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活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称 RPC)是一种新型高性能混凝土。由于活性粉末混凝土的抗拉强度与抗压强度的比值明显高于普通混凝土,因此在工业储液罐、核防护壳及一些军事设施等工程领域有着广阔的应用前景。 本文开展了如下四个方面的工作。 (1)本文根据RPC组分的不同,将RPC分成两类,分别以系列I和系列II表示,并分别进行了优化配合试验。系列I RPC由水泥、砂子、石英粉、硅灰、高效减水剂等组成。通过试配试验,发现水胶比及各组分变化对系列I RPC性能的影响规律有: 水胶比是决定混凝土强度的关键。随着水胶比的降低,RPC的抗折强度和抗压强度均有较大幅度的上升。故配制RPC时,在保证良好工作性的前提下,应尽量降低水胶比,以求配出更高强度的RPC。 随着砂子掺量的增加,RPC强度出现了先增后减的趋势,掺量在水泥用量的1.3倍时,RPC具有较高的抗折强度及抗压强度。 随着高效减水剂掺量的增长,RPC的强度也随之增长。但是当掺量超过水泥用量的3%时,RPC的强度却有所降低。综合考虑 RPC的工作性能和强度、经济性等因素,高效减水剂的适宜掺量为水泥用量的3%左右,约为胶凝用量的2.3%。 系列I RPC的建议配合比为:水泥:砂:硅灰:石英粉:水:高效减水剂=1:1.3:0.3:0.32:0.325:0.03。 (2)基于经济性和工作性原则,将系列I RPC进行调整,去除其中的石英粉,掺入粉煤灰和矿渣粉。系列II RPC的组分主要有水泥、砂子、硅灰、矿渣、粉煤灰、高效减水剂等。 系列II RPC的试配试验表明,随着水胶比的增大,各组流动度均随之增大;A组和C组的抗折强度和抗压强度随之降低;B组的抗折强度和抗压强度则有先增大后减小的趋势。相同配合比时,掺加石英砂RPC的流动度、抗压强度及抗折强度均比掺加普通砂的RPC稍大。 系列II RPC的建议配合比为:水泥:砂:硅灰:矿渣粉:粉煤灰:水:高效减水剂=1:3:0.25:0.62:0.62:0.55:0.05。 (3)对系列II掺粉煤灰和矿渣粉的RPC的基本力学性能进行了研究。通过研究得到:RPC弹性模量与立方体抗压强度之间的关系;棱柱体轴压峰值应变同普通混凝土相近,约为2200με;泊松比为0.1597;棱柱体轴压应力-应变曲线的上升段基本为直线,通过对实测数据进行拟合,得到其方程;棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值明显高于普通混凝土,其平均值为0.908;根据普通混凝土强度推测方程,对相关实测数据进行非线性回归分析,得到符合本文系列II RPC强度增长规律的曲线方程;系列II RPC边长70.7mm立方体与边长100mm的立方体抗压强度之比为0.966,尺寸效应不太明显,说明这种混凝土具有较好的匀质性;抗折强度与抗压强度之比约为0.2,比普通混凝土要高。 (4)根据活性粉末混凝土抗压强度高的特点,考虑将其与普通混凝土结合,提出了在建筑工程中适宜使用活性粉末混凝土的几种新型构件及体系。即:采用拉压区为异强混凝土的配筋混凝土受弯结构构件、采用内置活性粉末混凝土芯柱的配筋混凝土柱及采用由二者通过活性粉末混凝土节点连接而成的一种新型配筋混凝土框架结构。 本文的工作为进一步开展活性粉末混凝土试件和结构受力性能和设计方法的研究提供了基础性素材。