，摻5％的硅灰比未摻硅灰試件的抗壓強度分別提高了約11.5％和6.5％。因此，配制活性粉末混凝土時，硅灰對強度的貢獻率是其他材料所無法替代的，可以認為硅灰是活性粉末混凝土不可缺少的重要組分。
3.2 鋼纖維摻量對RPC性能的影響
普通混凝土抗拉強度與抗壓強度之比非常低，表現(xiàn)為很大的脆性，而在普通混凝土中經(jīng)常使用鋼筋來彌補普通混凝土的這方面的不足；從已有的實驗結(jié)果表明，活性粉末混凝土的抗拉強度與抗壓強度之比一般為1/8左右，與普通混凝土相比已有很大的提高，但仍然表現(xiàn)為很大的脆性，而通常采取在活性粉末混凝土中加入鋼纖維來提高其韌性。在活性粉末混凝土中加入鋼纖維，能起到較好的增強、增韌作用，但同時又大幅度提高了活性粉末混凝土的配置成本。為此，試圖通過試驗來尋找鋼纖維摻量的活性粉末混凝土在性能和成本上理想結(jié)合點，表3.3為鋼纖維摻量對活性粉末混凝土性能影響的配合比。
試件分兩種養(yǎng)護制度進行養(yǎng)護：蒸養(yǎng)和標養(yǎng)。所測出的數(shù)據(jù)如表3.4所示。
在試驗的過程中我們可以發(fā)現(xiàn)：
?。?）隨著鋼纖維摻量的增加，活性粉末混凝土的流動性下降，主要是由于隨著鋼纖維摻量的增加，需要包裹鋼纖維的水泥漿體增加，使得流動性下降。
?。?）隨著鋼纖維摻量的增加，無論是蒸汽養(yǎng)護還是標準養(yǎng)護，活性粉末混凝土的抗折強度都有不同程度的提高，當鋼纖維摻量為4％和6％時，蒸汽養(yǎng)護的抗折強度分別比未摻鋼纖維的提高了147％和170％，而標準養(yǎng)護的28天抗折強度分別比未摻鋼纖維的提高了136％和165％。在實驗中發(fā)現(xiàn)，除了不摻鋼纖維的試件在抗折是被折斷外，其他摻了鋼纖維的試件在抗折時試塊不會完全折斷，而表現(xiàn)出很高的韌性。
（3）隨著鋼纖維摻量的增加，無論是蒸汽養(yǎng)護還是標準養(yǎng)護，活性粉末混凝土的抗壓強度也有較大提高。當鋼纖維摻量為4％和6%時，蒸汽養(yǎng)護的抗壓強度分別比未摻鋼纖維的提高了23.7％和43.1％，而摻8％的鋼纖維后抗壓強度達到167.79MPa。對于標準養(yǎng)護28天的試件，摻4％和6%鋼纖維的抗壓強度分別比未摻鋼纖維的提高了21.4％和32.8％，而摻8％的鋼纖維后抗壓強度達到135.49MPa。
此外，我們還做了試件的尺寸效應(yīng)對強度的影響試驗。其中那個小試件為：a×b×h＝135×40×40
由表3.5和3.6 中我們可以看出對于抗折強度，大試件明顯高于小試件；而對于抗壓強度，小試件又明顯高于大試件。
3.3 鋼纖維品種對RPC強度的影響
隨著混凝土強度的提高，其脆性也顯著增大，常用的解決辦法是與纖維復(fù)合。鋼纖維能夠阻礙混凝土內(nèi)部微裂紋的繁衍、擴展，對增加混凝土的韌性、抗沖擊性等起著關(guān)鍵作用，有效地避免無征兆的脆性破壞的產(chǎn)生。因此，在ＲPＣ中可采用摻入鋼纖維來改善其脆性，增加其延性。
鋼纖維增強作用隨長徑比增大而提高，鋼纖維長度太短不起增強作用，但纖維太長會影響拌和物的和易性和施工質(zhì)量，甚至導(dǎo)致強度降低；直徑太細易在拌和過程中被彎折，太粗則在同樣體積率時增強效果差。因此在固定鋼纖維體積率（２％）的情況下，實驗對比研究了4種不同品種鋼纖維對ＲＰＣ強度的影響,如表3.6：
試件分兩種養(yǎng)護制度進行養(yǎng)護：蒸養(yǎng)和28d標養(yǎng)。所測出的數(shù)據(jù)如表3.7所示:
從圖3.7和3.8可以看出，鋼纖維的種類對RPC的抗壓強度影響不是很大，況且加入鋼纖維的目的也是為了加強RPC的韌性，即抗折強度，所以我們在選擇鋼纖維的種類上，應(yīng)首先考慮其對抗折強度的影響。經(jīng)過試驗研究和過往經(jīng)驗，我們在本課題研究中選擇嘉興市經(jīng)緯鋼纖維有限公司生產(chǎn)的平直型，規(guī)格為15-40mm，等效直徑為0.3-0.8mm；長徑比為30～60的鋼纖維。
3.4 砂的級配對RPC強度的影響
一般說來，集料比水泥石基體要堅固，集料較高的彈性模量能抑制各種收縮，如塑性收縮、干操收縮、自收縮等，這就導(dǎo)致在水泥石---粗集料界面上產(chǎn)生剪力及拉力，剪力及拉力隨顆粒尺寸增大而增加，若這些力超過了粘結(jié)強度，就會引起附加開裂。另外，水泥石---粗集料界面即過度區(qū)是傳統(tǒng)混凝土的最薄弱區(qū)域。因此，減小混凝土中集料顆較尺寸，取消粗骨料，成為ＲＰＣ混凝土的設(shè)計原則之一。
實驗對比研究了砂的顆粒尺寸對RPC強度的影響。其配合比如表3.8所示。
試件分兩種養(yǎng)護制度進行養(yǎng)護：蒸養(yǎng)和標養(yǎng)。所測出的數(shù)據(jù)如表3.9所示。
在天然河砂作為ＲＰＣ混凝土的骨料配制成的ＲＰＣ漿體中，粒徑范圍窄的砂配制成的漿體的流動度比粒徑范圍寬的同類砂配制成的漿體的流動度要小。砂的粒徑的不同對混凝土抗折強度的影響較大，由圖3.9我們可以看出無論是蒸養(yǎng)還是標養(yǎng)，0～5mm粒徑的砂的抗折強度都是最小的，最高強度值出現(xiàn)在級配為0～1.25的28天標養(yǎng)試件上。對于抗壓強度，由圖3.10我們可以看出，蒸養(yǎng)試件明顯高于標養(yǎng)試件。不同的級配，蒸養(yǎng)的試件之間抗壓強度大小的差別不是很大。
3.5 RPC收縮性研究
在養(yǎng)護的過程中，混泥土由于水分的蒸發(fā)和散熱等而發(fā)生收縮變形，在實驗中，我們用每水泥，硅粉，粉煤灰，砂，外加濟，水分別為650，150，200，1000，80，122的配合比配制三組試件進行收縮性試驗，其實驗數(shù)據(jù)如表3.10所示：
其收縮性的大小隨養(yǎng)護期長度的變化曲線如下3.11所示：
可見，隨著養(yǎng)護期的增長，收縮性的大小也隨之增強。但隨著時間的增加，其收縮性大小會逐漸趨于平緩。RPC是水膠比低，水泥標號較高，水泥用量大而且摻有大量的磨細活性摻合料。這種組成導(dǎo)致早期膠凝材料的水化快，混泥土內(nèi)自由水迅速消耗，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實的同時產(chǎn)生自干燥現(xiàn)象，這種自干燥作用必然引起其宏觀體積縮小，即自收縮。
基于此種因素，RPC的收縮比普通混泥土有所加大，原因如下：（1），RPC中含有水泥，超細粉煤灰及硅粉等大量粉末，同時時間水膠比較低，造成自干縮較大。（2），RPC 中用粒徑小于630um的細砂作為骨料，且其占總膠凝材料重量的比重較小，相對于普通混泥土，骨料對試件收縮變形的阻止作用大大減小。
3.6 RPC抗?jié)B性研究
在試驗5.1的同時，我們制作一組（六個）試件進行抗?jié)B性研究，在標養(yǎng)28天后將試塊打蠟密封裝入抗?jié)B機進行試驗，48h后研究發(fā)現(xiàn)，其滲透高度如表3.11所示：
注：其中第六塊試件在試驗的過程中被破壞，所以不被列入研究范圍。
由此可計算得，RPC的滲透系數(shù)為： 
由此可知：活性粉末混泥土不滲透。
3.7 RPC耐磨性研究
在RPC的應(yīng)用中，耐磨性是一個很重要的指標，在前期試驗的基礎(chǔ)上，我們按下面的配料制作試塊，如表3.12： 
試驗中，我們制作一組試塊（三塊）在標準養(yǎng)護28d后進行試驗。啟動電動機，使鋼輪以75r/min的速度轉(zhuǎn)動，接著，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使磨料以1L/min的速度均勻落下，立即將試件與摩擦鋼輪接觸，并開始計時。1分鐘后，我們測得磨坑兩邊緣和中間的長度分別為：23.4mm，24.4mm和26.2mm，平均24.7 mm。
試件的磨坑長度小于28.0mm，屬于優(yōu)等品。
3.8 RPC氯離子滲透研究
在本試驗中，我們采用電指標顯示 RPC抗氯離子滲透性指標的實驗方法，即（ASTM--C1202-97），本方法是以確定混泥土的電導(dǎo)，來快速顯示混泥土的抗氯離子滲透性，通過監(jiān)測切取自公稱直徑為102mm的芯樣或圓柱體的厚度為51mm的混泥土薄片試片在6h期間通過的電流，試片一端侵入氯化鈉溶液中，另一端侵入氫氧化鈉溶液中，并在試片兩端施加并保持60V的直流電壓。通過的總電量也是片的抗氯離子滲透性有明顯的關(guān)系。據(jù)資料可得：
按照試驗的要求，我們在6h內(nèi)測得試驗數(shù)據(jù)如圖3.14所示：
=84<100（庫侖）
式中:Q=通過的電量（庫侖）
I0＝施加電壓后的即時電流（安培）
Ii＝施加電壓后第i分鐘的電流（安培）
根據(jù)試驗得出的數(shù)據(jù)Q＝84<100和表5.4，我們可以判斷RPC材料的抗氯離子滲透性為不滲透。
