基于Dinger-Funk方程的活性粉末混凝土配合比设计
活性粉末混凝土原材料及制备方法
出料、成型
四、制备及成型工艺
1、制备工 艺
技术要求: (1)模板应具有足够得强度、刚度和稳定性;应保证构件各部位形状、尺
寸及预埋件得准确定位。 (2)搅拌设备应为强制式搅拌机,搅拌机转速不宜低于45转/min。 (3)投料、搅拌顺序:先加石英砂和钢纤维,搅拌3min;再加入水泥和矿物
掺合料,搅拌1min;最后加水和化学增强剂,再搅拌4min。 (4)搅拌完毕得活性粉末混凝土材料拌合物坍落度宜控制在140～
2、 RPC研究及发展现状
本课题组自开展RPC研究以来,先后得到了多项国家自然科学基金得资助。
项目编号
项目名称
活性粉末混凝土在复杂应力状态下得强度与本构关系研究
511008014
钢管约束下活性粉末混凝土本构模型研究
活性粉末混凝土得疲劳损伤机理研究
活性粉末混凝土墩柱构件得损伤机理研究
活性粉末混凝土得基本力学特性及其机理研究
活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,以下简称RPC)作为UHPC 得一种,就是90年代中期法国Bouygues公司Richard等人研制出得具有超高 强度、高韧性、高耐久性、且体积稳定性良好得水泥基复合材料。
定义: RPC由超细活性粉末、水泥、优质细骨料、高强度纤维等组分,通过最 优化级配设计,经高温热合等特定工艺制备而成,就是超细粒聚密材料与纤维增 强技术相结合得高技术复合材料。
耐久性
已已已已已 已已已已已
工程应用
桥梁工程 建筑工程 市政工程 军事工程
已已已已已已已 已已已已已已
已已已已已已已 已已已已已
一、RPC材料及其发展现状
2、 RPC研究及发展现状
国外RPC主要研究及应用
Dinger—Funk方程在优化水泥浆孔结构和强度中的应用
摘要： 根据 Ｄ ｉ ｎ ｇ ｅ ｒ － Ｆ ｕ ｎ ｋ （ Ｄ — Ｆ ） 方 程 确 定 的最 紧密 堆 积模 型 设 计
（ ｈ ｅ ｒ ｅ ａ ｔ ｆ ｅ ｒ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｒ ｅ ｄ ｔ ０ ａ ｓ Ｄ — Ｆ ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ） ．Ｔｈ ｅ ｃ ｏ ｒｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
（ ＭＩ Ｐ ） 测试水泥浆体 的孔结构 ， 分析 欧式距 离和孔 体积 分形维
数之 间的相关性及二者对抗压 强度 的影响。结果表 明： 欧式距
离 与 分 形 维 数 之 间具 有 较 高 的相 关性 ， 相 关性 为 ８ ５ ． ３ ６ ％； 当欧 式距 离从 ８ ５ ． ６ ５减 小至 ５ ７ ． ４ ２时 ， 分 形 维数 从 ３ ． １ ７增 大到 ３ ． ２ １ ， 抗 压强度增 大 ， 最大增 幅为 ２ ７ ． ７ ７ ％； 当 欧 式 距 离从 ５ ７ ． ４ ２减 小 至３ ７ ． ６ １时 ， 分形 维数从 ３ ． ２ １减 小到 ３ ． ０ ３ ， 抗 压 强 度 的 增 长 幅
‘ 曼
第 ２ ２卷 第 ６期
● ｜ ｜
中国粉体技术
ＶＯ Ｉ ． ２２ Ｎ０ ． ６ Ｄｅ ｃ ． ２ ０１ ６ ＨＩ ＮＡ ＰＯＷ ＤＥＲ Ｓ ＣＩ Ｅ ＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥ ＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ ３ ７ ３ ２ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ８ － ５ ５ ４ ８ ． ２ ０ １ ６ ． ０ ６ ． ０ ０ ５
度 不明显。
（ ＭＩ Ｐ） ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｄ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ Ｅ ｕ ｃ ｌ ｉ ｄ ｅ ａ ｎ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｎｄ ａ ｒａ ｆ ｃ ｔ ａ ｌ
第三组活性粉末混凝土制作
第三组活性粉末混凝土的制作实验
制作人：张鹏，文名，孙琦，马欢（4月13日制作）
指导老师：胡彦君（讲师）
原材料及其配合比：
水泥砂硅灰减水剂水胶比1 1.1 0.25 2.5% 0.21 1000g 1100g 250g 31.3g
实验过程：
原材料按配比量称量好，将水泥胶砂搅拌机叶片及搅拌桶润湿，将水泥和硅灰倒入搅拌桶，干搅3min，然后倒入砂（粒径为0.16~0.315mm和0.315~0.63mm各50%），再搅拌3min，再加入大部分水，搅拌3min，再倒入剩余的水和所有的减水剂，慢搅3min，再快搅3min；搅拌完后，将混凝土浆体的一半均匀加入到胶砂试模里，振实1min，再加满，振实5min，然后抹平，将试模放到标准养护箱24h后拆模。
养护制度：放入热水槽里95度热水养护48h。
实验数据：（4月17日测试）
抗折强度:(单位MPa)
11.6 12.7 14.4 平均：12.9
抗压强度：（单位MPa）
110.7 106.2 98.2
100.0 98.8 114.6 平均：104.8。
运用dinger funk方程建立最优骨料级配模型
运用dinger funk方程建立最优骨料级配模型运用dinger funk方程建立最优骨料级配模型骨料级配是混凝土配合比设计中的重要参数，对于混凝土的性能和工程质量起着至关重要的作用。
因此，建立一个高效、准确的骨料级配模型成为了混凝土工程设计过程中的一项关键技术。
Dinger Funk方程是一种常用的骨料级配计算方法，被广泛应用于混凝土工程领域。
该方程考虑了不同粒径的骨料在混凝土中的填充率与强度作用的变化规律，可以通过计算实验数据，获得骨料级配曲线，为混凝土配合比设计提供准确的参考信息。
据此，我们可以通过运用Dinger Funk方程来建立最优骨料级配模型。
首先，需要收集获得多组实验数据，这些数据包括粒径、体积密度、有效体积和角度等指标，并对这些数据进行分析和处理。
其次，利用Dinger Funk方程的计算公式，结合实验数据，得出骨料级配曲线，进而得到最优骨料级配。
这种方法的主要优点是，通过建立骨料级配模型，可以优化混凝土的性能，保证工程的质量；并且，该模型可以在不断的试验数据积累中不断改进和完善，为混凝土配合比设计提供更加准确的参考信息。
当然，在运用Dinger Funk方程建立最优骨料级配模型过程中，还存在一定的缺点和不足。
首先，Dinger Funk 方程的应用范围还有限，只适用于一定范围内的骨料级配计算。
其次，由于混凝土的组成、强度和使用环境等因素的影响，可能出现一定的误差和偏差。
在实际应用中，运用Dinger Funk方程建立最优骨料级配模型需结合多方面因素，例如混凝土的使用环境、强度要求、配合比等，综合考虑。
同时，通过总结和分析大量实验数据，将不断提高Dinger Funk方程的预测精度和适用范围，为混凝土工程贡献更多的价值。
总之，运用Dinger Funk方程建立最优骨料级配模型是混凝土配合比设计中的关键技术之一，可以为混凝土工程的开展提供准确、可靠的技术支持，推动混凝土工程的发展和进步。
活性粉末混凝土配合比试验研究
活性粉末混凝土配合比试验研究
活性粉末混凝土又称机械强化混凝土，是利用硅酸钠（Na2SiO3）、硼硅酸钠（Na2B4Si6O20）和氢氧化钙（Ca(OH)2）等粉末组成的，在拌合时添加少量聚合物及其他有机添加剂而成的新型混凝土材料。
目前国内外研究发现，活性粉末混凝土具有良好的耐荷载性、低的机械损失、高的抗剪性能与耐久性能等，可用于各种工程建设中。
一、活性粉末混凝土组成
（1）水泥基材料：水泥基材料与水量有着密切关系，水泥分解产生体积变化，从而影响拌合后的混凝土材料的性能，因此在制备活性粉末混凝土配合比时要考虑水泥比例。
二、活性粉末混凝土配合比试验
（1）流动性试验：通过测定活性粉末混凝土的流动性来确定其表面形状及结构质量，可以采用徳国TUBA流动性计来准确测定流动性指数，以确定活性粉末混凝土的配合比。
三、总结
活性粉末混凝土是一种性能优良的新型建筑材料，其配合比的确定是影响其最终性能的重要因素。
为此，通过对活性粉末混凝土的流动性、硬度、粘性等特性进行试验，以获得较为准确的配合比，从而更好地满足工程建设的需求。
活性粉末混凝土的配合比试验研 究
5# 组随水胶比降低，流动度逐渐降低。水胶比的降低，使 RPC 水化硬化后的凝胶孔数量较少，水泥石的密实度增加，抗折 抗压强度增加。
综合考虑各因素确定各组分比例为：石英砂∶水泥∶石英粉∶硅 灰 =0.9∶1∶0.35∶0.35，减水剂掺量为水泥的 1.6%，此时 RPC 具有较 好的工作性能和力学性能。以下的试验均在此配合比下进行， 水胶比为 0.16。
0.35
195 13.7 118.6
0.40
190 13.4 106.2
0.25
165 15.9 114.7
0.30
168 16.1 119.5
3 1.43 1
0.35 1.6 0.20
0.35
172 16.7 118.4
0.40
160 18.5 123.5
0.70
168 13.0 125.0
0.90
水泥：选用 P·O42.5R 级水泥，平均粒径为 13.824 μm；石英砂：粒 径范围为 80~630 μm，平均粒径为 250 μm；其 w（SiO）2 ≥99%；硅灰 SF：贵州遵义铁合金（集团）有限责任公司生产的硅灰，灰白色 球状粉末，w（SiO2）≈92%，平均粒径为 0.2 μm，比表面积 1.8× 104 m2/kg；超细粉煤灰 UPFA：四川省江油电厂分选的 III 级粉 煤灰经振动磨磨，平均粒径 6.34 μm；原状粉煤灰FA：四川省江油 电厂分选的 III 级粉煤灰，经筛分得到，粒径范围 45~80 μm；石英 粉：采用 ZMZ-38 型振动研磨机，研磨 20 min，筛分后粒径范围 控制在 40~80 μm 之间；钢纤维：天津市贝瑞克丝钢纤维厂提供， 直径 0.2 mm，长径比 60~70；高模复合纤维（PVA 纤维）：上海博 宁工程纤维材料有限公司提供，直径 15~20 μm，长径比 300~400； 聚丙烯纤维：泰安同伴工程塑料有限公司提供，直径 15~40 μm， 长径比 450~1 300；高效减水剂（KS-JS50）：四川柯帅外加剂有 限公司生产的 KJ-JS 聚羧酸型高效减水剂，固含量为 50%，减 水率 >30%。
基于Dinger_Funk方程的活性粉末混凝土配合比设计
胶凝材料
硅灰
0.12 0.2 0.28 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
超细矿粉0.ຫໍສະໝຸດ 3 0.13 0.13 0.05 0.13 0.21 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13
Dinger和 Funk通过在粉体中引入有限小的颗粒尺寸对 Andreasen方程进行了修正 , 得到 Dinger-Funk方 程 [ 9] :
Andreasen方程是关于连续粒径分布的堆积模型
U(Dp)=100
Dp n Dmax
(1)
Dinger和 Funk关于连续粒径分布的堆积模型
U(Dp)=10
1 原材料及试验方法
1.1 原材料 水泥 :海螺水泥厂 P·O42.5水泥 ;石英砂 :粒径为 150 ～ 600 μm的连续级配石英砂 , SiO2 含量大于
99.6 %;超细矿粉 :鲁新建材生产的超活性微矿粉 , 比表面积为 8000 m2 /kg;硅灰 :挪威埃肯公司生产的中 质硅灰 , 比表面积为 20000 m2 /kg;纤维 :江苏博特新材料有限公司生产的润强丝微细钢纤维 ;外加剂 :江 苏博特新材料有限公司生产的 PCAⅣ-B, 固含量 50%;水 :自来水 . 1.2 成型及养护方式
16
东南大学学报 (自然科学版 ) 第 40卷
化 RPC配比 , 结合力学实验确定 RPC最佳配比 , 选用矿物掺合料配制较低养护温度 、 较高抗压强度 、 工 作性良好的 RPC, 研究各 RPC的工作性及力学性能 , 为 RPC进一步实现工程应用奠定基础 .
本文基于密实堆积理论 , 通过 RPC各组分颗粒间的匹配 , 达到复合体系在固体状态下的最紧密堆积 , 进一步提高 RPC复合体系的密实度 , 以期实现其高性能 .采用计算程序 , 从紧密堆积理论计算粒径入手优
活性粉末混凝土配合比研究综述
活性粉末混凝土配合比研究综述陶毅;张海镇;史庆轩;陈建飞【摘要】活性粉末混凝土作为一种超高性能混凝土材料,其配合比直接关系到共性能的优劣,亦是研究其性能的基础.本文首先回顾了RPC配合比设计理论基础,并对典型的RPC配合比设计方法进行了归纳和总结,分析了各方法的适用范围和特点,深入讨论了RPC配合比设计参数的适宜取值范围.目前活性粉末混凝土配合比设计主要基于试验方法、半经验半理论公式方法、编程计算方法.但是试验方法和编程计算方法无法直接进行强度预测,配合比设计具有较大不确定性.通过对典型半经验半理论公式方法进行评价分析发现法国路桥公式的准确度较高,可作为简易的强度预测公式使用,但该方法未考虑钢纤维掺量及养护制度对强度的影响.%The mix proportion of the reactive powder concrete (RPC) dominates its mechanical properties.It is essentially to understand the mix design theory in order to study RPC structures deeply and widen its application.This paper firstly reviewed the mix design theory of the cement-based composites and analysed the critical parameters which had been identified affect the performance of RPC.At present,the mix proportion design of RPC is mainly based on the test method,the semi empirical and semi theoretical formula method and the programming calculation method.But the test method and programming calculation method can not directly predict the strength.Based on the analysis of typical semi empirical and semi theoretical formula,the accuracy of LCPC formula is more accurate,which can be used as a simple strength prediction formula.But the method hasnot considered the influence of steel fiber content and curing system on the strength.【期刊名称】《西安建筑科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(048)006【总页数】7页(P839-845)【关键词】活性粉末混凝土;高性能混凝土;配合比设计;强度预测【作者】陶毅;张海镇;史庆轩;陈建飞【作者单位】西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;英国贝尔法斯特女王大学规划、建筑及土木工程学院,英国贝尔法斯特,BT9 5AG【正文语种】中文【中图分类】TU528.57法国Bouygues公司Richard等人于1993年率先研制出一种高强、高韧性、高耐久性和体积稳定性良好的水泥基复合材料，即活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，简称 RPC)[1]．随着活性粉末混凝土制备技术的发展，目前常用的制备活性粉末混凝土的原材料包括：水泥、硅灰、磨细石英粉、矿物细掺料、石英砂以及高效减水剂等，根据其组成、养护方法和成型条件的不同，活性粉末混凝土可以达到200～800 MPa的超高抗压强度和 1 200～40 000 N/m 的断裂能[2]．而且RPC相比普通混凝土，其内部内部缺陷较少，使其具有紧密的微观结构，从而可获得优异的耐久性能[3-4]．活性粉末混凝土作为一种新型的超高性能建筑材料，其研究与应用正在成为学术界与工业界关注的焦点[5-6]．混凝土配合比设计是混凝土材料科学中最基本且最重要的一个问题，直接关系到混凝土性能的优劣．普通混凝土配合比设计方法主要是基于绝对体积法和假定密度法的半理论半经验设计方法．RPC作为一种特殊的超高强混凝土，拥有不同于普通混凝土的制备原料与养护制度，因此其配合比设计与普通混凝土配合比设计方法存在较大差别．国内外学者在活性粉末混凝土的配合比设计理论与试验方面进行了大量的探索，已经较为详尽地探究了水胶比、硅粉掺量、砂胶比、石英粉掺量、减水剂、钢纤维掺量以及养护制度对活性粉末混凝土性能的影响．但对于 RPC 的配合比设计理论，至今还未形成较为系统和被广泛接受的方法．正因为如此，目前关于RPC的配合比大都基于试验进行设计．本文对国内外 RPC配合比设计理论的研究进展进行了总结，并归纳了RPC配合比设计的关键指标与其取值范围；通过与试验数据的对比，分析了现有典型 RPC配合比设计公式的准确性与适用范围．1 RPC配合比设计理论基础RPC是一种性能优异水泥基复合材料[1-2]．水泥基复合材料是指以水泥为基体与其它材料组合而得到的具有较优性能的材料．国内外学者基于不同假设已经提出了较多的水泥基复合材料配合比设计理论基础．吴中伟等[7]提出水泥基复合材料的中心质假说，认为混凝土体系中包含各级中心质以及各中心质的过渡层．骨料是大中心质，水泥熟料颗粒及粉体掺合料(H粒子)为次中心质，水泥凝胶(L粒子)为次介质，毛细孔为负中心质．在很低的孔隙率和很高的H/L粒子比值时的配合比可以得到很高的性能．T.C.Powers[8]提出胶空比理论来描述水泥基复合材料孔结构与强度的关系．其认为水灰比决定了混凝土中浆体的毛细孔率，而水泥石的强度取决于水化产物充满原始充水空间的程度．rrard等[9]认为水泥基复合材料的性能与原材料混合物颗粒体系的堆积密度有关，其获得高性能的关键在于颗粒体系是否能形成较高的堆积密度，即形成最紧密堆积的颗粒体系．唐明等[10]提出了具有分形几何特征的水泥基粉体颗粒群密集效应模型，根据该模型可以评价高性能混凝土粉体颗粒体系密集效应，确定最紧密堆积规律．通过总结以上针对水泥基复合材料配合比设计的理论基础可以得出：(1) 当水泥基复合材料中含有的微裂缝和孔隙等缺陷最少时，可以获得原材料所决定的最大强度；(2) 水泥基复合材料中原材料相互间的紧密堆积可以有效地改善其微观结构，提高其性能．因此，为获得性能优异的活性粉末混凝土，需采取的主要技术措施包括：(1) 剔除粗骨料，使用粒径较小的石英砂，从而改善混凝土体系的匀质性，降低原始缺陷；(2) 掺入硅灰、石英粉等高活性材料，改善胶凝材料体系级配，提高密实度，并且促进胶凝材料的水化反应；(3) 优选与活性材料相容性较好的高性能减水剂，如聚羧酸减水剂，在保证流动性的前提下，减少用水量，从而降低水胶比，减小孔隙率；(4) 掺入短细钢纤维，改善RPC韧性与延性；(5) 采用热水或高温养护，加速和促进活性成分的水化反应，改善混凝土的微观结构．2 RPC配合比设计方法由于活性粉末混凝土与普通混凝土在材料选用、养护制度等方面具有很大的差别，因此普通混凝土的配合比设计方法已经不再适用，需要针对RPC进行专门的研究．本节将目前活性粉末混凝土(RPC)等(超)高性能混凝土配合比设计方法总结如下．2.1 试验方法RPC包括两个混合体系：一是胶凝材料自身体系，包括水泥、硅灰、石英粉、粉煤灰和钢渣粉等；二是胶凝材料与细骨料复合体系．为实现胶凝材料体系和胶凝材料细骨料复合体系的紧密堆积，刘娟红[11]及其他学者[12-13]提出了基于紧密堆积理论的配合比设计方法(以下简称试验方法1)．该方法的步骤如下：(1) 基于最紧密堆积理论确定胶凝材料浆体体积 Vp；(2) 基于最紧密堆积理论确定骨料体积Vagg；(3) 确定用水量W与胶凝材料用量B．法国路桥试验中心[11]提出了基于最小需水量的配合比设计方法(以下简称试验方法2)，该方法是为了实现胶凝材料体系的最紧密堆积．材料粉末从固体粉末状态转变为浆体状态的瞬间需水量称为最小需水量，颗粒孔隙由最小需水量确定，从而确定材料密实度．测定胶凝材料体系获得最大堆积密度时的最小需水量，来确定复合胶凝材料之间的最佳比例．此外，文献[14-15]介绍了基于正交理论的设计方法(以下简称试验方法3)，该方法采用两阶段设计，第一阶段应用正交设计理论确定RPC材料的最佳基体，第二阶段通过实验优选钢纤维掺量．第一阶段设计过程：(1) 确定正交试验设计中考虑因素；(2) 确定各因素水平；(3) 设计并进行正交试验；(4) 确定各因素的合理水平，然后确定最佳基体．2.2 半经验半理论公式方法法国路桥试验中心[16-17]提出了基于改进的Feret公式的高性能混凝土强度预测公式(以下简称法国路桥公式)当掺入矿渣或粉煤灰时公式为式中：fc为混凝土轴心抗压强度；KG为集料相关的系数(与集料形状相关)；Rc为水泥28 d抗压强度；w、c分别为单位体积混凝土用水量和水泥用量；a为单位体积混凝土中引入的空气量；k1为火山灰性系数；k2为填充料的活性系数；SF、BFS分别为单方混凝土中硅灰和矿渣用量．澳大利亚Ken.W.Day[18]基于等效水泥用量提出了高性能混凝土配合比设计公式(以下简称Day公式)式中：fc为混凝土轴心抗压强度；α为混凝土含气量；w为单位体积混凝土用水量；c为等效水泥用量．文献[19]在水胶比定则的基础上提出了考虑骨胶比、胶凝材料颗粒级配、钢纤维掺量影响的改进鲍罗米公式(以下简称李莉公式)：式中：fcu为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的RPC立方体抗压强度；fce为水泥强度；c/w为活性粉末混凝土胶水比；A、B为根据水胶比变化的试验数据回归得到的系数；α、β、δ分别为骨胶比、胶凝材料颗粒级配、钢纤维影响系数．2.3 编程计算方法通过试验方法设计紧密堆积情况下各原材料的比值，但试验方法工作量大，并且由于原材料的来源变化需要重复试验，因此计算机编程计算成为一种较为适用的方法．崔巩[20]和国爱丽[21]对试验使用的原材料粉料进行粒度分析测试，并且按Dinger-Funk方程得到最紧密堆积的固体颗粒粒径分布曲线．最紧密堆积数学模型Dinger-Funk方程确定的粒径分布为RPC固体混合物体系所应达到的粒径分布(以下简称编程方法 1)．现将RPC配合比设计方法总结于表1．从中可以看出：(1) 各配合比设计方法涉及的参数或者因素都不尽相同，其中配合比设计方法基本都涉及了水胶比、水泥特性(细度、密度、强度等级等)、硅灰特性以及矿物掺合料特性，但是基本都没有考虑钢纤维和养护温度的影响；(2) 所总结的配合比设计方法中，能够进行强度预测的都是基于水灰比定则，通过引入影响系数来考虑其他因素的影响．其他以试验和编程计算为基础的配合比设计方法都无法直接预测强度，而需通过试验来评价其得出的配合比方案．表1 配合比设计方法分析Tab.1 Analysis of the mix design methods注：表中√表示考虑此参数，×代表不考虑此参数．RPC配合比设计方法#参数水胶比砂胶比胶凝材料级配砂级配水泥硅灰矿物掺料钢纤维养护温度强度预测文献法国路桥公式√ × × × √ √ √ × × √ [16,17]Day公式√ × × × √ √ √ × × √ [18]李莉公式√ √ √ × √ × × √ × √ [19]试验方法1 √ × √ √ × × × × × × [11-13]试验方法2 √ × √ × √ √ √ × × × [11]试验方法3 √ √ × × √ √ √ √ √ × [14,15]编程方法1 × × √ √ √ √ √ × × × [20,21]3 RPC配合比设计的影响参数分析3.1 水胶比水胶比指用水量与胶凝材料的质量比，胶凝材料一般包括水泥、硅灰以及粉煤灰等．水胶比在一定程度上决定了RPC的强度，也是影响其工作性能和耐久性的主要因素．研究表明随着水胶比的增加，RPC的强度随之下降，但同时由于水胶比增加，RPC的流动性随之改善[12,19]．郑文忠等[19]分析了水胶比对强度和流动度的影响，当水胶比低于0.18时，流动度较差，成型困难，造成密实度下降，最终对强度和耐久性产生不利影响；当水胶比大于0.22时，虽然流动度较好，但用水量增多，造成强度下降，这一结论亦符合其他学者的研究成果[5]．目前的RPC 配合比中水胶比多位于0.14～0.22之间．3.2 砂胶比砂胶比指石英砂与胶凝材料的质量比．砂胶比涉及RPC内部微观结构的匀质性问题，因此也是决定RPC强度的关键指标．目前国内学者针对RPC的研究，采用的砂胶比介于0.5～1.5之间．随着砂胶比的增大，RPC流动度减小[19]，砂胶比为0.8～1.2左右时，RPC抗压强度最高[19]．3.3 胶凝材料级配与砂级配原料的颗粒体系具有高的堆积密度是 RPC获得高性能的关键[22]，而胶凝材料级配和砂级配决定了RPC颗粒体系的堆积密度以及RPC硬化后的孔结构分布[8,11,22]，因此，合理的胶凝材料级配和砂级配是RPC配合比设计的关键．3.4 水泥与矿物细粉掺料胶凝材料通常包括水泥和矿物细粉掺料，矿物细粉掺料一般包括：硅粉、粉煤灰、矿渣微粉等．水泥的等级越高，RPC的抗压强度越高，流动性越好[12]．硅粉良好的孔隙填充效应和火山灰效应能有效地改善活性粉末混凝土的微观结构，提高其流动度与强度[23]．随着硅粉掺量增加，RPC的强度有较大的增长，但当硅灰掺量超过25%时强度增长已不明显[23]．因此，硅灰掺量多控制在15%～25%之间．为降低造价和改善性能，也可使用其他矿物细掺料代替部分硅粉和水泥．粉煤灰(超细粉煤灰)和矿渣微粉等掺入可以提高RPC的流动度，但为保证RPC强度，矿物细掺合料掺量宜为胶凝材料质量20%左右[24-25]．3.5 磨细石英粉研究表明石英粉在养护条件达到200～250 ℃才明显发挥火山灰效应[26]，在标准养护和热水养护时主要发挥微集料效应，在保证水泥和硅粉掺量的前提下，同时掺入硅粉和石英粉有利于同时提高RPC在标准、热水和高温养护条件下的抗压强度．研究表明磨细石英粉掺量一般取水泥用量的25%～40%为宜[19,26]．3.6 高效减水剂由于RPC水胶比很低，为保证其具有良好的流动度和较高的密实度，一定量高效减水剂的掺入非常必要．聚羧酸减水剂具有很高的减水效果(常见减水效果在25%～35%)和良好的相容性，因此成为制备RPC的常用减水剂，其用量通常可取胶凝材料掺量的2%～3%[11,27]．此外，若采用早强型聚羧酸减水剂能进一步促进RPC强度提高[28]．3.7 钢纤维钢纤维通过闭合裂纹与稍栓拉结作用，增大RPC的内聚力与内摩擦角，提高抗剪强度，并使得RPC由脆性破坏转为塑性破坏[29,11]．但研究表明钢纤维掺量的增加对活性粉末混凝土的抗拉与抗剪强度提高较大，而对其抗压强度的提高并不显著[30]．钢纤维含量过高时，RPC强度提高效率降低，流动度变差，造成施工不便．因此，综合考虑成本因素，钢纤维体积掺量宜为 1.5%～3%．此外，钢纤维的长径比与端部构造形式也对RPC强度有较大影响，长径比多控制在为65上下，采用端勾型钢纤维能进一步增强RPC的强度[31]．3.8 养护条件现阶段活性粉末混凝土养护方法与制度主要有[32-34]：标准养护、热水养护、蒸汽养护、高温干热养护，及组合养护制度．前期学者的研究已经表明：活性粉末混凝土需要以高温来促进和加速活性胶凝材料的水化反应，分析实际养护制度对RPC强度的影响可以发现：(1) 对强度而言，高温干热养护＞蒸汽养护＞热水养护＞标准养护；(2) 对早期强度而言：相对于标准养护而言，温度较高的干热、蒸汽、热水养护制度能有效提高活性粉末混凝土的早期强度，最终强度也有较大提高；(3) 高温养护完成后，后期活性粉末混凝土的后期强度增长较为缓慢；(4) 对热养护时间，90 ℃左右热水养护或蒸汽养护的最佳养护时间为3 d左右，热养护时间进一步增加对强度影响不大[32-34]．4 活性粉末混凝土配合比设计方法评价为评价RPC配合比的设计方法，本文仅列举典型的试验配合比方案，选取了文献[13,27,35,36]中的试验与配合比方案，使用法国路桥公式[15-16]、Day公式[18]、李莉公式[19-20]进行强度预测，并将预测强度与试验结果进行对比．针对抗压试件的尺寸效应，研究表明[5,37]，由于RPC中无粗骨料，建议取边长100 mm和边长70.7 mm的立方体抗压强度之比为0.959，取RPC棱柱体轴心抗压强度与边长 70.7 mm的立方体抗压强度之比为0.845．本文采用此参数将抗压强度统一处理，其结果如表2所示．图1～3为三种不同强度预测值与实际强度值之间的关系．可以看出，李莉公式的预测结果偏于保守，这是由于其理论中骨胶比影响系数来自统计分析，当骨胶比小于0.778时，将导致其公式中α值过大，预测结果会出现较大偏差；Day公式所预测的抗压强度精度较差，这是由于公式(3)中采用了绝对用水量及胶凝材料绝对用量，和水胶比未直接相关，一定配合比条件下，会导致预测结果出现负值，这说明其配合比理论对于活性粉末混凝土而言适用性较差．基于法国路桥公式的预测效果较好，但由于没有其未涉及钢纤维与养护温度的影响，预测结果亦偏于保守．表2 RPC实测强度与预测结果#Tab. 2 Results of the RPC actual and predicted strength from different design methods #注：(1) 文献[13]中砂指中砂、细砂以及特细砂的比值；钢纤维为体积掺量，%；减水剂为胶凝材料的质量百分比，%．(2) 实际抗压强度与预测抗压强度皆转化为边长100mm的立方体抗压强度．文水石英预测强度/MPa献水胶比泥硅粉粉煤灰粉砂钢纤维减水剂养护温度/℃实际抗压强度/MPa李莉公式Day公式法国路桥公式0.19 1 0.32 1.17/0.55/0.23 0.64 7 60 127.30 74.66 107.59 117.66[13]0.19 1 0.32 1.07/0.50/0.21 2.2 7 60 152.30 83.53 107.59 117.66 0.19 1 0.321.07/0.50/0.212.2 7 100 171.20 83.53 107.59 117.66[35]0.28 1 0.25 0.37 1.1 0 2 90 137.44 63.36 −105.73 123.88 0.2 1 0.35 0.3 1.1 3 2.5 90 271.92 134.37 −134.03 118.50 0.16 1 0.35 0.3 1.1 3 2.5 90 240.26 179.64 −52.72 118.50[27]0.18 1 0.25 0 0.37 0.9 0 2 90 81.04 146.85 13.68 130.82 0.16 1 0.25 0.2 0.2 0.88 1 2 90 154.88 456.02−9.76 127.16 0.16 1 0.25 0.2 0.2 0.88 4 2 90 210.98 557.36 −9.76 127.16[36]0.15 1 0.25 0.82 2 3.55 22 155.37 353.20 −172.85 164.45 0.2 1 0.15 0.89 2 1.5 22 137.89 126.78 −61.85 131.20 0.2 1 0.25 0.72 2 1.5 22 145.27 539.73 −256.38 140.28图1 李莉公式强度预测值Fig. 1 Comparison between RPC actual and predicted strength fromLili's model图2 Ken.W.Day公式的强度预测值Fig. 2 Comparison between RPC actual and predicted strength from Day's model图3 法国路桥公式强度预测值Fig.3 Comparison between RPC actual and predicted strength from LCPC model对本文总结的目前现有 RPC的强度预测公式分析可知：(1) 除了李莉公式之外，其余方法都未考虑钢纤维掺量的影响，其对钢纤维影响的考虑基于数据统计，并未建立明确的物理力学意义．(2) 目前所有方法都未考虑活性粉末混凝土养护温度对于强度的贡献．(3) 由最紧密堆积理论可知，胶凝材料的级配和砂的级配是否合理，也将对活性粉末混凝土强度产生较大的影响，本文总结的预测方法中尚未考虑胶凝材料的级配和砂级配的影响．(4) 硅灰或其他细矿物掺合料的掺入将产生明显的火山灰效应，对于其活性的考虑不可或缺，但是由于其材料来源和材料性质的不确定性，如何考虑其活性的影响尚待研究．6 结论国内外学者针对活性粉末混凝土配合比设计理论与方法已经进行了较为广泛的研究，本文通过对现有RPC配合比设计理论的分析，总结了现阶段 RPC配合比设计理论及相关设计方法的现状及发展趋势，主要为以下几个方面：(1) 现阶段活性粉末混凝土配合比设计主要基于试验方法、半经验半理论公式方法、编程计算方法．其中试验方法和编程计算方法无法直接进行强度预测，配合比设计具有较大不确定性．通过对典型半经验半理论公式方法进行评价分析发现法国路桥公式的准确度较高，可作为简易的强度预测公式使用．(2) 钢纤维和养护温度参数影响应该在配合比设计时加以考虑，例如在配合比设计时提出基于性能和经验的影响系数．(3) 活性粉末混凝土配合比设计可将原材料的级配设计和强度预测公式相结合，从而推动活性粉末混凝土配合比设计的实用化．参考文献 References[1] RICHARD P, CHEYREZY M. 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东 南 大 学 学 报 （自然 科 学版 ）
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摘要 ：为 了提 高活 性粉 末混凝 土 （ Ｐ 的 密实度 ，用 最 紧 密堆 积理 论 对 Ｒ Ｃ进 行 配 合 比设计 ． Ｒ Ｃ） Ｐ 基 于最 紧密堆积 理论 ， 用 Ｍａｌ 运 ｔ ｂ与 Ｅ ｃｌ ｏｖ ｒ ｏ ｌ ａ ｘ ｅ Ｓ ｌｅ Ｔ ｏ 进行 编 程 ，实现 Ｒ Ｃ复合 体 系 的静态 密 Ｐ
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Ｄｉｇｒ ｕ ｋ方 程 的最 紧密堆 积模 型科 学地 应用 于 Ｒ Ｃ配合 比设 计． ｎ ｅ— ｎ ｆ Ｐ
关 键 词 ：活 性粉 末混凝 土 ； 配合 比设 计 ； 学性 能 力 中图 分类号 ： Ｕ ２ Ｔ ５８ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ：１０ — ５ ５ ２ １ ） 刊 （ ） ０ ５０ ０ １ ０ ０ （００ 增 １ － １ －５ ０
（ ｔ ｅＫ ｙ Ｌ ｂ ｒｔｒ ｆ ｇ ｅｆｒ ｎ ｅ Ｃ ｖｌ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｍａｅ ａ ， ｉｎ ｓ ｅ ｅｒｈ Ｉ ｓ ｔｔ ｏ ｕ ｌｉｇＳ ｉ ｃ ｏ ，Ｌ ｄ Ｓａ ｅ ａ ｏ ａｏｙ ｏ ｈ Ｐ ｒ ｍａ ｃ ｉｉ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｎ ｔ ｌ Ｊ ｇ ｕＲ ｓａｃ ｎｔ ｕｅ ｆ ｉ ｎ ｃｅ ｅＣ ｔ Ｈｉ ｏ ｉ ｉ ｒ ｓ ａ ｉ Ｂ ｄ ｎ ｔ
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