研究了水灰比、玄武岩纤维掺量、纤维长度及养护制度等对活性粉末混凝土(RPC)早期强度和干缩性能的影响。研究结果表明,90℃蒸汽养护2d时,RPC强度随着水灰比的增加逐渐降低,自然养护至28d时,RPC强度出现倒缩现象,当水灰比为0.17时,RPC28d强度为132.3MPa,干缩率为5.1×10-3。当纤维掺量为1.0%,长度为6mm时,RPC28d抗压强度为135.7MPa,干缩率为1.3×10-3;90℃蒸养2d的RPC试件,28d强度最高,干缩最小。

利用正交实验、Dinger-Funk连续分布理论等进行活性粉末混凝土(RPC)配合比设计,探究了不同配合比设计方法所制备的活性粉末混凝土的物理力学性能。研究结果表明,活性粉末混凝土的力学性能是物理堆积和化学反应的共同作用,单纯利用紧密堆积原理无法制备出高强度的活性粉末混凝土;对惰性材料含量较多的多组分材料应用Dinger-Funk连续分布理论,很难制备出力学性能优异的RPC材料;利用石英砂的紧密堆积+粉体材料的Dinger-Funk连续分布理论模型,再控制适当的砂胶比,可以配制出力学性能更优的活性粉末混凝土;影响RPC抗折强度和抗压强度的因素不同,RPC抗折强度和抗压强度不存在正相关的关系。

以河砂最紧密堆积空隙率为基础,提出了一种活性粉末混凝土(RPC)的配合比设计方法,并进行了试验验证和配合比优化。结果表明,河砂RPC的流动度随浆体富余系数的增大而增大,随水胶比的降低而减小;河砂RPC的抗压强度随浆体富余系数增大和水胶比的降低而增大;河砂RPC的抗折强度受浆体富余系数和水胶比的影响较小。胶凝材料的比例对河砂RPC各个性能的影响大小是:流动度>抗压强度>抗折强度。掺入玄武岩纤维后,河砂RPC的抗压、抗折和劈裂抗拉强度均不同程度增大,但随着水胶比的降低,纤维对RPC力学性能提升的效果减弱。试验制备出了满足GB/T 31387—2015《活性粉末混凝土》要求的RPC120和RPC140。

在实验室高温环境下对钢纤维活性粉末混凝土(RPC)进行了试验研究,通过设置不同的温度梯度和钢纤维掺入量对钢纤维RPC的拉压强度、抗拉强度和抗折强度等力学性能进行了分析。结果表明,钢纤维的掺入可有效提高混凝土的力学性能;当钢纤维体积掺入量一定时,随试验温度的提高,钢纤维RPC试件的抗压强度、抗折强度、抗拉强度均表现出先提高后下降的变化趋势;其中,钢纤维RPC抗折强度临界温度为200℃,抗拉强度的临界转变温度为120℃,表明钢纤维RPC试件的抗拉强度对高温环境更敏感,当温度升高时,试件的抗拉强度退化更为明显。

通过不同钢纤维掺量对不同锚固长度下的活性粉末混凝土进行黏结性能测试,得到钢纤维掺量和锚固长度的变化对黏结应力的影响结果,并对各种变量对其锚固应力的影响进行了分析。研究表明,随着钢纤维掺量的逐渐增加,黏结应力也逐渐增加,当钢纤维掺量为0.2%时,黏结强度增长趋势出现拐点,此时黏结强度和经济性均为最佳;随着锚固长度的增加,黏结强度逐渐降低;使用ABAQUS有限元模拟分析,得到混凝土内部受力状态与实际裂缝分布吻合。

通过复掺纤维的活性粉末混凝土(RPC)高温试验,研究了复掺纤维的活性粉末混凝土高温物理变化及力学性能变化规律。试验结果表明,随着温度增加,RPC表观颜色经历青灰色→微褐色→棕褐色→深褐色→灰褐色→灰白色的变化,表观裂缝数量由少量→较多→大量,此物理变化可为RPC结构火灾现场过火温度判断提供参考。随着温度的升高,复掺纤维的RPC抗压强度、抗拉强度、抗折强度均先增大后降低,其中,抗压强度、抗拉强度、抗折强度的临界温度分别为300℃、100℃、100℃。钢纤维、聚丙烯纤维的复合掺入有效提高了RPC高温后相对抗压强度、相对抗拉强度、相对抗折强度,钢纤维掺量为2%、聚丙烯纤维掺量为0.1%时,RPC有着较好的抗压、抗拉、抗折强度,同时RPC高温力学性能得到增强。

通过测试不同花岗岩粉取代率的RPC在标准养护制度下力学性能的变化规律及微观结构的变化,研究了不同花岗岩粉取代率对RPC力学性能及微观结构的影响。结果表明,在标准养护条件下,随着花岗岩粉取代率的增加,与未取代的对比组相比较,RPC的力学性能能够满足取代前的要求;花岗岩粉完全取代石英粉标准养护28d后,只掺花岗岩粉的RPC组与只掺石英粉的基准组RPC,水化产物的微观形貌均以长度约3μm的针棒状CS-H为主,两者的水化产物Ca/Si相差很小;标准养护RPC的孔结构以无害孔、少害孔为主。

对三种不同规格的RPC盖板分别用GB 26537—2011《钢纤维混凝土检查井盖》附录B和南方电网《电缆沟盖板标准技术标书》中规定的承载能力试验方法进行了测试并对比分析。结果表明:采用GB 26537—2011方法测得的盖板裂缝荷载和破坏荷载均高于电力行业方法所测结果,但国标方法测试时盖板内部钢筋不屈服,且在加载后期盖板的受力状态与实际不符,因此,建议采用电力行业方法作为活性粉末混凝土电缆沟盖板承载能力测试方法。

采用四点弯曲试验研究了不同腐蚀条件下钢纤维活性粉末混凝土的抗弯性能。结果显示,氯盐-冻融循环耦合作用对试件的抗弯强度腐蚀作用大于冻融循环单因素的腐蚀,氯盐-冻融耦合循环1500次后,试件的抗弯强度仅为标准养护的45.02%。由于活性粉末混凝土基体致密,腐蚀作用下,试件表面钢纤维锈蚀,但内部钢纤维仍能起到很好的限裂作用,基体开裂后仍能保持较好的持荷能力,抗弯试件的相对剩余强度都能达到80%以上。

选取玄武岩纤维和聚丙烯粗纤维制备活性粉末混凝土,研究了纤维种类和掺量对活性粉末混凝土流动性、抗压强度、劈拉强度、抗折强度的影响规律,并与钢纤维进行了对比分析。根据试验结果,给出了每种纤维的最佳掺量。