顧炳偉 ，尚寶亮 ，胡杰 ，萬鋒 ，趙龍偉

（1．淮海工學(xué)院 土木工程學(xué)院，江蘇 連云港 222005；2．連云港市墻體材料革新與建筑節(jié)能管理辦公室，江蘇 連云港 222000）

活性粉末混凝土作為一種高性能水泥基材料，自20世紀(jì)90年代問世以來，一直受到人們的關(guān)注[1-2]。其通過降低水膠比、提高骨料的細(xì)度、摻加礦物摻合料等來減小混凝土材料的孔隙、界面過渡區(qū)等內(nèi)部缺陷而使得混凝土獲得超高強(qiáng)度與優(yōu)異耐久性[3-5]。但傳統(tǒng)活性粉末混凝土的成本昂貴、工藝復(fù)雜，給其廣泛應(yīng)用帶來一定困難[6]。因此，如何在保證其優(yōu)異性能的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大組成材料的選用范圍，降低活性粉末混凝土的成本，對促進(jìn)其在工程上的廣泛應(yīng)用具有十分重要的意義。

本研究通過加大工業(yè)廢渣微碳鉻鐵粉渣的摻量，改變細(xì)骨料的粒徑及用量等手段，以期采用常規(guī)的細(xì)骨料，大量摻配工業(yè)廢渣來實(shí)現(xiàn)活性粉末混凝土成本的降低，從而實(shí)現(xiàn)其在工程上的廣泛應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

（1）水泥：江蘇贛榆歡敦P·O42.5水泥，28 d抗折、抗壓強(qiáng)度分別為 7.9、46.65 MPa。

（2）微碳鉻鐵粉渣：連云港亨鑫金屬制造有限公司的生產(chǎn)廢渣，主要化學(xué)成分見表1，XRD圖譜見圖1，其主要礦物成分為C2S，存在α'、α、β多個晶相，其次為鎂橄欖石以及鉻鐵礦、少量石英殘余。其六價(jià)鉻浸出濃度為0.06mg/L，放射性檢測內(nèi)照射指數(shù)IRa為0.02，外照射指數(shù)IY為0.04，均符合建材行業(yè)使用鉻渣標(biāo)準(zhǔn)（HJ/T 301—2007《鉻渣污染治理環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范》、GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》的要求。微碳鉻鐵粉渣在105℃條件下烘干24 h后，由SM500X500型水泥試驗(yàn)小磨球磨90 min，0.08 mm篩篩余為1.9%。

表1 微碳鉻鐵粉渣的主要化學(xué)成分 %

圖1 微碳鉻鐵粉渣的XRD圖譜

（3）砂：采用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)級配良好的河砂。使用前按照要求過篩。本試驗(yàn)中除研究砂的粒徑對RPC的影響外，其它砂均過1.25 mm篩。

（4）鋼纖維：長度13 mm，波浪型，宜興市華源金屬纖維有限公司生產(chǎn)。

（5）硅灰：SiO2含量 98%，平均粒徑 0.15～0.20 μm，比表面積 15 000～20 000 m2/kg。

（6）減水劑：DC-WR2型聚羧酸高性能減水劑，白色粉末，北京德昌偉業(yè)建筑工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)。

（7）水：自來水。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

將水泥、砂、微碳鉻鐵粉渣、硅灰倒入攪拌鍋中，干拌1 min，然后取一半用水量的水將減水劑溶解，加入混勻的粉料中攪拌3 min，用剩余一半的水清洗溶解減水劑的容器后加入攪拌的漿體中再拌3 min。加入一半鋼纖維，攪拌3 min，再加入剩下的另一半鋼纖維，攪拌3 min。攪拌完成后，采用尺寸為40 mm×40 mm×160 mm的標(biāo)準(zhǔn)水泥膠砂三聯(lián)試模成型。注入拌和物后，在膠砂震動臺振動180 s。試件成型后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)24 h拆模，拆模后試件分別采用室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)（溫度14～25℃，相對濕度 65%～85%）、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)[溫度（20±1）℃，相對濕度≥95%]至28 d，90℃水中熱養(yǎng)護(hù)至3 d。養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期的試件按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》進(jìn)行力學(xué)性能測試，熱養(yǎng)護(hù)試件自然冷卻至室溫后進(jìn)行力學(xué)性能測試。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 微碳鉻鐵粉渣摻量對RPC力學(xué)性能的影響

RPC 的基礎(chǔ)配比為：m（水泥）∶m（砂）∶m（硅灰）∶m（減水劑）=1∶1∶0.3∶0.02，鋼纖維體積摻量為 2%，水與水泥和微碳鉻鐵粉渣總量之比為0.25，研究微碳鉻鐵粉渣摻量（按占水泥質(zhì)量計(jì)）對RPC強(qiáng)度的影響，結(jié)果見表2。

表2 不同養(yǎng)護(hù)條件下微碳鉻鐵粉渣摻量對RPC力學(xué)性能的影響

由表2可知：RPC的力學(xué)性能與微碳鉻鐵粉渣摻量近于呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的特征。隨著微碳鉻鐵粉渣摻量的增加，RPC的強(qiáng)度逐漸降低，但當(dāng)微碳鉻鐵粉渣摻量達(dá)到水泥質(zhì)量的120%時，采用90℃熱水養(yǎng)護(hù)的RPC抗壓強(qiáng)度仍高于90 MPa，即使采用相對較差的室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)方式，RPC的抗壓強(qiáng)度仍能達(dá)到60 MPa以上。不同養(yǎng)護(hù)方式對于RPC的強(qiáng)度發(fā)展貢獻(xiàn)不同，RPC的養(yǎng)護(hù)以90℃熱水養(yǎng)護(hù)最佳，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)次之，室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)最差。

2.2 砂用量對RPC力學(xué)性能的影響

普通混凝土的力學(xué)性能由于受到粗骨料周圍界面過渡區(qū)的影響而大大降低。相比于普通混凝土，RPC由于組分中沒有粗骨料，消除了粗骨料與水泥砂漿之間的界面過渡區(qū)，從而使其力學(xué)性能得到大大改善。但RPC中細(xì)骨料含量對其力學(xué)性能的影響仍是值得關(guān)注的焦點(diǎn)。

RPC 的基礎(chǔ)配比為：m（水泥）∶m（微碳鉻鐵粉渣）∶m（硅灰）∶m（減水劑）=1∶0.5∶0.3∶0.02，鋼纖維體積摻量為 2%，水與水泥和微碳鉻鐵粉渣總量之比為0.25，固定水泥用量，研究砂灰比（砂與水泥的質(zhì)量比）對RPC強(qiáng)度的影響，結(jié)果見表3。

由表3可知：隨著砂灰比增大，不同養(yǎng)護(hù)條件下RPC的抗折強(qiáng)度均呈先提高后降低的趨勢；90℃水養(yǎng)和室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)條件下，RPC的抗壓強(qiáng)度隨砂灰比的增大基本呈先提高后降低的趨勢；標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，RPC的抗壓強(qiáng)度隨砂灰比的增大而提高?？傮w上，砂灰比為2.0時，RPC的力學(xué)性能較佳。

表3 不同養(yǎng)護(hù)條件下砂灰比對RPC力學(xué)性能的影響

2.3 砂的粒徑對RPC力學(xué)性能的影響

RPC中由于只有細(xì)骨料，其粒度較細(xì)，在混凝土內(nèi)部形成界面過渡區(qū)的幾率及范圍以及界面過渡區(qū)對RPC力學(xué)性能的影響可能較普通混凝土小得多。

RPC 的基礎(chǔ)配比為：m（水泥）∶m（微碳鉻鐵粉渣）∶m（硅灰）∶m（減水劑）=1∶0.5∶0.3∶0.02，鋼纖維體積摻量為 2%，水與水泥和微碳鉻鐵粉渣總量之比為0.25。在相同細(xì)骨料用量的前提下，細(xì)骨料最大粒徑對RPC力學(xué)性能的影響見表4。

表4 不同養(yǎng)護(hù)條件下砂的粒徑對RPC力學(xué)性能的影響

由表4可知：細(xì)骨料的最大粒徑與RPC的力學(xué)性能存在著顯著的關(guān)聯(lián)。RPC使用在整個砂粒級范圍內(nèi)各粒級顆粒齊全的細(xì)骨料，砂的級配較好，RPC的力學(xué)性能也較高；隨著細(xì)骨料中較粗顆粒的篩出，細(xì)骨料的堆積密實(shí)程度有所下降，RPC的力學(xué)性能下降，這一點(diǎn)在90℃水養(yǎng)條件下RPC的強(qiáng)度表現(xiàn)尤其明顯，對于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)也顯示出相似的規(guī)律，但變化不如90℃水養(yǎng)顯著。細(xì)骨料的最大粒徑與級配對于RPC力學(xué)性能的影響還與養(yǎng)護(hù)方式有關(guān)，在90℃水養(yǎng)、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)3種方式中，均是90℃水養(yǎng)效果最好，RPC的強(qiáng)度最高，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)效果次之，室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)效果最差，強(qiáng)度最低。

2.4 鋼纖維摻量對RPC力學(xué)性能的影響

未摻纖維的RPC具有極高的抗壓強(qiáng)度，但其韌性稍差，摻入微細(xì)的鋼纖維可以明顯改善RPC的韌性。RPC的基礎(chǔ)配比為：m（水泥）∶m（微碳鉻鐵粉渣）∶m（硅灰）∶m（減水劑）=1∶0.5∶0.3∶0.02，砂灰比為 1.0，水與水泥和微碳鉻鐵粉渣總量之比為0.25。鋼纖維摻量對RPC力學(xué)性能的影響見表5。

表5 不同養(yǎng)護(hù)條件下鋼纖維摻量對RPC力學(xué)性能的影響

由表5可知：隨著鋼纖維摻量的增加，3種養(yǎng)護(hù)方式下RPC的抗折、抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢，鋼纖維體積摻量為2%時強(qiáng)度最高。鋼纖維摻量過高時，RPC的抗折、抗壓強(qiáng)度下降，這可能與鋼纖維的加入導(dǎo)致RPC的流動性降低，拌制過程中鋼纖維摻量高的拌合物明顯干澀，鋼纖維分布不均勻，成型困難，密實(shí)度差有關(guān)，因而鋼纖維的特性沒有得到充分的發(fā)揮，最終導(dǎo)致RPC的力學(xué)性能反而變差。因此，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，鋼纖維的體積摻量宜取2%。

3 結(jié)論

（1）RPC的強(qiáng)度隨著微碳鉻鐵粉渣摻量的增加而降低，但當(dāng)微碳鉻鐵粉渣摻量達(dá)到水泥質(zhì)量的120%時，采用90℃熱水養(yǎng)護(hù)的RPC抗壓強(qiáng)度仍高于90MPa，即使采用相對較差的室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)方式，RPC的抗壓強(qiáng)度仍能達(dá)到60MPa以上。

（2）細(xì)骨料的最大粒徑與用量影響RPC的力學(xué)性能。RPC的強(qiáng)度隨著級配良好的砂的最大粒徑減小而降低；隨著砂用量的增加，RPC的強(qiáng)度基本呈先提高后降低的趨勢，最佳砂灰比為2.0。

（3）隨著鋼纖維摻量的增加，RPC的強(qiáng)度先提高后降低，鋼纖維的最佳體積摻量為2%。

（4）不同養(yǎng)護(hù)方式對RPC的強(qiáng)度存在顯著的影響。RPC的強(qiáng)度以90℃水養(yǎng)最高，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)效果次之，室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)效果最差，強(qiáng)度最低。

[1] 鄭文忠，呂雪源．活性粉末混凝土研究進(jìn)展[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2015，36（10）：44-58．

[2] Richard P，Cheyrezy M H．Composition ofreactive powder concretes[J]．Cement and Concrete Research，1995，25（7）：1501--1511．

[3] 王震宇，李?。钚苑勰┗炷敛牧闲阅芘c配制技術(shù)的試驗(yàn)研究[J]．混凝土，2008（2）：90-93.

[4] 施韜，陳寶春，施惠生．摻礦渣活性粉末混凝土配制技術(shù)的研究[J]．材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，23（6）：867-870.

[5] 朱曉斌，姚婷，洪錦祥．混凝土集料-漿體界面過渡區(qū)對韌性的影響及調(diào)控技術(shù)[J]．新型建筑材料，2014（3）：1-5.

[6] Yi N H，Kim J H J，Han T S．Blast-resistant characteristics of ultra-high strength concrete and reactive powder concrete[J]．Construction and Building Materials，2012，28（1）：694-707．