第一章 绪 论
随着社会科技得告诉发展，混泥土技术也得到了广大发展，高性能混泥土的应用也越来越广泛。然而，材料具有优异的性能不仅取决于其组分的质地，还要取决于另外一个关键因素：致密，均匀的内部结构。作为非匀质多孔的混泥土材料，其性能的提高更有赖于其匀质性的改善和孔隙率的降低⑴。活性粉末混泥土（Reactive Powder Contrete，缩写为RPC）是续高强度，高性能混泥土之后，于二十世纪末由法国布伊格（Bouygues）公司研究成功的一种超高强、低脆性、耐久性优异并具有广阔应用前景的新型超高强混泥土。它是由级配良好的石英细砂（不含粗骨料）、水泥、石英粉、硅粉、高效减水济等组成，为了提高RPC的韧性和延性可加入钢纤维⑵。在RPC的凝结、硬化过程中可采取适当的加压、加热等成型养护工艺。由于其成分中粉末的含量和活性的增加而被称为活性粉末混泥土。1998年8月，在加拿大召开的高性能混泥土及活性粉末混泥土国际研讨会上，就RPC的原理、性能和应用进行了广泛而深入的讨论。与会专家一致认为：作为一类新型混泥土，RPC具有广泛的应用前景⑶。
在这短短的几年里，活性粉末混泥土在国际上得到了广泛的应用。法国一核电站采用活性粉末混泥土为冷却系统生产了2500多根大小梁（耗用混泥土823m3）、生产了打量核废料储存容器；在加拿大Shwrbrooke建造了一座跨径60m、供行人和自行车通行的桥梁，以抵抗当地冬季零下30度反复洒除冰盐的严酷环境条件的侵蚀。通过这些工程应用，初步显示出活性粉末混泥土良好的使用性能、简便的生产和施工工艺，因而具有广阔的发展前景⑷。不过在国内，活性粉末混泥土还在研究阶段，真正被用在工程上的很少。在深圳，道路上的铸铁井盖被盗现象严重，考虑用活性粉末混泥土做成雨水井盖代替铸铁雨水井盖是一个很有意义的课题。活性粉末混泥土具有如此之高的抗压、抗折强度可以有效地减少结构物地自重，而且由于较高的密实性使它的渗透性降低，其耐久性也得到了保证。所以，活性粉末混泥土是做雨水井盖的一种理想材料。
与普通混泥土相比较，活性粉末混泥土可以减少材料用量，降低建筑成本，节约资源，减少生产、运输和施工能耗。采用活性粉末混泥土将对改善和保护人类环境作出巨大的贡献。
1.1 RPC的配制原理
a 应用消除缺陷的指导思想选择骨料品种
在普通混泥土中，水泥石和集料的弹性模量不同，当应力、温度发生变化时，致使界面处形成细微的裂缝；另外，在混泥土硬化前，水泥浆体中的水分向集料表面迁移，在集料的表面形成一层水膜，从而在硬化的混泥土中留下细小的缝隙；此外，浆体泌水也会在集料下表面形成水囊。因此，混泥土在承受荷载作用以前，界面就充满了微裂缝。收到荷载作用以后，在水泥石与骨料的界面上出现剪应力和拉应力，随着应力的增长，微裂缝不断扩展并伸向水泥石，最终导致水泥石的断裂。为了尽量减少微裂缝和孔隙等缺陷，在配置RPC时剔除了普通混泥土中所采用的粗骨料（碎石，卵石等），而采用最大粒径小于600um，平均粒径为250um的细石英砂，可以取得以下三方面效果：
（1）减小内部微裂缝宽度。混泥土收到荷载作用后，微裂缝宽度和被水泥浆包围的颗粒直径成正比；在RPC中，颗粒的直径减小了50倍，可以极大地减小由力学（外荷载）、化学（内收缩）、加热养护（由于砂浆和骨料的膨胀率不同）引起的微裂缝的宽度。
（2）改善水泥石的力学性能。RPC的杨氏模量超过50GPa，在其最密实状态时可达到75GPa，水泥石和骨料的整体弹性模量稍微小于骨料的弹性模量，大大减小不均匀性的影响。
（3）降低骨料在总体积中所占的比例。在RPC中，水泥浆体积比松堆砂子的孔隙要大20％左右，砂子在RPC中不能构成骨架，而只是一种被水泥浆体包裹的、含有缺陷的混合物，砂子会随着水泥浆的收缩而移动，因此砂子与水泥浆之间不会产生裂缝。
b 采用最大密实理论模型选择材料直径
对粉末堆积的研究表明（1），当大小均匀的球形颗粒粉末倒入容器时，即使进行面心立方或六方密堆排列，堆积密度也较低，一般小于74％。通过振动可以提高堆积密度，但即使采用最仔细的振动方式，最高振实密度也只能达到62.8％。为了提高堆积密度，常在较大的均一的颗粒之间加入细小的颗粒，先是粒径最大的球体堆积成最密填充，剩下的孔隙依次由小直径的球体填充下去，使球体间的孔隙减小，从而达到最大密实状态。
在制备RPC时，尽量选用本级颗粒的粒径变化范围较小，而与相邻粒级的平均粒径差比较大的材料。如选用粒径范围在150～600um之间，平均粒径为250um的石英砂；粒径范围为80～100um的水泥；平均粒径为0.1～0.2um的硅灰。
此外，提高密实度和抗压强度的另一种有效的途径是在新拌混泥土凝结前和凝结期间加压。这一措施有三方面的效果：其一，加压数秒就可以有效地消除或减少气孔；其二，当模板有一定渗透性时，加压数秒可将多余的水分自模板间隙中派出；其三，如果在混泥土凝结期间始终保持一定压力，可以消除由于材料化学收缩引起的部分孔隙。
c 掺入微钢纤维增大RPC韧性
未掺钢纤维的RPC收压应力应变曲线呈线弹性变化，破坏时呈明显的脆性破坏。掺入钢纤维可以提高韧性和延性。RPC200中掺入钢纤维直径约为0.15mm，长度为3～12mm，体积参量为1.5％～3.0％。对于在250℃以上温度养护的RPC800,其力学性能（抗压强度和抗拉强度）的改善是通过掺入更短（长度小于等于3mm）且形状不规则的钢纤维来获得。
1.2 RPC的研究及应用现状
国外对RPC 配制技术的研究已较成熟,其中包括对RPC的材料、配比、养护条件、耐久性和强度等方面进行了大量的试验研究,结果表明由于RPC 具有较好的匀质性及密实度,其抗压强度和耐久性均有较大幅度地提高,并研究了养护条件对RPC 力学性能的影响,以确定合适的养护条件;以及对RPC 的微观结构进行了研究,揭示其高强度及高耐久性的工作机理;并对RPC制成的放射性核废料储藏容器的性能进行了研究,指出RPC 不但能够防止放射性物质从内部泄漏,而且能够抵御外部侵蚀性介质的腐蚀,是制备新一代核废料储存容器的理想材料。另外,由于它的良好耐磨性能和低渗透性,可以用于生产各种耐腐蚀的压力管和排水管道。目前,国外对RPC 的研究重点已由基本性能转到了构件及结构的设计方法上,以求将这种超高性能混凝土尽快在结构应用中推广,相关工作正在进行,还没有形成系统的研究成果,更没有涉及到RPC结构的抗震及抗火性能。
RPC 在国外已有不少工程实例,主要制品包括:法国BOUYGUES公司与美国陆军工程师团合作，进行了RPC制品的实际生产。F·de LARRARD提出基于最大密实度理论的固体悬浮模型（SSM），进行了RPC配合比设计。美国CPAR计划及法国与美国陆军工程师团合作生产的RPC制品包括：大跨度预应力混凝土梁、压力管道及放射性固体废料储存容器。预应力混凝土梁中由RPC材料承受剪切力，可完全取消附加的抗剪配筋，而且可以减少梁的截面和配筋量；采用RPC的压力管道提高了工作压力，而且大大增强了对侵蚀性介质的抗侵蚀能力；用RPC制备的固体肥料储存容器可长期储存中、低放射性肥料，其使用寿命可高达500年。法国某核电站的冷却系统采用RPC 生产了2500 多根预制梁,耗用混凝土823m³ ,同时还生产了大量核废料储存容器。加拿大在对RPC 配合比研究的基础上,94 年开始进行工业性试验,研究了无纤维RPC 钢管混凝土,并用于加拿大魁北克省70米跨的Sherbrooke 人行混凝土桁架桥上。桥构件采用30mm厚无纤维RPC 桥面板、直径150mm 的预应力RPC 钢管混凝土桁架、纤维RPC 加劲肋和纤维RPC 梁,整个结构在现场进行组装,见图1 。由于采用了RPC ,不仅大大减轻了桥梁结构的自重,同时提高了桥梁在高湿度环境、除冰盐腐蚀与冻融循环作用下的耐久性能。
国内近几年才开始RPC 的研究,目前还没有工程应用实例。与国外采用水泥- 硅粉两组分胶凝材料不同,国内研究者结合我国HPC 的制备技术及经验,选择了水泥- 粉煤灰- 硅粉三组分胶凝材料体系。文献对RPC 的基本性能进行了较为系统的试验,主要考察了水胶比、粉煤灰、硅粉和钢纤维掺量对RPC 流动性和强度的影响,同时对养护温度、养护时间、凝结时间和开始热养护时刻对RPC 强度的影响进行了研究。研究结果表明: 粉煤灰的加入, 在极低水胶比(0.16)的条件下,使混凝土工作度与成型密实程度得到明显改善,通过适当时间的热养护处理,可以获得与水泥—硅粉两组分胶凝系统相当强度和其他性能的效果。为将RPC 实际应用,进一步开展了搅拌设施、高频振捣与脱模剂的试验研究,发展RPC 的原材料选择、制备技术及生产工艺,这是它能够在短短几年里就在国外工程建设领域里获得应用的关键。
文献对RPC 的本构关系进行了试验研究,并与HPC和OC 进行了比较,结果表明:RPC 的极限压应变为HPC 的2～3 倍。从结构抗震角度来看,这比具有极高的抗压强度更为重要。在具有相同抗弯能力的前提下,采用RPC 结构重量仅为普通钢筋混凝土结构的1/ 2～1/ 3 ,大大减轻了结构自重;同时,在未经加压成型、标准养护条件下,其抗压强度仍可达170MPa～230MPa。
总体上讲，我国在超高强混凝土的研究与应用方面与国际上的差距还不小，其中的原因主要有以下几点：
（1）国产的减水剂质量差。高效减水剂是配制高强混凝土必不可少的成分，其质量的优劣直接影响到混凝土的性能。目前国产萘系合成高效减水剂减水率为18～22％，普通减水剂为8～10％，而日本产的聚丙烯酸系高效减水剂减水率高达35％，普通型达15％。当减水剂的减水率超过30％时，只用高效减水剂及普通硅酸盐水泥即可配制C100以上的超高强混凝土。因此，研制优质的高效减水剂对我国超高强混凝土技术的发展时极其重要的。
（2）高标号水泥应用较少。提高水泥标号，混凝土强度可随之提高，而我国生产高标号水泥的技术水平有限，目前配制高强混凝土主要使用525号水泥，625号以上的水泥很少采用，限制了混凝土强度的提高。
（3）高强混凝土的脆性较为严重，影响了它在工程中的应用。从文献［4］可知，在RPC中掺加钢纤维或用钢管对RPC施加侧向约束，可使RPC的极限应变达到普通混凝土的2～3倍，有效地解决了高强混凝土脆性严重的问题，尤其是钢管约束的方法，必要时还可施加沿钢管轴线方向的预应力，不仅效果好，而且价格低廉，非常适合在工程实践中推广应用。
（4）硅灰价格昂贵，使利用硅灰配制超高强混凝土的方法在工程应用中受到限制，因此，寻找价廉质优的活性掺料来替代硅灰，就显得十分重要。
（5）养护制度不完善，影响了混凝土强度的提高及其应用。文献研究指出:热养护有利于提高RPC 的抗压强度,对相同配比的RPC,高温(250 ℃) 养护的混凝土抗压强度最高,热养护(90 ℃) 次之,标准养护最低,相差达30MPa 以上,而且养护制度对不同掺合料混凝土的强度影响也不同。目前,工程实践中由于技术水平及价格等因素的限制,对养护制度的重视普遍不足,这对超高强混凝土的强度及耐久性提高十分不利,在今后的研究与应用中应给予足够的重视。
1.3 RPC应用与研究中存在的问题
为了降低RPC的生产成本及改善其工作性能，掺入粉煤灰后RPC拌合物的流动度有较大的提高，但在掺入量较大时，随粉煤灰掺量的增加，拌合物流动度提高的幅度并不明显。随着拌合物粉煤灰掺量的增加，拌合物的粘稠性有很大的改善，在振捣过程中有较多的气泡逸出，拌合物的工作性能得到改善，减少RPC中的孔隙等缺陷。并且在此过程中，RPC的抗折性能也有一定影响，这是由于掺入粉煤灰后拌合物的粘性降低，包裹在里面的气泡比较容易逸出，减少了RPC中的缺陷从而提高了RPC的抗折强度。
但就目前而言，活性粉末混泥土存在的主要问题，是由于超低水胶比而使它的自身收缩明显加大、采用热养护的影响较显著等，因而只适于预制生产，而不能现浇，在结构工程中的应用受到限制。
1.4 RPC的发展趋势
综上所述,RPC 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,随着我国高层建筑和大跨结构迅速增加,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。从工程应用的角度来看,RPC 在以下几个方面具有较好的发展和应用前景:
(1) 预应力结构和构件。目前由于建筑结构对混凝土预制构件的需求量较多,因此预应力厂家如果投入适量的资金,对部分设备进行改造,完全可以生产上述活性粉末混凝土预制构件。利用RPC 的超高强度与高韧性,能生产薄壁、细长、大跨等新颖形式的预制构件,可大幅度缩短工期和降低工程造价
(2) 钢- 混凝土组合结构。众所周知,钢筋混凝土的最大缺点是自重大,一般的建筑中结构自重为有效荷载的8～10 倍。而用无纤维RPC 制成的钢管混凝土,具有极高的抗压强度、弹性模量和抗冲击韧性,用它制作高层或超高层建筑的结构构件,可大幅度减小截面尺寸和结构自重,增加建筑物的使用面积与美观,因此RPC 钢管混凝土构件有着广阔的应用前景。
(3) 特殊用途构件。RPC 的孔隙率极低,具有超高抗渗性及良好的耐磨性,不但能够防止放射性物质从内部泄漏,而且能够抵御外部侵蚀性介质的腐蚀,可以用于生产核废料储存容器和各种耐腐蚀的压力管和排水管道,不仅可大大降低造价, 而且可大幅度延长构件的使用寿命。
(4)RPC 的早期强度发展快,后期强度极高,用于补强和修补工程中可替代钢材和昂贵的有机聚合物,既可保持混凝土体系的有机整体性,还可降低工程造价。
(5)RPC的高密实性与良好的中作性能，使其与模板相结触的表面具有很高的光洁度，外界的有害介质很难侵入到RPC中去，而且RPC中的着色剂等组分也不易向外析出，利用这一特点可作建筑物的外装饰材料。
1.5 本文研究的主要问题
针对RPC的特性和存在的主要问题，本文着重研究了在不同硅灰参量，不同用砂粒径，不同钢纤维参量与品种以及不同的养护条件下活性粉末混泥土不同的力学性能及耐久性。由于现实生活中的井盖通常用铸铁制造，且由于铸铁本身具有再利用价值，因此社会上经常出现井盖丢失，平坦大道时有馅井出现，因此造成人仰车翻，成为全国一大公害的情况。而活性粉末混泥土的种种性能显示出其代替球墨铸铁做成井盖的可能性，一旦试验研究成功，由于RPC井盖具有不可回收的特点，且成本大大降低，这将给社会经济及治安带来积极的因素。本文做了用活性粉末混泥土做成井盖的探索性试验，取得了一定成绩。
第二章 原材料及试验方法
RPC混泥土一般由水泥，细砂，硅灰，石英粉和高效减水剂组成，结合我国的实际情况，我们将石英粉用粉煤灰代替，且由于这样配制成型制作出的试件抗压强度达不到使用的要求，我们在其中加入钢纤维，以提高其抗折性能。
2.1 试验原材料及基本性能
试验原材料：水泥，粉煤灰，硅粉，砂，钢纤维，减水济，水
（1）水泥
海星小野田P.Ⅱ型525R硅酸盐水泥，查阅资料可得：
水泥的性能见表2－1：
表2－1 海星小野田的性能
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水泥品种
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标准稠
度用水量(%)
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初凝时间
(h)
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终凝时间
(h)
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抗压强度(Mpa)
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抗折强度(Mpa)
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细度(%)
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3天
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28天
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3天
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28天
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海星小野田
P.Ⅱ52.5
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26.3
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2:20
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4:05
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34.7
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62.8
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20.9
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16.9
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0.5
|
（2）掺合料
a 粉煤灰
采用妈湾电厂产一级粉煤灰，灰褐色。
b 硅粉：
采用中国贵州遵义铁合金厂产山鹰牌硅粉，灰白色。
(3)细骨料
东莞河砂（用0.63mm筛子过筛）；
含泥量：0.5
(4)外加剂
KFDN-SP3000高效减水剂；
(5)钢纤维
嘉兴市经纬钢纤维有限公司产平直型钢纤维，规格：15-40mm，等效直径0.3-0.8mm；长径比：30～60；抗拉强度≧380MPa及其他异性钢纤维。
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长度/mm
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直径/mm
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长径比
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嘉兴市七星钢纤维
有限公司/ZH-06
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25
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0.5
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50
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嘉兴市七星钢纤维
有限公司/ZH-09
|
25
|
0.5
|
50
|
|
嘉兴市七星钢纤维
有限公司/ZH-09
|
12
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0.4
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30
|
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嘉兴市经纬钢纤维
有限公司/平直型
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15--40
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0.3—0.8
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（6）水
普通自来水
2.2 试验方法
2.2.1 试件的制作与养护
(1) 试件制作
按GB/T50081-2002,采用60L混凝土搅拌机，先将钢纤维放进搅拌机3分钟进行分散，然后加入胶凝材料和细沙干搅3分钟，再加入一半水和外加剂搅拌3分钟，最后加入另一半水搅拌3分钟。测定塌落度和扩展度。
用振动台振实制作试件应该按下述方法进行：
1）将混凝土拌合物一次装入试模，装料时应用抹刀沿各试模壁插捣，并使混凝土拌合物高出试模口。
2）试模应附着或固定在振动台上，振动时试模不得有任何跳动，振动应持续到表面出浆为止；不得过振。
(2) 试件养护
标准养护按GB/T50081-2002，一天拆模后应立即放入温度为20±2℃，相对湿度为95℃以上的标准养护室中养护。标准养护室内的试件应放在支架上，彼此间隔10～20mm试件表面应保持湿润，并不被水直接冲淋；标准养护龄为28天。热养护为一天拆模放进养护箱内，在6小时内升温至90摄氏度，在90摄氏度蒸养3天。
2.2.2 RPC强度和耐久性试验方法
（1） RPC抗压强度试验
a试验注意事项
1）试件从养护地点取出后应及时进行试验，将试件表面与上下承压板面擦干净。
2）将试件安放在试验机的下压板或垫板上，试件的承压面应与成型时的顶面垂直。试件的中心应与试验机下压板中心对准，开动试验机，当上压板与试件或钢垫板接近时，调准球座，使接触均衡。
3）在实验过程中应连续均匀地加荷，取每秒钟0.8～1.0mpa。
4）当试件接近破坏开始急剧变形时，应停止调整试验机油门，直至破坏。然后记录破坏荷载。
b试件抗压强度试验结果计算方法：
混凝土立方体抗压强度应按下式计算：
fcc＝F/A
式中 fcc——混凝土立方体试件抗压强度（mpa）；
F——试件破坏荷载（N）；
A——试件承压面积（mm²）。
混凝土立方体抗压强度计算应精确到0.1mpa。
(2)劈裂抗拉强度试验
a 劈裂抗拉强度试验步骤：
1）试件从养护地点取出后应及时进行试验，将试件表面与上下承压板面擦干净。
2）将试件放在试验机下压板的中心位置，劈裂承压面和劈裂面应与试件成型时的顶面垂直；在上、下压板与时间之间垫以圆弧形垫块及垫条各一条，垫块与垫条应与试件上、下面的中心线对准并与成型时的顶面垂直。宜把垫条及试件安装在定位架上使用。
3）开动试验机。当上压板与圆弧形垫块接近时，调整球座，使接触均衡。加荷应连续均匀，每秒钟0.08～0.10MPa,至试件接近破坏时，应停止调整试验机油门，直至试件破坏，然后记录破坏荷载。
b 劈裂抗拉强度计算方法：
fts=0.637F/A
式中 fts——混凝土劈裂抗拉强度（MPa）;
F——试件破坏荷载（n）；
A——试件劈裂面面积（mm²）
劈裂抗拉强度计算精确到0.01MPa
(3)抗折强度试验
a 抗折强度试验步骤：
1）试件从养护地点取出后应及时进行试验，将试件表面擦干净。
2）装置试件安装尺寸偏差不得大于1mm。试件的承压面应为试件成型时的侧面。支座及承压面与圆柱的接触面应平稳、均匀，否则应垫平。
3）施加荷载应保持均匀、连续。每秒钟0.08～0.10MPa，至试件接近破坏时，应停止调整试验机油门，直至试件破坏，然后记录破坏荷载。
4）记录试件破坏荷载的试验机示值及试件下边缘断裂位置。
b 抗折强度计算方法：
ff＝FL/(BH²)
式中 ff——混凝土抗折强度（mpa）
F——试件破坏荷载（n）
L——支座间跨度(mm)
H——试件截面高度（mm）
B——试件截面宽度（mm）
(4) 抗渗性试验
a 试验步骤：
1）6个试件为一组。
2）试件成型后24h拆模，用钢丝刷刷去两端面水泥浆膜，标准养护至28d。
3）试件养护到期后取出，擦干表面，用钢丝刷刷净两端面。等表面干燥后，在试件侧面滚涂一层密封材料，然后在螺旋加压器上压入经过烘箱或电炉预热过得试模中，使试件模底平齐。等试模变冷后，即可解除压力，装至渗透仪上进行试验。
如在实验过程中，水从试件周边渗出，说明密封不好，应重新密封。
4）试验时，水压水压控制恒定为2.0±0.05MPa。48h后停止试验，取出试件。
b 实验结果处理：
计算6个试件的渗水高度的算术平均值，作为该组试件的平均渗水高度。相对渗水系数按下式计算：
Sk=
式中 Sk—相对渗透系数（mm/h）
Dm—平均渗水高度（mm）
H—水压力，以水柱高度表示（mm），本试验取204.14×10 mm。
T—恒压经过的时间（h）
m—混泥土的吸水率，一般为0.03
以上六个试件的计算平均值作为实验结果。根据试验所得渗水高度或相对渗透系数，比较混泥土的密实性。
(5) 耐磨性试验
a 试验步骤：
1）将标准砂装入磨料料斗。
2）将试件固定在试件托架上，使试件表面平行于摩擦钢轮的轴线，且垂直于托架底座。
3）启动电动机，使钢轮以75r/min的速度转动，接着，调节节流阀，使磨料至少以1L/min的速度均匀落下，立即将试件与摩擦钢轮接触，并开始计时。
4)磨至下表规定的时间后，关闭电动机，移开托架，关闭节流阀，取下试件，在试件上用游标卡尺测量磨坑两边缘和中间的长度，精确至0.1mm，取其平均值。
5)每块试件应在其表面上互相垂直的两个不同部位进行两次试验。
b 试验结果计算与评定
1）试验结果以5块试件10次试验的平均磨坑长度进行评定，必要时，也可用平均磨坑体积进行评定，长度精确至0.1mm，体积精确至1mm³。
2）当试验结果以体积表示时，磨坑体积按下式计算：
V=（丌*α/180-sinα）*bd²/8
Sin（α/2）＝l/d
式中 d——摩擦钢轮直径，mm
b——摩擦钢轮宽度，mm
α——磨坑长度所对之圆心角，（º）
l——磨坑长度，mm
(6) 静力受压弹性模量试验
a 试验步骤：
1）试件从养护地点取出后先将试件表面与上下承压板面擦干净。
2）去3个试件测定混凝土的轴心抗压强度。另3个试件用于测定混凝土的弹性模量。
3）在测定混凝土弹性模量时，变形测量仪应安装在试件两侧的中线上并对称于试件的两端。
4）应仔细调整试件在压力试验机的位置，使其轴心与下压板的中心线对准。开动压力试验机，当上压板与试件接近时调整球座，使其接触均衡。
5）加荷至基准应力为0.5mpa的初始荷载值，保持恒载60s并在以后的30s内记录每测点的变形读数。应立即连续均匀地加荷至应力为轴心抗压强度的1/3的荷载值，保持恒载60s并在以后的30s内记录每一测点的变形读数。所用加荷速度应符合规定。
6）当以上这些变形值之差与它们平均值之比大于20%时，应重新对中试件后重复试验。如果无法使其减少到低于20%，则此实验无效。
7）在确认试件对中符合规定时，以与加荷速度相同的速度卸荷至基准应力0.5mpa，恒载60s；然后用相同的加荷和卸荷速度以及60s的保持恒载至少进行两次反复预压。在最后一次预压完成后，在基准应力0.5mpa迟何60s并在以后的30s内记录每一测点的变形读数；再用同样的加荷速度加荷至初始荷载值，持何60s并在以后的30s内记录每一测点的变形读数。
8）卸除变形测量仪，以同样的速度加荷至破坏，记录破坏荷载。如果试件的抗压强度与轴心抗压强度之差超过轴心抗压强度的20%时，则应在报告中注明。
b 试验结果计算及确定
1）混凝土弹性模量应按下式计算：
Ec＝（Fa－Fo）/A×(L/Δn)
式中 Ec——混凝土弹性模量，mpa
Fa——应力为1/3轴心抗压强度时的荷载，N
Fo——应力为0.5mpa时的初始荷载，N
A——试件承压面积，mm²
L——测量标距，mm
Δn＝εa－εo
式中 Δn——最后一次从Fo加荷至Fa时试件两侧变形的平均值，mm
εa——Fa时试件两侧变形的平均值，mm
εo——Fo时试件两侧变形的平均值，mm
混凝土受压弹性模量计算精确至100mpa；
2）弹性模量按3个试件测值的算术平均值计算。如果其中有一个试件的轴心抗压强度值与用以确定检验控制荷载的轴心抗压强度值相差超过后者的20%时，则弹性模量值按另两个试件测值的算数平均值计算；如果有两个试件超过上述规定时，则此次试验无效。
(7) 混凝土收缩试验
a 试验步骤：
1）测定代表某一混凝土收缩性能地特征值时，试件应在3天龄期从标准养护室取出并立即移入恒温恒湿室测定其初始长度，此后至少应按一下规定的时间间隔测量其变形读数：
1、3、7、14、28、45、60、90、120、150、180天。
测定混凝土在某一具体条件下的相对收缩值时（包括在徐变试验时的混凝土收缩变形测定）应按要求的条件安排试验，对非标准养护试件如需移入恒温恒湿室进行实验，应先在该室内预置4h，再测其初始值，以使他们具有相同的温度基准。测量时并应记下试件的初始干湿状态。
2）测量前应先用标准杆校正仪表的零点，并应在半天的测定过程中至少再复核1～2次，如复核时发现零点与原值的偏差超过±0.01mm，调零后应重新测定。
3）试件每次在收缩仪上放置的位置、方向均应保持一致。为此，试件上应标明相应记号。试件在放置及取出时间应轻稳仔细，勿使碰撞表架及表杆，如发生碰撞，则应取下试件，重新以标准杆复核零点。
用接触式引伸仪测定时，也应注意使每次测量时试件与仪表保持同样的方向性。每次读数应重复3次。
4）试件在恒温恒湿室内放置在不吸水的搁架上，底面架空，其总支承面积不应大于100乘截面边长，每个试件之间应至少留有30mm的间隙。
5）需要测定混凝土自缩值的试件，在3天龄期时从标准养护室取出后应立即密封处理，密封处理可采用金属套或蜡封，采用金属套时试件装入后应盖严焊死，不得留有任何能使内外湿度交换的缝隙，外露测头的周围也应用石蜡反复封堵严实，采用蜡封时至少应涂蜡3次，每次涂蜡前应用浸蜡的纱布或蜡纸包裹严实，蜡封完毕后应套以塑料袋加以保护。
自缩试验期间，试件应无重量变化，如在180天实验间隔期间重量变化超过10g，该试件的试验结果无效。
b 混凝土收缩值应按下式计算：
εst＝（Lo－Lt）/Lb
式中：εst——试验期为t天的混凝土收缩值，t从测试初始长度时算起
Lb——试件的测量标距，用混凝土收缩仪测定时应等于两侧头内侧的距离，即等于混凝土试件的长度减去2倍侧头埋入深度，mm
Lo——试件长度初始读数，mm
Lt——试件在试验期为t时测得长度读数，mm
作为相互比较的混凝土收缩值为不密封试件于3天龄期自标注养护室移入恒温恒湿室中放置180天所测得的收缩值。取3个试件值的算术平均值作为该混凝土的收缩值，计算精确到10×10-6。
(8) 混凝土抗氯离子渗透性试验
a 试验步骤
1）从水中取出试片，抹掉表面多余的水分，然后将试片移至一密封罐或其他容器中，以维持试片在95％或更高的相对湿度。
2）试件安装
a．若使用分为两半的试件电池盒，则密封胶应准备约20到40克。
b．低粘度的试件盒密封胶——若需用滤纸，将滤纸放置于施加电压的电池盒内的一个网板中央，见密封胶涂到盒旁的黄铜垫片上，小心的取走滤纸。压放试片于网板上，将溢出试片与电池盒边界多余的密封胶清除或磨平。
c．高粘度的试片盒密封胶——置试片于网板上，沿试片与电池盒的环形边界环涂密封胶。
d．以非渗透性材料如橡胶或塑料片覆盖试片的露出表面，将橡皮止水环放入试片盒内的填塞孔中，以防止水分流动，根据制造商的使用指南，让密封胶固化。
e．对另外半个电池盒重复步骤b(或c)与d，完成后，试片在施加电压用的电池盒内。
3）试片安装（使用橡胶垫圈的方案）：
在每一个半个电池盒中，放置外径为100mm、内劲为75mm、厚度为6mm的硫化橡胶垫圈，然后放入试片，并将试验用的电池盒的两半夹在一起以达到密封的目的。
4）将3.0%的NaCl溶液注入包含着试片顶部端面的那半个电池盒内与负极相连），而电池盒的另一侧（与正极相连）则注入0.3N的NaOH溶液。
5）将两根导线分别连接在电池盒的香蕉型接线柱上，正确地接到福特表和数据读出仪器上，
6）试验期间，试片周围的空气温度应维持在20℃至25℃间。
7）最少每隔30分钟读记一次电流，若以电压表结合并联电阻来读出电流，使用适当的折算系数将电流读数折算成安培值。整个试验期间，必须保持每个半电池盒中始终充满着适当的溶液。
8）取出试片，用自来水充分漂洗电池盒，剥除并丢去残存的密封胶。
b计算并解释结果
1）绘制电流对时间图，以光滑曲线连接数据点，并对曲线下方的面积做积分得到试验6小时通过的电量。
Q=900×（I0+2I30+2I60+···+2I300+2I330+I360）
式中:Q=通过的电量（库仑）
I0＝施加电压后的即时电流（安培）
Ii＝施加电压后第i分钟的电流（安培）
第三章 RPC的强度的影响因素及性能研究
配制出满足强度、耐久性和工作性的超高强混凝土，除了选择优质的原材料外，适当的配合比也是重要的考虑因素之一。因此考虑了诸如硅灰掺量、粉煤灰掺量、钢纤维品种、钢纤维掺量、砂的颗粒级配等因素对RFC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，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。
表3.1 不同硅灰掺量的原材料配制
W/B=0.17 单位：kg/m
|
编号
|
水
）
|
水泥
|
硅粉
|
粉煤灰
|
砂
|
外加剂
|
钢纤维
|
硅灰
参量
|
|
224-1
|
184
|
800
|
0
|
200
|
1000
|
60
|
0
|
0
|
|
224-2
|
184
|
750
|
50
|
200
|
1000
|
60
|
0
|
5％
|
|
224-3
|
184
|
700
|
100
|
200
|
1000
|
60
|
0
|
9％
|
|
224-4
|
184
|
650
|
150
|
200
|
1000
|
60
|
0
|
13％
|
|
224-5
|
184
|
600
|
200
|
200
|
1000
|
60
|
0
|
17％
|
试件分两种养护制度进行养护：蒸养和28d标养。所测出的数据如表3.2
表3.2 不同硅灰掺量对混凝土性能的影响
|
试件编号
|
扩展度（mm）
|
抗折强度（MPa）
|
抗压强度（MPa）
|
|
蒸养
|
28d标养
|
蒸养
|
28d标养
|
|
224-1
|
860×840
|
9.95
|
12.92
|
102.05
|
88.68
|
|
224-2
|
490×490
|
15.13
|
14.85
|
113.82
|
94.48
|
|
224-3
|
460×460
|
14.99
|
11.53
|
104.73
|
88.57
|
|
224-4
|
460×460
|
9.89
|
15.54
|
99.98
|
90.99
|
|
224-5
|
320×320
|
17.22
|
--
|
104.73
|
95.06
|
注：第5组标养试件由于事先已经断裂，故强度较低。
其抗折强度和抗压强度变化如图3.1和3.2所示：
图3.1 不同硅灰参量RPC抗折强度的变化
图3.2 不同硅灰参量RPC抗压强度的变化
在试验的过程中我们可以发现：
（1）硅灰的掺入可以影响拌合物的流动性能，当硅灰掺量为5％时，拌合物的扩展度比未加硅灰时降低的最为明显，而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达20m²/g的粒子，其本身的需水量是相对大的，因此随着硅灰的加入，拌合物粘性增加，流动性下降。
（2）从图3.1和3.2可以发现，对于蒸汽养护，加入5％的硅灰可以很大程度上提高抗折强度，比未加硅灰提高了约52％，但随着硅灰掺量的继续增加，抗折强度的变化不大；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。第5个数据由于试件已经先断，故强度较低。
（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。对于蒸汽养护和标准养护，掺5％的硅灰比未掺硅灰试件的抗压强度分别提高了约11.5％和6.5％。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，表现为很大的脆性，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1/8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 钢纤维掺量对活性粉末混凝土性能影响的配合比
单位：kg/m
|
编号
|
水泥
|
硅灰
|
粉煤灰
|
砂
|
外加剂
|
水
|
钢纤维
|
|
0318-1
|
700
|
100
|
200
|
1000
|
80
|
172
|
0
|
|
0318-2
|
700
|
100
|
200
|
1000
|
80
|
172
|
156
|
|
0318-3
|
700
|
100
|
200
|
1000
|
80
|
172
|
312
|
|
0318-4
|
700
|
100
|
200
|
1000
|
80
|
172
|
468
|
|
0318-5
|
700
|
100
|
200
|
1000
|
80
|
172
|
624
|
试件分两种养护制度进行养护：蒸养和标养。所测出的数据如表3.4所示。
表3.4 钢纤维掺量对活性粉末混凝土性能的影响
|
编号
|
扩展度（mm）
|
抗折强度（MPa）
|
抗压强度（MPa）
|
|
蒸养
|
28d标养
|
蒸养
|
28d标养
|
|
0318-1
|
750×790
|
12.00
|
12.99
|
107.79
|
95.84
|
|
0318-2
|
680×630
|
15.41
|
20.76
|
126.21
|
102.44
|
|
0318-3
|
440×430
|
29.65
|
30.72
|
133.37
|
116.32
|
|
0318-4
|
--
|
32.35
|
34.40
|
154.21
|
127.26
|
|
0318-5
|
--
|
34.24
|
29.12
|
167.79
|
135.49
|
图3.3 钢纤维参量对RPC抗折强度的影响
图3.4 钢纤维参量对RPC抗压强度的影响
在试验的过程中我们可以发现：
（1）随着钢纤维掺量的增加，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，当钢纤维掺量为4％和6％时，蒸汽养护的抗折强度分别比未掺钢纤维的提高了147％和170％，而标准养护的28天抗折强度分别比未掺钢纤维的提高了136％和165％。在实验中发现，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也有较大提高。当钢纤维掺量为4％和6%时，蒸汽养护的抗压强度分别比未掺钢纤维的提高了23.7％和43.1％，而掺8％的钢纤维后抗压强度达到167.79MPa。对于标准养护28天的试件，掺4％和6%钢纤维的抗压强度分别比未掺钢纤维的提高了21.4％和32.8％，而掺8％的钢纤维后抗压强度达到135.49MPa。
此外，我们还做了试件的尺寸效应对强度的影响试验。其中那个小试件为：a×b×h＝135×40×40
表3.5 试件尺寸效应
|
标号
|
抗折强度（mpa）
|
抗压强度（mpa）
|
|
蒸养
|
28天标养
|
蒸养
|
28天标养
|
|
0318-1
|
大
|
小
|
大大 大
|
小
|
大
|
小
|
大
|
小
|
|
0318-2
|
13.79
|
18.47
|
18.58
|
1598
|
126.21
|
141.62
|
102.44
|
125.52
|
|
0318-3
|
26.53
|
30.16
|
27.48
|
2.76
|
133.37
|
162.24
|
116.32
|
131.92
|
图3.5 不同尺寸对抗折强度的影响
图3.6 不同尺寸对抗压强度的影响
由表3.5和3.6 中我们可以看出对于抗折强度，大试件明显高于小试件；而对于抗压强度，小试件又明显高于大试件。
3.3 钢纤维品种对RPC强度的影响
随着混凝土强度的提高，其脆性也显著增大，常用的解决办法是与纤维复合。钢纤维能够阻碍混凝土内部微裂纹的繁衍、扩展，对增加混凝土的韧性、抗冲击性等起着关键作用，有效地避免无征兆的脆性破坏的产生。因此，在ＲPＣ中可采用掺入钢纤维来改善其脆性，增加其延性。
钢纤维增强作用随长径比增大而提高，钢纤维长度太短不起增强作用，但纤维太长会影响拌和物的和易性和施工质量，甚至导致强度降低；直径太细易在拌和过程中被弯折，太粗则在同样体积率时增强效果差。因此在固定钢纤维体积率（２％）的情况下，实验对比研究了4种不同品种钢纤维对ＲＰＣ强度的影响,如表3.6：
表3.6 钢纤维品种对RPC强度的影响的配合比
|
编号
|
水泥
（kg/m ）
|
硅灰
（kg/m）
|
粉煤灰
（kg/m）
|
砂
（kg/m）
|
外加剂
（kg/m）
|
水
（kg/m）
|
钢纤维
（kg/m）
|
水胶比
|
|
0310-1
|
700
|
100
|
200
|
1000
|
80
|
142
|
平直型
|
0.19
|
|
0310-2
|
700
|
100
|
200
|
1000
|
80
|
142
|
Zh-06-25
|
0.19
|
|
0310-3
|
700
|
100
|
200
|
1000
|
80
|
142
|
Zh-09-25
|
0.19
|
|
0310-4
|
700
|
100
|
200
|
1000
|
80
|
142
|
Zh-09-12
|
0.19
|
试件分两种养护制度进行养护：蒸养和28d标养。所测出的数据如表3.7所示:
表3.7 钢纤维品种对RPC强度的影响
|
编号
|
扩展度
（mm）
|
抗折强度（MPa）
|
抗压强度（MPa）
|
|
蒸养
|
28d标养
|
蒸养
|
28d天标养
|
|
0310-1
|
360×360
|
14.42
|
14.24
|
136.60
|
122.21
|
|
0310-2
|
290×300
|
17.44
|
18.35
|
137.09
|
122.21
|
|
0310-3
|
290×310
|
19.75
|
19.88
|
140.00
|
114.84
|
|
0310-4
|
300×320
|
16.00
|
16.71
|
139.81
|
118.11
|
图3.7 钢纤维品种对RPC抗折强度的影响
图3.8 钢纤维品种对RPC抗压强度的影响
从图3.7和3.8可以看出，钢纤维的种类对RPC的抗压强度影响不是很大，况且加入钢纤维的目的也是为了加强RPC的韧性，即抗折强度，所以我们在选择钢纤维的种类上，应首先考虑其对抗折强度的影响。经过试验研究和过往经验，我们在本课题研究中选择嘉兴市经纬钢纤维有限公司生产的平直型，规格为15-40mm，等效直径为0.3-0.8mm；长径比为30～60的钢纤维。
3.4 砂的级配对RPC强度的影响
一般说来，集料比水泥石基体要坚固，集料较高的弹性模量能抑制各种收缩，如塑性收缩、干操收缩、自收缩等，这就导致在水泥石---粗集料界面上产生剪力及拉力，剪力及拉力随颗粒尺寸增大而增加，若这些力超过了粘结强度，就会引起附加开裂。另外，水泥石---粗集料界面即过度区是传统混凝土的最薄弱区域。因此，减小混凝土中集料颗较尺寸，取消粗骨料，成为ＲＰＣ混凝土的设计原则之一。
实验对比研究了砂的颗粒尺寸对RPC强度的影响。其配合比如表3.8所示。
表3.8 砂的级配对RPC强度的影响的配合比
|
编号样品编号
|
试件尺寸
|
混凝土试件在60伏直流电压下6h期间内每30min通过的电流（库仑）
|
分计
Q计
|
平
均
Q
|
|
228
228
|
￠： ￠：100mm
n
100 n:50mm
100mm
|
Jjoll I10
|
I30FA I30
|
I60 I60
|
I90 I90
|
I120
|
I150 I150
|
I180 I180
|
I210 I210
|
I240 I240
|
I270 I270
|
I300 I300
|
I330 I330
|
I360 I360
|
|
3.96
|
84.7
|
3.92 3.92
|
3.92 3.92
|
3.92 3.92
|
3.92 3.92
|
3.9 23.92
|
3.9 23.92
|
3.9 23.92
|
3.92 3.92
|
3.92 3.92
|
3.9 13.91
|
3.91 3.91
|
84.7 84.7
|
84848 84
|
|
3.8993.89
|
82.8
|
3.8 33.83
|
3.83 3.83
|
3.83 3.83
|
3.8 33.83
|
3.8 33.83
|
3.8 33.83
|
3.8 33.83
|
3.8 33.83
|
3.8 33.83
|
3.8 33.83
|
3.8 33.83
|
82. 882.8
|
|
5.46.46
|
124. 124
|
5.61 5.61
|
5.66 5.66
|
5.7 5.7
|
5.7 45.74
|
5.7 75.77
|
5.8 5.8
|
5. 835.83
|
55.885.85
|
5. 885.88
|
5.8 95.89
|
5. 95.9
|
124.1124.1
|
试件分两种养护制度进行养护：蒸养和标养。所测出的数据如表3.9所示。
表3.9 砂的级配对活性粉末混凝土性能的影响
|
标号
|
抗折强度（MPa）
|
抗压强度（MPa）
|
|
蒸养
|
28天标养
|
蒸养
|
28天标养
|
|
0412-1
|
14.13
|
14.14
|
123.18
|
,
103.57
|
|
0412-2
|
13.05
|
15.97
|
124.60
|
111.72
|
|
0412-3
|
13.84
|
14.42
|
124.73
|
111.58
|
|
0412-4
|
12.58（有孔）
|
11.87
|
119.70
|
103.24
|
|
0412-5
|
13.42
|
13.70
|
116.73
|
98.62
|
图3.9 砂的级配对RPC抗折强度的影响
图3.10 砂的级配对RPC抗压强度的影响
在天然河砂作为ＲＰＣ混凝土的骨料配制成的ＲＰＣ浆体中，粒径范围窄的砂配制成的浆体的流动度比粒径范围宽的同类砂配制成的浆体的流动度要小。砂的粒径的不同对混凝土抗折强度的影响较大，由图3.9我们可以看出无论是蒸养还是标养，0～5mm粒径的砂的抗折强度都是最小的，最高强度值出现在级配为0～1.25的28天标养试件上。对于抗压强度，由图3.10我们可以看出，蒸养试件明显高于标养试件。不同的级配，蒸养的试件之间抗压强度大小的差别不是很大。
3.5 RPC收缩性研究
在养护的过程中，混泥土由于水分的蒸发和散热等而发生收缩变形，在实验中，我们用每水泥，硅粉，粉煤灰，砂，外加济，水分别为650，150，200，1000，80，122的配合比配制三组试件进行收缩性试验，其实验数据如表3.10所示：
表3.10 RPC在不同养护期内的收缩值
单位：mm
|
样品 编号
|
试件 测量标距Lb（mm）
|
试件 长度初始度数L0（mm）
|
|
228-1
|
537.7-519.8＝17.9，519.8-22.1＝497.7
|
7.716
|
|
228-2
|
534.2-516.8＝17.4，516.8-22.6＝494.2
|
4.386
|
|
228-3
|
535.5-519.0＝16.5，519-23.5＝495.5
|
5.41
|
|
收缩值
|
1d （×）
|
3d （×）
|
7d （×）
|
14d （×）
|
28d （×）
|
|
228-1
|
113
|
197
|
233
|
382
|
424
|
|
228-2
|
76.9
|
158
|
231
|
382
|
435
|
|
228-3
|
92.8
|
184
|
222
|
387
|
432
|
|
平 均
|
90
|
180
|
230
|
380
|
430
|
其收缩性的大小随养护期长度的变化曲线如下3.11所示：
图3.11 养护期对RPC收缩性的影响
可见，随着养护期的增长，收缩性的大小也随之增强。但随着时间的增加，其收缩性大小会逐渐趋于平缓。RPC是水胶比低，水泥标号较高，水泥用量大而且掺有大量的磨细活性掺合料。这种组成导致早期胶凝材料的水化快，混泥土内自由水迅速消耗，在内部结构密实的同时产生自干燥现象，这种自干燥作用必然引起其宏观体积缩小，即自收缩。
基于此种因素，RPC的收缩比普通混泥土有所加大，原因如下：（1），RPC中含有水泥，超细粉煤灰及硅粉等大量粉末，同时时间水胶比较低，造成自干缩较大。（2），RPC 中用粒径小于630um的细砂作为骨料，且其占总胶凝材料重量的比重较小，相对于普通混泥土，骨料对试件收缩变形的阻止作用大大减小。
3.6 RPC抗渗性研究
在试验5.1的同时，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，其渗透高度如表3.11所示：
表3.11 RPC在48h后的渗透高度
单位：mm
|
试件号
|
渗水高度
|
平均值
|
|
228-1
|
10
|
5.6
|
|
228-2
|
5
|
|
228-3
|
0
|
|
228-4
|
8
|
|
228-5
|
5
|
|
228-6
|
——
|
注：其中第六块试件在试验的过程中被破坏，所以不被列入研究范围。
由此可计算得，RPC的渗透系数为：
Sk===0.48*10mm/h
由此可知：活性粉末混泥土不渗透。
3.7 RPC耐磨性研究
在RPC的应用中，耐磨性是一个很重要的指标，在前期试验的基础上，我们按下面的配料制作试块，如表3.12：
表3.12 在耐磨试验中的配合比参量
|
名 称
|
水泥
|
硅粉
|
粉煤灰
|
砂
|
外加济
|
钢纤维
|
水
|
|
参量（Kg/m）
|
700
|
100
|
200
|
1000
|
50
|
156
|
170
|
试验中，我们制作一组试块（三块）在标准养护28d后进行试验。启动电动机，使钢轮以75r/min的速度转动，接着，调节节流阀，使磨料以1L/min的速度均匀落下，立即将试件与摩擦钢轮接触，并开始计时。1分钟后，我们测得磨坑两边缘和中间的长度分别为：23.4mm，24.4mm和26.2mm，平均24.7mm。
试件的磨坑长度小于28.0mm，属于优等品。
3.8 RPC氯离子渗透研究
在本试验中，我们采用电指标显示RPC抗氯离子渗透性指标的实验方法，即（ASTM--C1202-97），本方法是以确定混泥土的电导，来快速显示混泥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。通过的总电量也是片的抗氯离子渗透性有明显的关系。据资料可得：
表3.13 根据通过的电量衡量氯离子渗透性
|
通过的电量（库仑）
|
氯离子渗透性
|
|
>4000
|
高
|
|
2000-4000
|
中等
|
|
1000-2000
|
低
|
|
100-1000
|
很低
|
|
<100
|
不渗透
|
按照试验的要求，我们在6h内测得试验数据如图3.14所示：
表3.14 RPC在60伏直流电压下6h期间内每30min通过的电流
|
编号
样品编号
|
试件
尺寸
|
混凝土试件在60伏直流电压下6h期间内每30min通过的电流
（库仑）
|
分
计
Q
计
|
平
均
Q
|
|
228
228
|
￠： ￠：100mm
n
100 n:50mm
100mm
|
Jjoll I10
|
I30FA I30
|
I60 I60
|
I90 I90
|
I120
|
I150 I150
|
I180 I180
|
I210 I210
|
I240 I240
|
I270 I270
|
I300 I300
|
I330 I330
|
I360 I360
|
|
3.96
|
84.7
|
3.92 3.92
|
3.92 3.92
|
3.92 3.92
|
3.92 3.92
|
3.9 23.92
|
3.9 23.92
|
3.9 23.92
|
3.92 3.92
|
3.92 3.92
|
3.9 13.91
|
3.91 3.91
|
84.7 84.7
|
84848 84
|
|
3.8993.89
|
82.8
|
3.8 33.83
|
3.83 3.83
|
3.83 3.83
|
3.8 33.83
|
3.8 33.83
|
3.8 33.83
|
3.8 33.83
|
3.8 33.83
|
3.8 33.83
|
3.8 33.83
|
3.8 33.83
|
82. 882.8
|
|
5.46.46
|
124. 124
|
5.61 5.61
|
5.66 5.66
|
5.7 5.7
|
5.7 45.74
|
5.7 75.77
|
5.8 5.8
|
5. 835.83
|
55.885.85
|
5. 885.88
|
5.8 95.89
|
5. 95.9
|
124.1124.1
|
图3.12 RPC试件在60伏直流电压下通过的电流
通过计算可得：
Q=900×（I0+2I30+2I60+···+2I300+2I330+I360）
=84<100（库仑）
式中:Q=通过的电量（库仑）
I0＝施加电压后的即时电流（安培）
Ii＝施加电压后第i分钟的电流（安培）
根据试验得出的数据Q＝84<100和表5.4，我们可以判断RPC材料的抗氯离子渗透性为不渗透。
第四章 活性粉末混泥土的应用
现在市面上流通的井盖通常用铸铁制造，由于铸铁本身具有再利用价值，社会上经常出现井盖丢失，平坦大道时有馅井出现，因此造成人仰车翻，成为全国一大公害。为此，基于活性粉末混泥土的种种特性，本文研究了用活性粉末混泥土制作井盖，并达到了预期的效果。
活性粉末混泥土作为一种新型的水泥基复合材料，再某些特性上（包括强度和韧性）要优于普通混泥土，但活性粉末混泥土与其他先进水泥基材料（例如：MDF、DSP、CBC等）存在一个重要的差别，即活性粉末混泥土首先是为了满足结构工程的需要，是从克服混泥土、钢筋混泥土不足之处发展而来，因此RPC从原材料选择到制备和生产工艺都和普通混泥土技术密切相关，这是它能够在短时间内就在工程建设领域里获得应用的关键。根据法国有关资料介绍，活性粉末混泥土可应用的领域非常广泛，包括供水、废物处理、石油工业、锻造与冲压、探矿、一般机械、船舶制造、航空工业、建筑业、土木工程、低温工程、表面防护层、化学工业、机床、刀具、液压设备以及在军事上用于防护设施等。
在充分研究活性粉末混泥土（RPC ）的各项性能后结合我国现有的实际情况，我们利用活性粉末混泥土制作了井盖，通过实验对其进行受力分析，以检测其在代替现有的铸铁井盖的可能性。这将大大减少井盖的制作成本和提高社会治安。根据之前的研究结果，我们确定井盖的原材料配合比如表5.1所示：
表4.1 井盖的配合比参量
单位：kg/m
|
水泥
|
硅灰
|
砂
|
粉煤灰
|
外加剂
|
水
|
钢纤维
|
|
700
|
100
|
1000
|
200
|
50
|
170
|
312
|
此外，为加强井盖的抗折性能，我们在采用活性粉末混泥土的基础上还加入了钢筋网架，在蒸养9天后，我们按下面的方法检测井盖的承载能力：
（1）裂缝荷载检验
以2kN/s的速度加载，按裂缝荷载值分级加荷，每级加荷量为裂缝荷载的20％，恒压1min，逐级加荷至裂缝出现，然后以裂缝荷载的5％的级差继续加荷，同时用读数显微镜测量裂缝宽度，当裂缝宽度达到0.2mm时，读取得荷载值即为裂缝荷载值。
（2）破坏荷载检验
读取裂缝荷载值后继续按表5.6规定的荷载分级加荷，每级加荷量为破坏荷载的20％，恒压1min，逐级加荷至表5.6规定的荷载值，在继续按破坏荷载值的5％的级差加载至破坏，读取检查井盖的破坏荷载值。
表4.2 钢纤维混凝土检查井盖的承载能力
单位：kN
|
检查井盖等级
|
裂缝荷载
|
破坏荷载
|
|
A
|
180
|
360
|
|
B
|
105
|
210
|
|
C
|
50
|
100
|
|
D
|
10
|
20
|
|
注：裂缝荷载系指对钢纤维混凝土检查井盖加载时表面裂缝宽
度达0.2mm时的试验荷载值。
|
在2kN/s的加载速度下，9天之后检测的结果如下：
裂缝荷载：120 kN（肋裂），160 kN（板裂）
破坏荷载：270kN
将检验结果与表5.6对照可以发现，所做井盖已经达B级，能够达到使用的要求。
整个井盖的试验过程如以下照片所示：
经分析可得，该产品适用于安装在城市道路，公路，也可适用于安装在机动车和非机动车可能行驶或停放的地带，城市小区的各种检查井盖使用，使用范围很广，可广泛使甩于市政自来水、邮电、煤气、供电等行业。
第五章 结论
本文在不同养护制度下，对硅灰、粉煤灰、钢纤维掺量，砂的级配和钢纤维品种对RPC强度及其耐久性的影响进行了探讨。现将结果总结如下：
1, 硅灰的加入，拌合物粘性增加，流动性下降。对于不同的养护制度， RPC的抗压强度和抗折强度随着硅灰掺量的增加而提高。
2, 钢纤维的掺入使得拌合物流动性下降，同时，RPC的抗压强度和抗折强度随着钢纤维掺量的增加而提高。
3, 钢纤维的品种对RPC抗压强度的影响不大，对抗折强度有一定的影响，其中以ZH-09-25强度最高。
4, 粉煤灰掺量的增加使得RPC的抗压强度下降，但能使抗折强度升高。
5, 粗骨料不利于RPC的强度。
6, 利用RPC制作的井盖具有轻质、高强、高韧性，且无回收价值的特点，完全可以取代铸铁井盖，有广泛的市场应用范围和良好的社会效益。
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