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基于活性粉末混凝土的水泥相容性实验研究

范文

李　俊

摘要：通过水泥相容性试验，确定了合适的减水剂和硅灰品种，考察了水胶比和硅灰掺量对胶凝材料流动性的影响，研究了水胶比、粉煤灰、硅灰、石英粉、纳米硅等对RPC流动性的影响规律。实验结果表明，采用适当比例的硅灰、粉煤灰和纳米硅，可以提高RPC的流动性，RPC中加入缓凝剂，延缓了拌合物的凝结时间，有利于提高RPC的强度。特别是纳米硅的加入，明显的改善了RPC的流动性。

关键词：水胶比；抗压强度；纳米硅；流动性

1引言

活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete, RPC）自1993年法国研制出以来，国内清华大学[1]、湖南师范大学[2.3]、福州大学[4]、中南大学[5]等院校也分别从材料性能、掺量、配合比、养护制度、胶结体系等方面做了很多研究工作，配制出了较高性能的RPC。在制备活性粉末混凝土时通常选择水泥加硅灰的二元胶结体系，用量较大的水泥和硅灰将使混凝土收缩变形增大，引起混凝土的早期开裂。为解决这一矛盾，清华大学覃维祖等采用磨细粉煤灰取代部分水泥及硅灰，形成水泥、硅灰和粉煤灰组成的三元胶结体系，不仅起到降低成本、保护环境的作用，同时还可利用掺粉煤灰混凝土后期强度缓慢增长的特性，解决RPC的强度倒缩现象。

上述研究均没有采用纳米SiO2和缓凝剂，考虑RPC组织的致密和流动性，本研究使用了纳米SiO2和缓凝剂，考察其对RPC性能的影响。通过大量的水泥相容性试验，确定合适的减水剂及硅灰品种，研究水胶比、缓凝剂、纳米硅和硅灰掺量等对RPC流动性的影响规律。

2原材料

水泥：a.哈尔滨水泥厂生产的天鹅牌普通硅酸盐水泥，P.O.42.5；b.河北冀东水泥厂生产的P.O.52.5普通硅酸盐水泥；硅灰：a.天先特种材料研究所生产，灰白色粉末，实测密度2.13g/cm3；b.挪威埃肯公司生产的半聚集态硅微粉，表观密度2.23 g/cm3 ；c.上海天恺公司生产的天恺970U、940U微硅粉；粉煤灰：黑龙江省阿城市黑宝建筑材料厂生产的一级特细粉煤灰，实测密度2.21g/cm3；细砂：福建平潭按旧标准产的天然河砂，粒径范围0.25~0.65mm，密度2.59g/cm3；石英粉：275~320目石英粉，实测密度2.64g/cm3；高效减水剂： a. 西卡（中国）建筑材料有限公司生产的viscocrete3301聚羧酸系减水剂，无色液体，含固量为17%；b.上海花王化学有限公司生产的迈地21S，属羧酸系共聚物，淡褐色液体，含固量为20%；c.德国DEGUSSA公司开发生产的美尔福斯1641F，为改性聚羧酸聚合物，黄色粉末；钢纤维：天津市路桥钢纤维厂生产的表面镀铜光面平直钢纤维，纤维直径0.18~0.2mm，长度15mm，长径比约为79（抗压强度试验使用）；缓凝剂：葡萄糖酸钠；纳米SiO2：粒径10nm，比表面积640m2/g。

3 水泥相容性试验

为确定水胶比、硅灰和减水剂对RPC流动性的影响，首先进行了水泥相容性试验，测试方法依据《混凝土外加剂均匀性试验方法》GB/T8077-2000中附录A"混凝土外加剂对水泥的适应性检测方法"。为了详细了解胶凝材料的流动性随时间的变化情况，分0、5、15、30、45、60分钟六次进行测定。实验工况如表1所示。

表中数据以克为单位，每种配比的胶凝材料总量为600克，高效减水剂为胶凝材料用量的1%，缓凝剂为减水剂用量的4%。工况1测定水泥净浆的流动性，工况2、3、4考察不同减水剂对流动性的影响，工况5考察缓凝剂对流动性的影响，工况6、7、8考察不同硅灰对流动性的影响，工况9、10、11考察水胶比对流动性的影响，工况11、12考察相同硅灰不同掺量时胶凝材料的流动性，工况13、14、15考察不相同硅灰不同掺量和不同硅灰相同掺量对流

动性的影响。

4 试验结果分析

（1）最佳减水剂的确定

工况2、3、4、5的实验结果如图1所示。

由图1可知，掺ME粉末减水剂（工况2）的水泥浆体前期流动性明显高于花王和西卡减水剂，后期流动性降低；掺花王减水剂（工况3）的水泥浆体前期流动性较差，但随着时间的增长其流动性增强，后期高于西卡和ME粉末减水剂；掺西卡减水剂（工况4）的水泥浆体性能很稳定，但普遍低于其它工况；工况5具有良好的流动性，且随时间增长流动性变化稳定，45分钟后其流动性还稍有提高。

（2）硅灰品种的确定

这里需要指出的是，工况7、8原定的水胶比为0.18，但几乎测不出流动性，因此采用0.20的水胶比，工况5、6采用0.18水胶比，结果如图2所示。

由图2可知，掺埃肯硅灰的水泥浆体流动性明显好于其它硅灰。在增大水胶比的情况下，天恺940和天先硅灰的流动性普遍高于天凯970（工况6）的流动性，但仍然不如埃肯硅灰（工况5）。考虑到较低水胶比有利于RPC强度的发展，因此首选埃肯硅灰。

（3）水胶比对流动性的影响

工况9、10、11的水胶比分别为0.14、0.16、0.18，实验结果如图3所示。

由图3可知水胶比对流动性的影响很大，水胶比越高流动性越好。水胶比为0.14和0.16的水泥浆体前期流动性损失较大，后期逐渐稳定；水胶比为0.18的水泥浆体前期流动性降低较少，后期比较稳定。

（4）硅灰掺量对流动性的影响

工况13硅灰掺量为0.3，工况9、10硅灰掺量为0.1，实验结果如图4所示。

由图可知，在不掺粉煤灰的情况下，使用相同硅灰，硅灰含量越多浆体流动性越差；硅灰含量相同时，埃肯硅灰的流动性好于天恺970。另外，掺10%硅灰（工况14、15）的浆体流动性接近或要高于水泥净浆的流动性。这说明一定含量的硅灰对水泥浆体的流动性是有贡献的。

5结论

通过以上研究可知，ME减水剂、埃肯硅灰的水泥相容性实验效果明显好于其他减水剂和硅灰，因此可选为配制活性粉末混凝土的组成材料；适当掺量的硅灰可以改善浆体的流动性；较小水胶比可以获得较大的混凝土强度，但在较小水胶比时，随着水胶比的增大，水泥浆体流动性愈好。

参考文献

[1]覃维祖. 活性粉末混凝土的研究石油工程建设 2002. (3)

[2]何峰, 杨军平等. 硅灰掺量对活性粉末混凝土(RPC200)性能的影响[J]. 桂林工学院学报. 2007, (2)

[3]何峰, 黄政宇. 硅灰和石英粉对活性粉末混凝土抗压强度的贡献分析[J]. 混凝土. 2006,(1)

[4]何雁斌, 吴炎海等. 活性粉末混凝土(RPC200)的材料选用及制作技术. 福建建筑. 2003, (1)

[5]谢友均, 刘宝举, 龙广成. 掺超细粉煤灰活性粉末混凝土的研究. 建筑材料学报. 2001, (3)

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