150～200MPa超高性能混凝土的配制
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5) 粗集料: 采用重庆小泉石灰石碎石, 最大粒径 20mm;
6) 细集料: 采用四川简阳中砂, 细度模数 2140。 212 试验方法
1) 混凝土成型: 经原料称量、充分搅拌后, 测试 拌合物的流动性, 再振动成型;
2) 养护: 混凝土入模后静置 24h 拆模, 标准养护至 规定龄期, 或在 175e 下蒸压养护后, 进行强度测试;
从试验结果可以得出:
配比编号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
表 3 试 验研究结果
胶凝材料用量P ( kg#m- 3) 500 700 900 700 900 1 100 900 700 1 000 700
掺和料P% 硅灰 矿渣
10 0 10 0 10 0 10 20 10 20 10 20 10 0 10 20 10 20 10 20
01 19
1
01 23
01 39 015
01 63 01019
50
250~ 400 490~ 680 RPC800
01 28
1
01 325 01 3 11432 0
01027
0
26
1
01 325 01 3 1143 01 2 01027
0
90 197
RPC200
01 25
1
01 1
01 3 0
0
01005
2618
208 165~ 300 RPC200
参考文献
[ 3] [ 4] [ 4] [ 4] [ 5] [ 5] [ 6]
文的研究目的就是不剔除粗集料, 不热压成型, 应用 普通工艺和常规材料来配制 150~ 200MPa 超高性能 混凝土。
2 原材料及试验方法 211 原材料
* 国家自然科学基金重点项目( 申请号: 59338120) 。 第一作者: 王 冲 男 1971 年 12 月出生 讲师 博士研究生 收稿日期: 2004- 07- 30
工业建筑 2005 年第 35 卷第 1 期
编号
1 2 3 4 5 6 7
表 1 典型的活 性粉末混凝土实例
水
水泥
配合比 硅灰 石英粉
活性粉末混凝土 是法国人 P. Richard 仿效 DSP 材料, 将被认为是导致混凝土容易产生缺陷的粗集 料剔除, 再根据密实堆积原理, 减小细集料粒径, 热 压成型, 并高温蒸压而成。表 1 是关于活性粉末混 凝土的几个实例。
从表 1 实例中可以看到, 活性粉末混凝土主要 存在以下特点:
1) 水胶比低, 强度高, 韧性好。
2) 由于混凝土水胶比控制技术取得突破, 水胶 比可降低至 0114, 其结果与水胶比 0118 时表现出一 致的 规 律, 当 胶 凝 材 料 用 量 从 700kgPm3 增 加 到 1 100kgPm3时, 混凝土坍落度可达到 262mm, 扩展度 达 560mm, 而抗压强度在 56d 就可达到 16215MPa。
4) 后期需要热养护或蒸压养护, 也增加了混凝 土的成本。
以此来看, 活性粉末混凝土强度及其他性能都 十分优异, 但是其 致命缺点是制作 工艺复杂, 成本 高, 国内外虽有不少工程应用[ 3,5] , 但对于用量大和 使用范围广的建筑工程来讲, 活性粉末混凝土的应 用仍然有非常大的局限性。
因此, 作者认为, 建筑工程中配制高强度的混凝 土, 最好要考虑到混凝土的现场可操作性, 同时要充 分发挥粗集料在混凝土中的作用。在此基础上, 本
Abstract : In this paper, the authors analyze the character of the reactive powdered concrete. Using the ordinary materials and conventional technology, 150~ 200MPa super high performance concrete with a slump \245mm, spread \563mm and 28d compressive strength\17013MPa has been successfully developed.Then the optimal economical technology for preparing super high performance concrete is using a coarse aggregate, whose key point is how to settle the problem due to the course aggregate. Keywords : super high performance concrete reactive powder concrete coarse aggregate strength fluidity
1) 水泥: 重庆地维 5215 普通硅酸盐水泥, 化学 成分和比表面积见表 2;
2) 硅灰: 贵阳清镇铁合金厂生产, 化学成分和比 表面积见表 2;
3) 矿渣: 重庆钢铁公司生产, 经振动磨磨细, 化 学成分和比表面积见表 2;
4) 高效减水剂: 采用密胺树脂型高效减水剂, 固 含量 3110% , 掺量按 胶凝 材料 重量 的固定 比例 掺 入;
砂
钢纤维
减水剂
成型压力P 养护条件P 抗压强度P RPC 类型
MPa
e
MP a
01 16
1
01 24
0
111
01 2
170~ 230 RPC200
01 17
1
01 23
01 39 111
0
01019
0
90 170~ 230 RPC200
01 19
1
01 23
01 39 111
0
01019
0
90 170~ 230 RPC200
1 超高性能混凝土( UHPC) 现代混凝土技术的发展, 主要趋势之一就是混
凝土的高性能化。由于高效减水剂和超细活性矿物 掺合料的广泛掺入, 高性能混凝土已在实际工程中 得到了大规模的应用, 混凝土强度发展也越来越高, 用普通 工 艺 和 常 规 材料 已 经 可 以 配制 出 100~ 150MPa 的高性能混凝土[ 1, 2] , 而强度超过 150MPa 的 混凝土, 则属于超高性能混凝土, 其中包括活性粉末 混凝土( RPC) 、无宏观缺陷水泥基材料( MDF ) 等, 已 有众多学者对其进行了研究, 其中, 活性粉末混凝土 是近几年的研究热点[ 3~ 6] 。
水胶比 减水剂P 砂率P 流动性Pmm
%
% 塌落度 扩展度 3d
强度PMPa 28d 56d 90d 蒸压
0118
2
40
0
-
9216 1301 4 1391 7 1511 2 -
0118
2
40 125
262 9416 1341 7 1461 6 1601 3 -
0118
2
40 245
563 10513 1361 8 1501 2 1701 3 -
0149
1107
-
01 70
14106
2142
21 90
71 13
SO3 2171
-
烧失量 1115 1190 -
比表面积P
( cm2#g- 1) 3 730
约 20 万 8 800
3 试验结果及分析 水胶比是决定混凝土强度最关键的因素, 为保
证充分密实, 本研究在参照高性能混凝土配制经验
基础上[ 1, 2] , 进一步降低水胶比, 同时, 为保证混凝土 具有良好的流动性, 胶凝材料用量也相应提高, 试验 结果如表 3。
关键词: 超高强高性能混凝土 活性粉末混凝土 粗集料 强度 流动性
THE PREPARATION OF 150~ 200MPa SUPER HIGH STRENGTH & HIGH PERFORMANCE CONCRETE
Wang Chong Pu Xincheng Liu Fang Wu Jianhua Wang Yongwei ( Building Materials & Engineering Department, Area B of Chongqing University Chongqing 400045)
4) 在掺入 10% 硅灰条件下, 再掺入 20% 的矿渣 对混凝土流动性贡献极大( 配比 5、7) 。在极低的水 胶比( 0114) 条件下, 同等条件下不掺矿渣, 坍落度只 有 43mm, 基本无扩展, 而掺入矿渣后坍落度可达到 172mm, 且强度降低很少。
5) 混凝土在蒸压养护后强度提高幅度较大( 配 比 8、9、10) , 与标准养护试件相比, 蒸压养护后强度 最高可以达到 17511MPa。
150~ 200MPa 超高性能混凝土的配制*
王 冲 蒲心诚 刘 芳 吴建华 王勇威
( 重庆大学 B 区 建筑材 料工程系 重庆 400045)
摘 要: 在分析活性粉末混凝土特点的基础上, 研究了利用 常规材料和普通工 艺制备 150~ 200MPa 超高 性能混凝土的可行性。研究结果表明, 在不 剔除粗 集料的 情况下, 采用 极低水 胶比, 配制出 最高抗 压强度 达 到 17013MPa 的超高性能混凝土, 混凝土拌合物 的坍落 度可以 达到 245mm, 扩展度 达到 563mm。研究 认为, 为 充分发挥混凝土成本低廉的优势, 配制超高性能混凝土最佳的技 术路径并不 是剔除粗 集料, 而是如何去 解决 混凝土中由于粗集料所带来的缺陷问题。
0114
2
40 10
-
9614 1441 5 1531 2 -
-
0114
2
40 172
294 9811 1491 5 1591 1 - -
0114
2
40 262
560 10410 1541 0 1621 5 - -
0114
2
40 43
- 10317 1451 7 1581 6 - -
0118
2
40 238
3) 水胶比仍然是决定混凝土强度的关键。虽然在 低水胶比条件下, 水泥水化程度非常低, 根据文献[ 7] 计算可以得到, 水胶比在 0114 时, 水泥最大水化程度为 3819% , 而水胶比为 0118 时, 水化程度也只有 50% ( 不 考虑掺合料火山灰反应) , 但是由于密实度的增加, 水 胶比为 0114 时, 其最高强度 56d 达到 16215MPa。
从不扩展到扩展直径达到 563mm; 从强度值来看, 与 普通混凝土不同的是, 本文试验中的强度随胶凝材 料用量的增加而增加, 在每个龄期都表现出这样的
150~ 200MPa 超高性能混凝土的配制 ) ) ) 王 冲, 等
19
规律, 特别是配比 3, 胶凝 材料用量为 900kgPm3, 其 90d 抗压强度达到 17013MPa。
3) 强度测试: 试件尺寸 10cm @ 10cm @ 10cm。
材料
水泥 硅灰 矿渣
CaO 641 67 01 56 391 35
SiO2 20175 94190 32164
表 2 胶凝材料化学成分和比表面积
化学成分P%
Al2O3 5121
Fe2O3 3178
T iO2 01 51
MgO 11 85
18 Industrial Construction 2005, Vol135, No11
2) 无粗集料, 材料匀质性高。然而将价廉性优、 用量最大的粗集料剔除后, 活性粉末混凝土原材料 成本昂贵。
3) 成型条件要求高。为保证强度, 混凝土采用 热压成型, 成型工艺复杂, 更主要的是, 无法在施工 现场成型, 必须先预制成型, 成本增加。
6) 混凝土中粗集料对混凝土强度不利。与有粗 集料混凝土相比, 混凝土中无粗集料时的强度明显 较高( 配比 8、9、10) , 从而也说明了活性粉末混凝土 技术基础的合理性。
4 问题与讨论 1) 本文试验表明, 在有粗集料存在的条件下, 混
凝土强度完全可以达到活性粉末混凝土 RPC200 级 别。这说明在保证混凝土价廉优势的同时, 配制超 高性能混凝土最应该做的, 并不是剔除粗集料, 而是 应该怎样克服粗集料带来的缺陷。
480 - 1181 5 1361 8 - 16910
0118
2 100 280
804 - 1381 0 1561 3 - 17511
0118
2 100
0
-
- 1241 6 1461 7 - 17316
备注
无粗集料 无粗集料
1) 在 水 胶 比 为 0118 时, 胶 凝 材 料 用 量 从 500kg/ m3增加到 900kg/ m3( 配比 1、2、3) , 混凝土流动 性增加, 坍落度从 0mm 增加到 245mm, 而扩展度也
6) 细集料: 采用四川简阳中砂, 细度模数 2140。 212 试验方法
1) 混凝土成型: 经原料称量、充分搅拌后, 测试 拌合物的流动性, 再振动成型;
2) 养护: 混凝土入模后静置 24h 拆模, 标准养护至 规定龄期, 或在 175e 下蒸压养护后, 进行强度测试;
从试验结果可以得出:
配比编号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
表 3 试 验研究结果
胶凝材料用量P ( kg#m- 3) 500 700 900 700 900 1 100 900 700 1 000 700
掺和料P% 硅灰 矿渣
10 0 10 0 10 0 10 20 10 20 10 20 10 0 10 20 10 20 10 20
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250~ 400 490~ 680 RPC800
01 28
1
01 325 01 3 11432 0
01027
0
26
1
01 325 01 3 1143 01 2 01027
0
90 197
RPC200
01 25
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01 1
01 3 0
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参考文献
[ 3] [ 4] [ 4] [ 4] [ 5] [ 5] [ 6]
文的研究目的就是不剔除粗集料, 不热压成型, 应用 普通工艺和常规材料来配制 150~ 200MPa 超高性能 混凝土。
2 原材料及试验方法 211 原材料
* 国家自然科学基金重点项目( 申请号: 59338120) 。 第一作者: 王 冲 男 1971 年 12 月出生 讲师 博士研究生 收稿日期: 2004- 07- 30
工业建筑 2005 年第 35 卷第 1 期
编号
1 2 3 4 5 6 7
表 1 典型的活 性粉末混凝土实例
水
水泥
配合比 硅灰 石英粉
活性粉末混凝土 是法国人 P. Richard 仿效 DSP 材料, 将被认为是导致混凝土容易产生缺陷的粗集 料剔除, 再根据密实堆积原理, 减小细集料粒径, 热 压成型, 并高温蒸压而成。表 1 是关于活性粉末混 凝土的几个实例。
从表 1 实例中可以看到, 活性粉末混凝土主要 存在以下特点:
1) 水胶比低, 强度高, 韧性好。
2) 由于混凝土水胶比控制技术取得突破, 水胶 比可降低至 0114, 其结果与水胶比 0118 时表现出一 致的 规 律, 当 胶 凝 材 料 用 量 从 700kgPm3 增 加 到 1 100kgPm3时, 混凝土坍落度可达到 262mm, 扩展度 达 560mm, 而抗压强度在 56d 就可达到 16215MPa。
4) 后期需要热养护或蒸压养护, 也增加了混凝 土的成本。
以此来看, 活性粉末混凝土强度及其他性能都 十分优异, 但是其 致命缺点是制作 工艺复杂, 成本 高, 国内外虽有不少工程应用[ 3,5] , 但对于用量大和 使用范围广的建筑工程来讲, 活性粉末混凝土的应 用仍然有非常大的局限性。
因此, 作者认为, 建筑工程中配制高强度的混凝 土, 最好要考虑到混凝土的现场可操作性, 同时要充 分发挥粗集料在混凝土中的作用。在此基础上, 本
Abstract : In this paper, the authors analyze the character of the reactive powdered concrete. Using the ordinary materials and conventional technology, 150~ 200MPa super high performance concrete with a slump \245mm, spread \563mm and 28d compressive strength\17013MPa has been successfully developed.Then the optimal economical technology for preparing super high performance concrete is using a coarse aggregate, whose key point is how to settle the problem due to the course aggregate. Keywords : super high performance concrete reactive powder concrete coarse aggregate strength fluidity
1) 水泥: 重庆地维 5215 普通硅酸盐水泥, 化学 成分和比表面积见表 2;
2) 硅灰: 贵阳清镇铁合金厂生产, 化学成分和比 表面积见表 2;
3) 矿渣: 重庆钢铁公司生产, 经振动磨磨细, 化 学成分和比表面积见表 2;
4) 高效减水剂: 采用密胺树脂型高效减水剂, 固 含量 3110% , 掺量按 胶凝 材料 重量 的固定 比例 掺 入;
砂
钢纤维
减水剂
成型压力P 养护条件P 抗压强度P RPC 类型
MPa
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MP a
01 16
1
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170~ 230 RPC200
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90 170~ 230 RPC200
1 超高性能混凝土( UHPC) 现代混凝土技术的发展, 主要趋势之一就是混
凝土的高性能化。由于高效减水剂和超细活性矿物 掺合料的广泛掺入, 高性能混凝土已在实际工程中 得到了大规模的应用, 混凝土强度发展也越来越高, 用普通 工 艺 和 常 规 材料 已 经 可 以 配制 出 100~ 150MPa 的高性能混凝土[ 1, 2] , 而强度超过 150MPa 的 混凝土, 则属于超高性能混凝土, 其中包括活性粉末 混凝土( RPC) 、无宏观缺陷水泥基材料( MDF ) 等, 已 有众多学者对其进行了研究, 其中, 活性粉末混凝土 是近几年的研究热点[ 3~ 6] 。
水胶比 减水剂P 砂率P 流动性Pmm
%
% 塌落度 扩展度 3d
强度PMPa 28d 56d 90d 蒸压
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9216 1301 4 1391 7 1511 2 -
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262 9416 1341 7 1461 6 1601 3 -
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563 10513 1361 8 1501 2 1701 3 -
0149
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01 70
14106
2142
21 90
71 13
SO3 2171
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烧失量 1115 1190 -
比表面积P
( cm2#g- 1) 3 730
约 20 万 8 800
3 试验结果及分析 水胶比是决定混凝土强度最关键的因素, 为保
证充分密实, 本研究在参照高性能混凝土配制经验
基础上[ 1, 2] , 进一步降低水胶比, 同时, 为保证混凝土 具有良好的流动性, 胶凝材料用量也相应提高, 试验 结果如表 3。
关键词: 超高强高性能混凝土 活性粉末混凝土 粗集料 强度 流动性
THE PREPARATION OF 150~ 200MPa SUPER HIGH STRENGTH & HIGH PERFORMANCE CONCRETE
Wang Chong Pu Xincheng Liu Fang Wu Jianhua Wang Yongwei ( Building Materials & Engineering Department, Area B of Chongqing University Chongqing 400045)
4) 在掺入 10% 硅灰条件下, 再掺入 20% 的矿渣 对混凝土流动性贡献极大( 配比 5、7) 。在极低的水 胶比( 0114) 条件下, 同等条件下不掺矿渣, 坍落度只 有 43mm, 基本无扩展, 而掺入矿渣后坍落度可达到 172mm, 且强度降低很少。
5) 混凝土在蒸压养护后强度提高幅度较大( 配 比 8、9、10) , 与标准养护试件相比, 蒸压养护后强度 最高可以达到 17511MPa。
150~ 200MPa 超高性能混凝土的配制*
王 冲 蒲心诚 刘 芳 吴建华 王勇威
( 重庆大学 B 区 建筑材 料工程系 重庆 400045)
摘 要: 在分析活性粉末混凝土特点的基础上, 研究了利用 常规材料和普通工 艺制备 150~ 200MPa 超高 性能混凝土的可行性。研究结果表明, 在不 剔除粗 集料的 情况下, 采用 极低水 胶比, 配制出 最高抗 压强度 达 到 17013MPa 的超高性能混凝土, 混凝土拌合物 的坍落 度可以 达到 245mm, 扩展度 达到 563mm。研究 认为, 为 充分发挥混凝土成本低廉的优势, 配制超高性能混凝土最佳的技 术路径并不 是剔除粗 集料, 而是如何去 解决 混凝土中由于粗集料所带来的缺陷问题。
0114
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9614 1441 5 1531 2 -
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560 10410 1541 0 1621 5 - -
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- 10317 1451 7 1581 6 - -
0118
2
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3) 水胶比仍然是决定混凝土强度的关键。虽然在 低水胶比条件下, 水泥水化程度非常低, 根据文献[ 7] 计算可以得到, 水胶比在 0114 时, 水泥最大水化程度为 3819% , 而水胶比为 0118 时, 水化程度也只有 50% ( 不 考虑掺合料火山灰反应) , 但是由于密实度的增加, 水 胶比为 0114 时, 其最高强度 56d 达到 16215MPa。
从不扩展到扩展直径达到 563mm; 从强度值来看, 与 普通混凝土不同的是, 本文试验中的强度随胶凝材 料用量的增加而增加, 在每个龄期都表现出这样的
150~ 200MPa 超高性能混凝土的配制 ) ) ) 王 冲, 等
19
规律, 特别是配比 3, 胶凝 材料用量为 900kgPm3, 其 90d 抗压强度达到 17013MPa。
3) 强度测试: 试件尺寸 10cm @ 10cm @ 10cm。
材料
水泥 硅灰 矿渣
CaO 641 67 01 56 391 35
SiO2 20175 94190 32164
表 2 胶凝材料化学成分和比表面积
化学成分P%
Al2O3 5121
Fe2O3 3178
T iO2 01 51
MgO 11 85
18 Industrial Construction 2005, Vol135, No11
2) 无粗集料, 材料匀质性高。然而将价廉性优、 用量最大的粗集料剔除后, 活性粉末混凝土原材料 成本昂贵。
3) 成型条件要求高。为保证强度, 混凝土采用 热压成型, 成型工艺复杂, 更主要的是, 无法在施工 现场成型, 必须先预制成型, 成本增加。
6) 混凝土中粗集料对混凝土强度不利。与有粗 集料混凝土相比, 混凝土中无粗集料时的强度明显 较高( 配比 8、9、10) , 从而也说明了活性粉末混凝土 技术基础的合理性。
4 问题与讨论 1) 本文试验表明, 在有粗集料存在的条件下, 混
凝土强度完全可以达到活性粉末混凝土 RPC200 级 别。这说明在保证混凝土价廉优势的同时, 配制超 高性能混凝土最应该做的, 并不是剔除粗集料, 而是 应该怎样克服粗集料带来的缺陷。
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备注
无粗集料 无粗集料
1) 在 水 胶 比 为 0118 时, 胶 凝 材 料 用 量 从 500kg/ m3增加到 900kg/ m3( 配比 1、2、3) , 混凝土流动 性增加, 坍落度从 0mm 增加到 245mm, 而扩展度也