堆积密实度和CaOSiO2对RPC强度的影响.docx

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1、堆积密实度和CaO/Si2对RPC强度的影响摘要:为了找到一种RpC的配合比设计方法，本文从物理和化学两方面进行考虑，研究堆批注口田体现目标，方法，结论积密实度和摩尔CaCVSiOz对RPC强度的影响，为RPC胶凝材料的设计莫定基础。本文通过改变硅灰的掺量，研窕在不同堆积密实度和摩尔CaOSi2下其强度的变化，试验结果表明，化学反应对RPC强度的影响更为显著。建议在进行RPC胶凝材料设计时，首先考虑化学反应效果，再以堆积密实度辅以判断.批注|12):重点阐明别人还没有建立限度与密实度和优硅比的关系。关键词：活性粉末混凝土：胶凝材料设计：强度：堆积密实度：钙硅摩尔比一、一匐/与普通混凝土相比较，

2、超高强混凝土川可以大址减少材料用量，降低建筑成木，节约资源，减少生产、运输和施工能耗。采用超高强混凝上将对改善和保护人类环境作出巨大的贡献。活性粉末混凝上(RCaC1iVCPowderConcrete.简写成RPC)是二十世纪末由法国人PiCiTCRiChard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凝土。它是由级配石英细砂(不含粗骨料)、水泥、石英粉、硅灰、超塑化剂和钢纤维组成，在凝结、硬化过程中采取适当的成型养护工艺(如加压、加热)而获得。IR前国内研究者在配制RPC时，对原材料的选择基本上考虑就地取材，而RPC组分多,强度高，对原材料性能很敏感31因此，找

3、到种考虑原材料性能的配合比设计方法就显/批注13：与本文有什么关系？得至关隶要。学者们为了获得一种较好的RPC配合比设计方法进行了许多研究。有学者网提出了一种基于正交设计理论的RPC配合比设计方法，这种方法是通过试验与经验，找出最优的配合比,汰少理论册究。崔巩等!，为了提高活性粉末混凝土的密实度，用基于Dinger-funk方程的最紧密堆积理论对RPC进行配合比设计，这种方法只考虑了物理方面的作用,对于化学作用则没有考虑。而对于RPC,由于加入硅灰和热养护两方面的影响，其化学作用显得更加市要。1文i要研究收脱M料堆积密实度、CaOSi611RPC阙E之间的大系,同时丛物理和化学西切曲*虚，为R

4、PC曲!设计奠定基础。I批注U4:与现有方法的区别和优点是什么？二、原材料1 .原材料水泥：福建“炼石牌RO525普通硅酸盐水泥硅灰：西宁铁合金厂生产的硅灰，SiCh大于等于90%,粒径为().102um砂：闽江河沙减水剂：福州桑源新型建材有限公司聚粉酸减水剂，减水率为40%钢纤维：江西赣州大业钢丝厂制的表面镀铜光面平直钢纤维，直径约O.15O.2mm,长度13mm2 .测试内容及方法(1)水泥：测水泥的表观密度夕B、水泥的堆积密度小(试验方法见GB208-94),水泥的平均粒径、化学参数、化学组成由厂家提供。(2)联灰：测硅灰的表观密度夕S-硅灰堆积密度小打(试验方法参照GB/T208-94

5、),硅灰平均粒径dsF、化学参数由厂家提供。3 .参数测试结果(I)水泥的基本参数，见表I表T、表2表3。(2)硅灰的基本参数，见表3表T.表1水泥熟料的化学组成化合物名称氧化物成分缩写符号含量(%)硅酸三钙3CaOSiO2C3S61.7硅酸二钙2CaOSiO2C2S20.5铝酸三钙3CaOA123C3A5.13铁铝酸四钙4CaOAI2O3Fc2O3C4AF12.15表-2水泥基本参数化学参数物理参数SiO2(%)Fe2O3(%)MgO(%)A12O3(%)CaO(%)SO3(%)1.O.I(%)水泥平均粒径(um)水泥堆枳密度Pcr(kgm3)水泥表观密度Pcf(kgm3)22.3840.5

6、4.565.242.11.22013163175说明：1O1为水泥的烧失量Z.3畦灰基本参数化学参数物理参数SiO2(%)FezO?(%)MgO(%)AI2O3(%)CaO(%)K2O(%)F.C(%)灼烧(%)硅灰平均粒径dsF(um)硅灰表观密度PSF(kgm3)97.59().020.050.060.03().78().382.260.1622293三、RPC配合比试脍中，在砂胶比为0.9、水胶比为0.18、减水剂用於为水泥用机的2.5%、钢纤维用战为RPC体积的3%的固定情况卜.，通过只改变硅灰与水泥的比例。寻找母优的硅灰和水泥的质战比，R体的配合比见表4Ak表4不同硅灰RPC配合比(

7、质量比)蛆谴幽政减水剂()钢纤维V%水110.21.082.530.2162Q125|25Q122530.31.170.23440.351.2150.24350.4241.2820.2566Q4S13Q50261说明：I)减水剂掺可为水昵用量的百分数(%)2虎图维掺址坳&RPC傕积接%；:(些四、试验步骤与试验结果试验步骤(1)搅怦：将称好的硅灰、水泥、砂子倒入搅怦锅中，搅拌2分钟。将溶有高效减水剂的水倒入搅拌锅搅拌3分钟，加入钢纤维，搅拌5分钟.(2)成型：将RpC拌合物浇注40mmX40mmXI60mm三联模中，在振动台上振动4分钟。(3)养护：RPC拌和物成型后，用湿布覆盖24小时后拆模

8、，将试块放在混凝土快速养护箱中进行热水(90C)养护48小时后，取出冷却半个小时，然后进行强度试验。2强度试验：强度试验时混凝土龄期为3d,试件的抗压强度按水泥胶砂强度检验方法(ISO法)GB/T17671-1999进行。试*M坪见表5表5表5RPC的密实度钙硅摩尔比及强修试结果组号水泥、硅灰的质炭比堆积密实螟蟀CaO/SQ抗折强度Rf(MPa)抗压强度R(MPa)水泥硅灰110.20.528166830.9185.2210.250.5521.494342186.3310.30.581.34439.7193.141().350.61123734.2190.4510.4240.651.13018

9、4.9610.450.6441.05529.1185五、健积密实度和摩尔Cao/SQ的计巽批注15:如果有些符号没有给出，你要告诉别人到哪/篇文献中去找。颗粒混合物体系的堆积密实度对于其水化硬化后的性能具有重要影响。对于含有两种粒径颗粒的二元颗粒体系，可用Aim和Gofr等人发展的数学模型对其堆枳密实度进行估算。按照该模型，此:无体系中不在一个最大堆积密安度,且此时尺寸较小的颗粒所对应的批注II6J:式中的很多符号没有说明1体积分数U：可用下式计算：1-(10.9/,/Jj1-E2),2-(10.9J1J2X1-E2)U,u;时,系统的堆积密实度K可用卜.式衣示:(1-g2),+(1-1)(+

10、o.9d1/X-E2)式中：U.为小颗粒在二元体系中的体积分数;色为小颗粒的平均粒径；工为大颗粒的平均粒径;为大颗粒材料的空隙率。在本文中大颗粒材料指水泥,小颗粒材料指硅灰,其基本参数见表2表2表3表3计算结果见表5表T”其中为的计算公式如相E,二效-(44)P1F式中p2F为大颗粒材料的表观密度，p2为大颗粒材料的堆积密度，已知吴毓粒材料的质量时?和小颗粒质的质量M,的比，可由下式列方程求得。U1+U2=561=PIFUIt1=。2卢2(ZZ1式中为小颗粒材料的表观密度。一已设定水泥与硅灰的质量比,且已知CaO和。2的摩尔质量分别为56Mmn和60WmO1由表2表7、表3表3可计算的二元体系

11、的摩尔CaOSi(,计与结果见表5表T.六、分析与讨论硅灰作为一种矿物掺合料加入水泥中，主要起到物理和化学网方面作用。就物理填充作用而言，在水浓颗粒体系中掺入一定粒径的硅灰，利用粒子间的相互填充效应，可以改善该体系的堆积密实性能。堆枳桁实度越大则其物理填充效果越好。至于硅灰的化学填充作用，1体枳的CS亢全水化所牛.成的、加上在这一水化过程中生成的0.61体积的CH,它们与Si2完全反应后生成的CS-H凝胶总共为3.048体积，即其水化反应过程是个固体体枳分数增长的过程，即化学填充作用必有研究表明I硼：在一定水胶比和水化程度下，随着硅粉掺殳的增加，胶凝体系的固体体积分数逐渐增加，体系则越密实，强

12、度越高，但存在最佳值。当CH消耗完后，硅粉不能再发生二次水化反应，以后随若硅粉掺成的增加，体系固体体积则减小，这是因为就InfRPC而片，增加硅灰的掺M,相应地会减少水泥的用量，这反而会导致水化产物的臧少，化学填充效果反向降低。即睢灰刚好完全消耗CH时固体体积分数由大，化学填充效果般好，强度堆高。除此之外，CH晶体因其具有层状构造，层间结合较弱，在受力较大时是裂缝的策源地，消耗CH对强度有利。因此,可通过先假设水泥的质量,再由酚m式和表1表表3表g计算出刚好完全反应时硅灰质量，即CH和SiCh的摩尔坦:相等，最后算出此时体系的摩尔CaOSi(h约为1.39。2(3Cao.Si2)+6H2=3C

13、aO2SiCh3H2+3Ca()H)?2(2CaOSiO?)+4H0=3CaO2SiO,3HQ+Ca(OHb(9)Ca(OHb+SiO2+mHO=CaOSiO2mH?O(10),.（Xj（Xr11m：小水龙GCS.CS表示水.S，:吓IEI:灰的.次水化及U根据以上分析画出下图，用以分析堆积密实度、摩尔CaO/SiCh和强度的关系.图1堆积密实度K对RPC强度的影响图2摩尔Cao/SiCb对RPC强度的膨响（r=ICOSiO2-1.3J1/批注17:化学反应与物理填充有耦合的关系，如果物理填充效果不反，化学反应后，密实度也不会高。化学反应只体现CH的多少，不体现密实度的多少，不要将概念结搞混了

14、。试除结果显示，随着硅灰掺量的增加，抗折和抗压强度均呈先增长后降低的变化规律。一开始增加联灰的掺量，堆积密实度提高，且吸灰可以与水泥水化产生的CH发生反应，增加胶凝材料的体积，并消耗CH,减小CH的不利影响，因此强度提商。随着硅灰掺量的增加,当CH消耗完（硅灰掺量增到0.3）后,继续增加硅灰的掺量，虽然堆积密实度继续增大，但强度开始降低。强度最高忖堆枳密实度为。58.摩尔CaO/SiO2为1344通过图I和42的比较可知，化学反应作用占主导地位。这是这为化学反应作用作能反映水化后的体系密实程度.而物理堆积密实度表示的是最初（即龄期为0）的密实程度，对水化后的密实程度方一定影响，但不起主要作用/在化学反应效果相当时，可用物理堆积密实度进行判断/建议RPC配合比设计时，肘先考虑化学反N效果，再以堆积箔实德进行判断.以本文为例，化学反应效果最优时，摩尔CaO/SiO?为1.39,第2、3组(摩尔CaOSiO2分别为1494、1344)均较为接近