活性粉末混凝土施工关键工序控制

【摘要】活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，简称RPC）是20世纪90年代开发出的超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定性良好的新型材料。活性粉末混凝土由于其上述优良特性在高速铁路施工中被广泛运用于桥梁、路基电缆槽盖板的施工。

【关键字】活性粉末混凝土 配合比 模板 拌合 养护

0 引言

RPC可以有效地减轻结构物的自重。RPC具有很高的抗压强度和抗剪强度，在结构设计中可以采用更薄的截面或具有创新性的截面形状，从而使结构自重比普通混凝土结构轻得多。

可以大幅度提高结构物的耐久性。RPC材料减小了界面过渡区的厚度与范围。骨料粒径的减小，其自身存在缺陷的机率减小，整个基体的缺陷也减少。RPC十分密实，孔隙率极低，它不但能够阻止放射性物质从内部泄漏，而且能够抵御外部侵蚀性介质的腐蚀，从整体上提高了体系均匀性、强度和耐久性。

采用RPC设计的构件极大地减少钢筋的用量。

RPC结构的高耐久性，极大地减少或免除了维护费用，延长了使用寿命，因而具有很高的性能价格比。

RPC材料的高韧性和结构自重的减轻有利于提高结构的抗震和抗冲击性能。

RPC材料的耐高温性、耐火性以及抗腐蚀能力远远高于钢材。

由上述RPC材料的优点可以看出，采用RPC材料可以延长结构寿命，免除维护费用，降低工程建设和使用的综合造价。

中铁十六局沪昆客专HKJX-5标全长68.6km，其中桥梁45.6km，路基23km，设计RPC盖板15万平米，现就RPC盖板的施工关键工序控制作一介绍。

1 活性粉末混凝土配合比设计

RPC盖板设计强度等级≥120MPa，抗折强度≥14MPa，弹性模量≥46GPa，抗渗等级≥P50，电通量<50C，氯离子渗透量<40库仑，抗冻融指标>F500。

RPC原材料采用石英砂、水泥、硅灰、高效减水剂、镀铜钢纤维，各种原材料的惨量决定了拌合后的各项性能是否满足设计及相关规范的要求，同时应考虑其经济性。即在满足要求的前提下做到最省钱。

水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，满足水泥常规标准即可，骨料采用干净的石英砂，要求石英含量97%以上，且含泥量不大于0.5%，采用三个级配，分别为0.075～0.16mm、0.3～1.2mm、0.6～2.36mm；钢纤维应符合直径0.18～0.23mm，长度12～14mm，抗拉强度不得低于2850MPa，其他性能满足JG3064-1999的技术要求；外加剂减水率不低于29%，硫酸钠含量不得大于2%，并且符合GB8076-1997的要求。拌和物用水应符合JGJ63-2006的要求，可以使用符合饮用标准的水。

经过室内试配，水灰比控制在0.14～0.165，另外RPC盖板的抗折强度主要取决于钢纤维的惨量，而钢纤维的惨量直接关系到配合比的经济性，经过室内配合比对比试验得出钢纤维惨量在3.5%以下抗折强度难以满足设计要求，惨量在3.5%～5%间抗折强度基本满足设计要求，但是每提高1个百分点，材料成本即增加10%，所以在满足质量的前提下应尽量控制成本。RPC的骨料为石英砂，经试配砂灰比在0.9左右。RPC经过施工现场拌合，坍落度在160mm～180mm之间，抗压强度约130MPa，抗折约15 MPa，其他性能也能满足设计要求。

2 模板及脱模剂的选用

小型预制构件的模板可采用定型钢模或塑料模具，考虑到钢模自身重量较重，使用不方便，且成本较高，故采用塑料模具进行施工；塑料模具有两种形式，一种为普通型塑料模具，该种模具自身刚度小，RPC盖板成型后不能直接叠码存放，在存放时需用竹胶板隔开进行存放，且在人工搬运过程中有小幅的变形，但模具价格较为便宜，另一种塑料模具为模具底部带加劲肋可叠码的模具，模具本身自带叠码卡槽，存放时可多块依次叠码堆放，且模具间留有间隙便于蒸养过程水蒸气进入，模具由于进行了底部的加强，人工搬运及存放时基本没有变形，但是模具费用相对较高。由于盖板的平整度是盖板质量控制的一个关键环节，为确保盖板质量，经对比选用叠码式塑料模具。

混凝土工程的成功关键是要做到内实外美，外美在就在于表面光滑，无气泡，所以脱模剂的选择极为重要，在经过反复的对比试验，先后采用机油、柴油、专用脱模剂、色拉油等脱模剂后效果都不是很理想，最后采取不采用脱模剂的方式进行施工，脱模后的盖板能很好的保持混凝土的原色，且表面光滑无气泡。不采用脱模剂并不表示对模板不进行处理，而是在每次脱完模后即将模具浸泡在5%的稀盐酸中，将少量附着于模板上的混凝土软化掉，然后用软毛刷子将模具清洗干净，并用清水进行漂洗，最后统一堆放整齐备用。

3 混凝土的拌合

拌合工艺是RPC施工的又一项关键控制工序，RPC中加入了钢纤维，而钢纤维由于呈短细丝的形态，在拌合过程中很容易抱团（即钢纤维相互裹在一起呈球状），且一旦抱团就无法将其搅开，为避免抱团现象的出现，并将各种原材料充分拌合均匀，RPC拌合分为三个阶段。

第一阶段为钢纤维和粗砂的预搅拌，钢纤维在钢纤维存放料仓内通过振动台均匀地下料至水平输送带上，加料至预先设定的重量后，振动台自动停止下料，同时开始加粗砂，粗砂加至设计重量后停止下料输送带将钢纤维和粗砂输送至预搅拌筒内，在预搅拌筒匀速搅拌60s，至钢纤维和粗砂被充分搅拌均匀，钢纤维和粗砂混合干料被输送至混料斗内；预搅拌可使钢纤维均匀的分散在粗砂内，有效地避免钢纤维直接进入搅拌主机内，与搅拌主机残留的上一盘混凝土接触而抱团；

第二阶段为干拌，在搅拌主机内分别添加钢纤维和粗砂混合料、剩余砂子、水泥、硅灰后启动搅拌机开始进行干拌，干拌应匀速进行，并不少于5min，至混合料充分搅拌均匀后转入湿拌；

第三阶段为湿拌，湿拌和干拌的过程其实是连续的，混合料拌合均匀后，开始打开水阀，在拌合的过程中均匀的将水和减水剂的混合液通过喷淋装置加进混合料中，加水过程等量匀速，以便混合料搅拌充分并均匀，搅拌时间为5min。所有搅拌速率及搅拌时间均由电脑控制。

由于RPC混凝土的初凝时间很短，材料在30min内必须入模灌注完成，否则水份挥发，材料凝固，将无法成型，所以在施工时应配备相应的施工人员和设备，确保在规定时间内完成已拌合材料的施工，且拌合过程应连续进行，即拌合完一盘料将材料转至中转料仓后，搅拌主机内应马上投入下一盘料进行搅拌。避免材料在搅拌主机内凝固造成粘锅，搅拌主机停止拌合后应立即安排专人进行清洗，将附着于搅拌叶片及搅拌筒内壁的混凝土彻底清除，因为材料一旦上了强度将很难凿除。

4 混凝土振捣

在RPC盖板的生产过程中，主要的质量问题是盖板平整度超标、侧面气泡，底板边缘钢纤维外露，掉角及厚度不均匀这几个问题。经过工艺性试验，主要通过混凝土振动这一个环节进行工艺改进，消除上述质量问题。

混凝土搅拌完成后，从搅拌主机内放出下料至分料仓，分料仓为两个，各设一个出料口，出料口采用电子开关控制液压阀门。出料口下放置塑料模具进行接料，为准确控制每块成品板的结构尺寸，对入模的混凝土进行电子称重，同时也方便后续振捣人员的施工。混凝土从出料口下至模板内，混凝土成团状，完成称重后安排专人将混凝土摊平，有利于钢纤维的均匀分布，否则成型的盖板在四角位置容易缺钢纤维而造成掉角现象。混凝土摊平后通过输送带运送至振捣平台，作业人员将模具水平放置在振捣平台上，打开振捣开关，为保证振捣效果，减少人为因素对振捣质量的影响，振捣器安装电子计时器，对振捣时间进行量化控制。由于混凝土经过称量，每块板的厚度得到了有效控制，确保混凝土面都与模板面平齐，个别多余混凝土用小刮刀进行刮除，并对外露的钢纤维进行压边，消除了钢纤维外露，确保了盖板的外观质量。混凝土振动完成后，施工人员将盖板搬运至水平托架上，在每块盖板间加垫竹胶板进行隔离，防止由于模具刚度不够而引起的变形，从而确保了盖板的平整度。

5混凝土养护

活性粉末混凝土各项高性能得以顺利实现最后一个关键环节就是养护，为保证混凝土的性能采用蒸汽养护，并且养护过程必须采用电脑自动控温系统进行。

混凝土入模成型后首先在常温下静至6h，待混凝土终凝后将RPC构件带模转入蒸养房中，蒸养采用自动控温系统，确保升温过程匀速。养护过程分升温、恒温、降温三个阶段，升温速度不应大于12℃/h，降温速度不应大于15℃/h。恒温温度应控制在80±5℃，恒温养护时间不少于48h。拆除保温设施时，盖板表面温度与环境温度之差不能超过20℃。

养护48小时后即可进行脱模，脱模过程最好在室内进行，脱模后立即采用土工布对盖板进行覆盖，否则盖板表面水份迅速蒸发会导致盖板表面颜色泛白，影响盖板的美观。

采用蒸汽养护有利于混凝土强度上升的速度，缩短脱模的时间，加快模具的循环周期，从而节约模具的费用。

在模板拆除过程中应特别注意对盖板棱角的保护，虽然盖板经过蒸汽养护，混凝土强度已经达到设计要求，但是由于棱角尖锐还是得谨慎对待。

最后盖板脱模后应存放于木质托架上，并用纤维绳进行统一打包，堆放整齐并用土工布进行覆盖，洒水养护不少于7天。

6 结束语

RPC盖板在铁路施工中已经被多条高速铁路采用，但是RPC作为一种建筑新型材料在我国的研究还处于一个初级阶段，本文通过RPC配合比设计、盖板施工关键工序控制的探讨，希望对今后RPC的施工生产有所帮助，不足之处，望各位同仁提出宝贵意见。

参考文献

[1]《客运专线活性粉末混凝土（RPC）材料人行道挡板、盖板暂行技术条件》 科技基【2006】129号.2006.10

[2]《铁路工程建设通用参考图-铁路路基电缆槽》，2010.08

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