顾炳伟 ，尚宝亮 ，胡杰 ，万锋 ，赵龙伟

（1．淮海工学院 土木工程学院，江苏 连云港 222005；2．连云港市墙体材料革新与建筑节能管理办公室，江苏 连云港 222000）

活性粉末混凝土作为一种高性能水泥基材料，自20世纪90年代问世以来，一直受到人们的关注[1-2]。其通过降低水胶比、提高骨料的细度、掺加矿物掺合料等来减小混凝土材料的孔隙、界面过渡区等内部缺陷而使得混凝土获得超高强度与优异耐久性[3-5]。但传统活性粉末混凝土的成本昂贵、工艺复杂，给其广泛应用带来一定困难[6]。因此，如何在保证其优异性能的基础上，扩大组成材料的选用范围，降低活性粉末混凝土的成本，对促进其在工程上的广泛应用具有十分重要的意义。

本研究通过加大工业废渣微碳铬铁粉渣的掺量，改变细骨料的粒径及用量等手段，以期采用常规的细骨料，大量掺配工业废渣来实现活性粉末混凝土成本的降低，从而实现其在工程上的广泛应用。

1 实验

1.1 原材料

（1）水泥：江苏赣榆欢敦P·O42.5水泥，28 d抗折、抗压强度分别为 7.9、46.65 MPa。

（2）微碳铬铁粉渣：连云港亨鑫金属制造有限公司的生产废渣，主要化学成分见表1，XRD图谱见图1，其主要矿物成分为C2S，存在α'、α、β多个晶相，其次为镁橄榄石以及铬铁矿、少量石英残余。其六价铬浸出浓度为0.06mg/L，放射性检测内照射指数IRa为0.02，外照射指数IY为0.04，均符合建材行业使用铬渣标准（HJ/T 301—2007《铬渣污染治理环境保护技术规范》、GB 6566—2010《建筑材料放射性核素限量》的要求。微碳铬铁粉渣在105℃条件下烘干24 h后，由SM500X500型水泥试验小磨球磨90 min，0.08 mm筛筛余为1.9%。

表1 微碳铬铁粉渣的主要化学成分 %

图1 微碳铬铁粉渣的XRD图谱

（3）砂：采用当地产级配良好的河砂。使用前按照要求过筛。本试验中除研究砂的粒径对RPC的影响外，其它砂均过1.25 mm筛。

（4）钢纤维：长度13 mm，波浪型，宜兴市华源金属纤维有限公司生产。

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

（6）减水剂：DC-WR2型聚羧酸高性能减水剂，白色粉末，北京德昌伟业建筑工程技术有限公司生产。

（7）水：自来水。

1.2 实验过程

将水泥、砂、微碳铬铁粉渣、硅灰倒入搅拌锅中，干拌1 min，然后取一半用水量的水将减水剂溶解，加入混匀的粉料中搅拌3 min，用剩余一半的水清洗溶解减水剂的容器后加入搅拌的浆体中再拌3 min。加入一半钢纤维，搅拌3 min，再加入剩下的另一半钢纤维，搅拌3 min。搅拌完成后，采用尺寸为40 mm×40 mm×160 mm的标准水泥胶砂三联试模成型。注入拌和物后，在胶砂震动台振动180 s。试件成型后标准养护24 h拆模，拆模后试件分别采用室内自然养护（温度14～25℃，相对湿度 65%～85%）、标准养护[温度（20±1）℃，相对湿度≥95%]至28 d，90℃水中热养护至3 d。养护至规定龄期的试件按照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行力学性能测试，热养护试件自然冷却至室温后进行力学性能测试。

2 实验结果与讨论

2.1 微碳铬铁粉渣掺量对RPC力学性能的影响

RPC 的基础配比为：m（水泥）∶m（砂）∶m（硅灰）∶m（减水剂）=1∶1∶0.3∶0.02，钢纤维体积掺量为 2%，水与水泥和微碳铬铁粉渣总量之比为0.25，研究微碳铬铁粉渣掺量（按占水泥质量计）对RPC强度的影响，结果见表2。

表2 不同养护条件下微碳铬铁粉渣掺量对RPC力学性能的影响

由表2可知：RPC的力学性能与微碳铬铁粉渣掺量近于呈现负相关的特征。随着微碳铬铁粉渣掺量的增加，RPC的强度逐渐降低，但当微碳铬铁粉渣掺量达到水泥质量的120%时，采用90℃热水养护的RPC抗压强度仍高于90 MPa，即使采用相对较差的室内自然养护方式，RPC的抗压强度仍能达到60 MPa以上。不同养护方式对于RPC的强度发展贡献不同，RPC的养护以90℃热水养护最佳，标准养护次之，室内自然养护最差。

2.2 砂用量对RPC力学性能的影响

普通混凝土的力学性能由于受到粗骨料周围界面过渡区的影响而大大降低。相比于普通混凝土，RPC由于组分中没有粗骨料，消除了粗骨料与水泥砂浆之间的界面过渡区，从而使其力学性能得到大大改善。但RPC中细骨料含量对其力学性能的影响仍是值得关注的焦点。

RPC 的基础配比为：m（水泥）∶m（微碳铬铁粉渣）∶m（硅灰）∶m（减水剂）=1∶0.5∶0.3∶0.02，钢纤维体积掺量为 2%，水与水泥和微碳铬铁粉渣总量之比为0.25，固定水泥用量，研究砂灰比（砂与水泥的质量比）对RPC强度的影响，结果见表3。

由表3可知：随着砂灰比增大，不同养护条件下RPC的抗折强度均呈先提高后降低的趋势；90℃水养和室内自然养护条件下，RPC的抗压强度随砂灰比的增大基本呈先提高后降低的趋势；标准养护条件下，RPC的抗压强度随砂灰比的增大而提高。总体上，砂灰比为2.0时，RPC的力学性能较佳。

表3 不同养护条件下砂灰比对RPC力学性能的影响

2.3 砂的粒径对RPC力学性能的影响

RPC中由于只有细骨料，其粒度较细，在混凝土内部形成界面过渡区的几率及范围以及界面过渡区对RPC力学性能的影响可能较普通混凝土小得多。

RPC 的基础配比为：m（水泥）∶m（微碳铬铁粉渣）∶m（硅灰）∶m（减水剂）=1∶0.5∶0.3∶0.02，钢纤维体积掺量为 2%，水与水泥和微碳铬铁粉渣总量之比为0.25。在相同细骨料用量的前提下，细骨料最大粒径对RPC力学性能的影响见表4。

表4 不同养护条件下砂的粒径对RPC力学性能的影响

由表4可知：细骨料的最大粒径与RPC的力学性能存在着显著的关联。RPC使用在整个砂粒级范围内各粒级颗粒齐全的细骨料，砂的级配较好，RPC的力学性能也较高；随着细骨料中较粗颗粒的筛出，细骨料的堆积密实程度有所下降，RPC的力学性能下降，这一点在90℃水养条件下RPC的强度表现尤其明显，对于标准养护和室内自然养护也显示出相似的规律，但变化不如90℃水养显著。细骨料的最大粒径与级配对于RPC力学性能的影响还与养护方式有关，在90℃水养、标准养护、室内自然养护3种方式中，均是90℃水养效果最好，RPC的强度最高，标准养护效果次之，室内自然养护效果最差，强度最低。

2.4 钢纤维掺量对RPC力学性能的影响

未掺纤维的RPC具有极高的抗压强度，但其韧性稍差，掺入微细的钢纤维可以明显改善RPC的韧性。RPC的基础配比为：m（水泥）∶m（微碳铬铁粉渣）∶m（硅灰）∶m（减水剂）=1∶0.5∶0.3∶0.02，砂灰比为 1.0，水与水泥和微碳铬铁粉渣总量之比为0.25。钢纤维掺量对RPC力学性能的影响见表5。

表5 不同养护条件下钢纤维掺量对RPC力学性能的影响

由表5可知：随着钢纤维掺量的增加，3种养护方式下RPC的抗折、抗压强度均呈现先提高后降低的趋势，钢纤维体积掺量为2%时强度最高。钢纤维掺量过高时，RPC的抗折、抗压强度下降，这可能与钢纤维的加入导致RPC的流动性降低，拌制过程中钢纤维掺量高的拌合物明显干涩，钢纤维分布不均匀，成型困难，密实度差有关，因而钢纤维的特性没有得到充分的发挥，最终导致RPC的力学性能反而变差。因此，从经济角度考虑，钢纤维的体积掺量宜取2%。

3 结论

（1）RPC的强度随着微碳铬铁粉渣掺量的增加而降低，但当微碳铬铁粉渣掺量达到水泥质量的120%时，采用90℃热水养护的RPC抗压强度仍高于90MPa，即使采用相对较差的室内自然养护方式，RPC的抗压强度仍能达到60MPa以上。

（2）细骨料的最大粒径与用量影响RPC的力学性能。RPC的强度随着级配良好的砂的最大粒径减小而降低；随着砂用量的增加，RPC的强度基本呈先提高后降低的趋势，最佳砂灰比为2.0。

（3）随着钢纤维掺量的增加，RPC的强度先提高后降低，钢纤维的最佳体积掺量为2%。

（4）不同养护方式对RPC的强度存在显著的影响。RPC的强度以90℃水养最高，标准养护效果次之，室内自然养护效果最差，强度最低。

[1] 郑文忠，吕雪源．活性粉末混凝土研究进展[J].建筑结构学报，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，李俊．活性粉末混凝土材料性能与配制技术的试验研究[J]．混凝土，2008（2）：90-93.

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[5] 朱晓斌，姚婷，洪锦祥．混凝土集料-浆体界面过渡区对韧性的影响及调控技术[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．