高锰酸钾-粉末活性炭联用工艺的试验研究

高锰酸钾-粉末活性炭联用工艺的试验研究（通用8篇）

篇1：高锰酸钾-粉末活性炭联用工艺的试验研究

高锰酸钾-粉末活性炭联用工艺的试验研究

摘要：通过对高锰酸钾-粉末活性炭联用组合工艺在黄河给水处理中的试验研究的.论述,表明该工艺对黄河污染源水的有机物去除效果明显.作 者：李凤娥 贾华 王春娥 LI Feng-e JIA Hua WANG Chun-e 作者单位：包头市申银水务有限公司,内蒙古,包头,014030期 刊：包钢科技 Journal：SCIENCE & TECHNOLOGY OF BAOTOU STEEL年，卷(期)：,36(2)分类号：X522关键词：高锰酸钾 粉末活性炭 联用组合工艺

篇2：高锰酸钾-粉末活性炭联用工艺的试验研究

摘要：活性粉末混凝土具有超高强度、高韧性、高耐久性及高温度适应性等特点,为一种新型的混凝土材料.通过科学的方法建立一套处于平面应力状态的活性粉末混凝土构件(如受弯构件的弯剪段)的安全设计,双向拉压应力状态下的强度准则是必需的.采用15个“8”字形试件,选取了5个不同拉压应力比工况,进行了强度试验,其试验结果表明:不同拉压应力比工况的试件,其破坏形态均为拉断型破坏;随着拉应力的`增大,活性粉末混凝土的抗压强度随之减小.依据试验结果,建立了活性粉末混凝土双向拉压应力状态下的实用强度准则,对于处于平面应力状态的活性粉末混凝土构件的安全设计具有较强的实用价值.作 者：闫光杰 阎贵平 YAN Guang-jie YAN Gui-ping 作者单位：闫光杰,YAN Guang-jie(北京交通管理干部学院公路系,北京,101601)

阎贵平,YAN Gui-ping(北京交通大学土木建筑工程学院,北京,100044)

篇3：高锰酸钾-粉末活性炭联用工艺的试验研究

近年来, 水源水嗅味物质超标的事件频繁发生, 给生活饮用水的水质安全造成隐患, 引起了水处理工作者的重视。然而, 水厂目前使用的常规饮用水处理工艺, 并不能有效去除水中嗅味物质, 在发生持续高含量和突发性嗅味物质污染时, 无法有效的进行处理。因此, 有必要针对季节性水中嗅味物质的去除方法进行相关的试验研究。

粉末活性炭是具有微孔结构和巨大的比表面积, 可有效吸附水中溶解度小、亲水性差、极性弱的有机物, 因而能获得较好的除嗅效果。投加粉末活性炭进行嗅味去除是饮用水处理中常用的手段之一。粉末活性炭由于使用方便, 可以根据饮用水嗅味的实际情况决定短期或应急措施处理藻类爆发期的嗅味问题。粉末活性炭直接投加到水中, 与有机污染物吸附后, 可经混凝沉淀和过滤分离出来。

高锰酸钾投加水体, 可以有效去除水中的微量有机污染物, 同时对嗅味也有一定的去除效果, 但投量过高会导致出水色度, 采用高锰酸钾预氧化与粉末活性炭联用技术, 可有效去除水中的嗅味物质。

本试验研究的原水采用某水库水作为原水, 在水厂常规处理工艺的基础上, 采用高锰酸钾和粉末活性炭技术联合应用, 结果表明, 高锰酸钾与粉末活性炭联用技术的除嗅效果较好。

2 试验程序和方法

试验通过静态烧杯试验在中润ZR3-6榴莲搅拌机上完成, 试验程序模拟水厂实际工艺, 试验程序如下:

A.投加碱铝;以450r/min的转速搅拌40s;

B.以130r/min的转速搅拌6min;

C.以80r/min的转速搅拌6min;

D.以40r/min的转速搅拌7 min;

E.静置20 min, 检测沉后水。

试验中的浊度, 采用哈希便携式浊度仪测量;嗅味采用嗅阈值的方法测定, 即水样的稀释倍数。试验中维持测定温度为 (60±1) ℃。

3 结果与讨论

3.1 混凝剂的最佳投加量

试验采用的混凝剂为液态碱式聚合氯化铝 (AL2O3有效含量10%) , 水库原水的浊度为1.84NTU, 经过静态试验, 沉后水浊度最低可达到0.35NTU。试验结果见表1。

根据试验结果, 混凝剂的最佳投加量采用2.0 mg/L。

3.2 单独投加粉末活性炭控制嗅味试验

根据以往的经验, 改变粉末活性炭的投加量, 分别投加粉末活性炭为20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L和50mg/L。试验中原水的嗅阈值为40, 原水的浊度为1.84NTU。试验结果见表2。

试验结果表明, 单独投加粉末活性炭可以控制水库水的嗅味, 但是投量一般较大, 需要40-50mg/L, 具体视嗅味物质的浓度而定。

3.3 高锰酸钾和粉末活性炭联用控制嗅味试验

试验中考虑高锰酸钾投量过大会影响出水色度, 投加量不宜过大;此外高锰酸钾投量过大, 会将无嗅物质氧化为致嗅物, 或将大分子的致嗅物氧化成多个小分子的致嗅物质, 对去除嗅味不利。因此, 试验只考虑高锰酸钾投量为1.0mg/L。依次改变粉末活性炭的投量20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L和50mg/L。试验结果见表3。

根据以上高锰酸钾和粉末活性炭联用控制嗅味试验结果, 可以看出, 对于水库水, 采用高锰酸钾和粉末活性炭联用, 对于嗅味的控制效果最佳。当高锰酸钾投量为1.0mg/L, 粉末活性炭的投量40 mg/L时, 嗅阈值可以降至7。

注:沉后水无色度。

4 结语

4.1 对于水库水的嗅味问题, 单独投加粉末活性炭可以控制嗅味, 但是投量一般较大, 需要40~50mg/L, 具体视嗅味物质的浓度而定。

篇4：高锰酸钾-粉末活性炭联用工艺的试验研究

【关键词】粉末活性炭 饮用水 吸附

【中图分类号】 TQ424.1【文献标识码】 A【文章编号】1672-5158（2013）07-0044-01

1 粉末活性炭简介

活性炭可由含碳物质（如木材、锯末、椰壳、果壳、煤以及焦炭等）经炭化和活化后制成，经高温炭化和活化后的活性炭具有稳定的化学性能，能耐强酸或强碱，能经受住水浸、高温、高压的作用，且不易破碎[1]。根据其外观形状、制造方法及用途等不同，有多种分类方法。从外观形状上，活性炭可分为粉末活性炭、颗粒活性炭、破碎状炭等。作为多孔性吸附剂的活性炭基本上是非结晶性物质，它由微细的石墨状微晶和碳氢化合物部分构成。其固体部分之间的间隙形成孔隙，给予活性炭所特有的吸附性能。

活性炭具有多种机能的最主要原因在于其多孔性结构。活性炭中具有各种孔隙，不同的孔径能够发挥出与其相应的功能。微孔（孔隙直径<2nm）比表面积很大，呈现出很强的吸附作用；中孔（直径2-50nm）可以起到通道和吸附的作用；大孔（直径>50nm）主要是溶质到达活性炭内部的通道，还可以通过微生物在其中的繁殖，使无机的碳材料发挥生物质功能。

2 粉末活性炭在饮用水处理中的应用

自1929年美国芝加哥市一水厂用粉末活性炭去除嗅味开始，粉末活性炭用于给水处理已有80多年的历史，是水处理中最常用的吸附剂。其对水中的色、嗅、味去除效果明显，对农药、酚类和卤代烃等消毒副产物及其前体物均有较强的吸附能力，特别适合受突发性水污染影响及原水水质季节性变化较大的水厂 [2]。美国环保署有关饮用水标准的有机污染物指标中，有51项将活性炭应用列为最有效处理技术[3]。

粉末活性炭吸附水中溶质分子是一个十分复杂的过程，是由分子间力、化学键力和静电引力所形成的物理吸附、化学吸附和离子交换吸附综合作用的结果。活性炭对污染物质的吸附过程主要是物理吸附，其受活性炭的物理结构影响很大，如微孔数量的发达程度等。物理吸附是一个放热过程，不需要活化能，可在低温下进行，可以形成单分子层或多分子层吸附，在吸附的同时被吸附的分子由于热运动还会离开活性炭表面，出现解吸现象；活性炭在制造过程中形成的官能团，使活性炭也具备了化学吸附的性能，此过程需要大量的活化能，需要在较高的温度下进行。化学吸附具有选择性，只能形成单分子层吸附，不易出现解吸现象；在吸附过程中，伴随着等量离子的交换，由静电引力引起的离子交换吸附主要由离子的电荷决定。

2.1 国外研究进展

随着水源污染的日益严重，粉末活性炭在水处理工艺上的应用范围不断扩大，国外对粉末活性炭的研究已经深入到了具体污染物的程度。投加粉末活性炭可以与强化混凝形成互补，提高工艺对腐殖酸、苯酚等的去除效果[4，5]，将DOC的最大去除率由单独使用混凝时的45%提高到76%，使UV254和CODMn的去除率分别达到99%和89%。Maria等还发现，先混凝后投加粉末活性炭进行吸附的效果比混凝剂与粉末活性炭同时投加的效果要好。天然有机物（NOM）、浊度和絮体大小对粉末活性炭去除痕量目标有机物有重要的影响，随着浊度和铝盐混凝剂投加量的增加，形成了大尺寸的絮体，将粉末活性炭包裹，导致MIB的去除效果下降，而天然有机物的特性对粉末活性炭吸附效果的影响比絮体结构的影响更大，主要是因为对活性炭吸附点位的竞争和孔隙堵塞[6-8]，粉末活性炭中大孔和中孔比例的提高有助于解决孔隙堵塞的问题。

2.2 国内研究进展

我国自20世纪60年代末期开始活性炭吸附技术的研究，已取得大量的研究成果，并在实际应用中取得了成功。傅金祥等研究了粉末活性炭应急处理水源水苯酚污染的可能性，结果显示粉末活性炭对苯酚的吸附性能符合Freundlich吸附等温线，在苯酚的平衡质量浓度为0.002mg/L时，粉末活性炭对其吸附容量为1.46mg/g，粉末活性炭吸附20min即达到吸附容量的90%以上[9]。蒋晓风等以乐果、邻苯二甲酸二乙酯、苯和甲醛为目标有机物，研究了粉末活性炭对目标污染水源水的处理效果，结果发现粉末活性炭对前三种污染物的去除效果较好，而对于甲醛类极性小分子即使增加粉末活性炭的投量也不能达到理想的去除效果[10]。粉末活性炭对硝基氯苯和2，4二硝基氯苯的吸附符合假二级反应动力学，在5-25℃的范围内吸附能力随着温度的降低而增强[11]。陈蓓蓓等利用中试装置研究了阿特拉津突发污染的处理措施，结果发现投加粉末活性炭可有效去除阿特拉津，当粉末活性炭投量为50mg/L时，可使初始浓度为0.2mg/L的阿特拉津降到0.002mg/L的标准以下；高锰酸钾与粉末活性炭联用比单独使用粉末活性炭的效果略有改善但不显著，预氯化会降低粉末活性炭对阿特拉津的去除率[12]。2005年的松花江硝基苯污染事件中，粉末活性炭为保障供水安全发挥了重要的作用。赵志伟等针对受硝基苯污染的松花江水，研究了5种不同的粉末活性炭去除硝基苯的性能，发现比表面积最大、碘值和亚甲基蓝值最大、同时水分和灰分含量较低的炭种对硝基苯的去除效果最好[13]；张振宇等进行了粉末活性炭去除硝基苯的生产性试验研究，结果发现当硝基苯超标50倍以上时，投加80mg/L粉末活性炭，吸附时间不低于2h，可将出水硝基苯含量控制在国家标准以下，并具有很高的稳定性[14]。

3 结束语

粉末活性炭具有设备投资小，价格便宜，吸附速度快，对突发性水质污染适应能力强的特点。应用粉末活性炭吸附技术应对突发性有机物水污染事件，保障城市饮用水安全，有着广阔的前景。在使用时处理好炭种选择、投加点、投加方式等问题，对于不同的水质，最佳粉末活性炭处理工艺的确定，主要应通过试验模拟手段或根据已有相似水质水量的现有工艺的经验获得。

参考文献

[1] 马军，李圭白.高锰酸钾的氧化助凝效能研究[J].中国给水排水， 1992，8（4）：4-7

[2] 金伟， 李怀正， 范瑾初. 粉末活性炭吸附技术在水厂中应用的关键问题[J].给水排水， 2001， 27（10）：11

篇5：高锰酸钾-粉末活性炭联用工艺的试验研究

关键词：自来水,高锰酸钾,粉末活性炭,应急处理

高锰酸钾对受污染水体微量有机污染物有明显去除效率[1,2],在中性和碱性条件下能分解成二氧化锰并放出活性氧。高锰酸钾与溶解性有机物发生的反应具有广谱性,能够控制或减弱很多液氯无法消除的异臭异味。粉状活性炭吸附速度极快,同时还具有絮凝效应与助滤效应。因此,可以利用高锰酸钾的氧化性和粉末活性炭优良的吸附性,两者协同降低水中溶解性有机物含量。使用少量的高锰酸钾预氧化反应可部分去除有机物并使部分大分子有机物转变为较小分子有机物[3]。高锰酸钾还原产物二氧化锰自身也可以吸附有机物,新生凝核又通过助凝作用除去有机物,故而能够较为有效地降低待处理水的有机物含量。另外,加入高锰酸钾,可以使吸附到悬浮颗粒物或胶体表面的有机物膜被氧化[4],悬浮颗粒物或胶体的表面性质发生有利于脱稳凝聚的变化[5]。高锰酸钾与粉末活性炭联用具有互补性,高锰酸钾预氧化可以改善粉末活性炭的吸附特性,使出水更加安全可靠。同时,粉末活性炭还能够还原水中未反应的高锰酸钾,避免造成水中残余的锰浓度过高[6]。两者联用时对轻度至中度富营养化水体中有机物的去除效率高于其各自单独使用的效率。

1 实验方法

1.1 水样品采集

水样来自从太湖取水后输送到苏州工业园区清源华衍水务有限公司水厂的未经处理的水源水。

1.2 试验用试剂及设备

高锰酸钾溶液(1 g/L),实验室制备;粉末活性炭溶液(1 g/L),采用湿法投加;硫酸铝溶液(1 g/L),采用液体硫酸铝,其中Al2O3的质量分数为7.8%~8.0%;ZR4-6混凝试验搅拌机。

1.3 实验设计

取若干份1 000 mL原水于混凝试验搅拌机上,通过改变高锰酸钾、粉末活性炭和硫酸铝的药剂投加量和工艺条件,确定影响水处理效果的因素,得出最佳处理方案。

高锰酸钾投加后以200 r/min搅拌15 min;粉末活性炭投加后以200 r/min搅拌15 min;混凝剂投加后以200 r/min搅拌2 min,再以20 r/min的速度搅拌30 min,静沉30 min。

1.4 测试指标与测试仪器

1.4.1 测试指标

氨氮、pH值、浊度、CODMn。

1.4.2 主要测试仪器

浊度仪(HACH 2 100 n)、pH仪(pHSJ-3F)、紫外可见分光光度计(EV300)。

2 结果与讨论

2.1 高锰酸钾与硫酸铝联用处理小样实验

由于高锰酸钾能够氧化分解部分有机物,所以设计实验先以高锰酸钾预处理原水再投加硫酸铝作絮凝沉淀处理。向5只烧杯中加入0.20~1.0 mg/L高锰酸钾,以200 r/min速度搅拌15 min,然后加入70 mg/L的足量硫酸铝,以200 r/min搅拌2 min,再以20 r/min的速度搅拌30 min,静沉30 min,其对浊度、CODMn的影响见图1。从图1可以看出随着高锰酸钾投加量的增加,浊度少许增加,这可能是由于未完全反应的高锰酸钾对浊度的影响造成的;CODMn在高锰酸钾投加量增加到1 mg/L时最低,但降幅不明显,最高去除率为15.7%。高锰酸钾与硫酸铝联用时,其投加量对氨氮浓度的影响见图2。从图2可以看出,随着高锰酸钾投加量从0.20 mg/L增加到1.0 mg/L时氨氮去除率都很低,这可能是由于高锰酸钾的氧化作用使有机氮化合物部分转化为无机氮造成的。

2.2 木质炭投加量在高锰酸钾、活性炭与硫酸铝联用处理工艺中的影响

粉末活性炭具有优良的吸附性,高锰酸钾预氧化可以改善其吸附特性,同时粉末活性炭还能够还原水中未反应的高锰酸钾。所以投加高锰酸钾一段时间后,可以再向水体中投加一定量的活性炭(木质炭)以改善工艺。活性炭投加后以200 r/min的速度搅拌15 min,然后投加混凝剂。高锰酸钾与硫酸铝投加量分别为1 mg/L和70 mg/L。其投加量在高锰酸钾、活性炭与硫酸铝联用处理工艺中对浊度、CODMn的影响见图3。从图3中可以看出高锰酸钾、活性炭与硫酸铝联用水处理效果较好,浊度与CODMn降低明显。但随着活性炭投加量的增加,浊度有少量增加的趋势,这可能是由于混凝沉淀后水体中仍残余的活性炭影响造成的,残余活性炭可以通过后续的过滤步骤去除。随着活性炭的投加量的增加,CODMn总体呈现下降的趋势,在活性炭投加量达到60 mg/L时CODMn最低,去除率为36.5%,考虑到成本因素,投加10~20 mg/L活性炭较经济。实验中还发现随着活性炭的投加量增加氨氮去除率较低,且变化不明显,这和活性炭与硫酸铝对小分子无机盐吸附与絮凝沉淀效果不好有关。

2.3 硫酸铝投加量在高锰酸钾、活性炭与硫酸铝联用处理工艺中的影响

根据以上实验数据,在高锰酸钾、活性炭与硫酸铝联用处理工艺中,高锰酸钾投加量为1 mg/L,活性炭投加量为50 mg/L。其投加量在高锰酸钾、活性炭与硫酸铝联用处理工艺中对浊度、CODMn的影响见图4。从图4中可以看出硫酸铝投加量为20~70 mg/L时,浊度呈明显下降趋势,最低为0.86NTU;CODMn基本也呈下降趋势,最高去除率为35%。

2.4 高锰酸钾、活性炭与硫酸铝联用处理工艺优势比较

高锰酸钾、活性炭与硫酸铝联用的3种处理效果比较见表1。从表1中可以看出在高锰酸钾、活性炭与硫酸铝投加量分别为1 mg/L、50 mg/L与70mg/L时,高锰酸钾、活性炭与硫酸铝联用处理工艺具有最好的处理效果,浊度去除率为89.1%,CODMn去除率为51.6%。而单独投加硫酸铝70 mg/L,CODMn去除率仅为25.6%。工艺相对于单独投加硫酸铝比较硫酸铝与粉末活性炭联用具有更好的处理效果。首先向水体中投加高锰酸钾,可以氧化去除部分有机物并使大分子有机物转变为较小分子有机物;再向水体中投加活性炭可以发挥活性炭对较小分子量有机物的优良吸附性能,并还原未反应的高锰酸钾,避免造成水中残余的锰浓度过高。同时,新生的还原产物二氧化锰自身也可以吸附有机物;最后向水体中投加硫酸铝可以使水中的活性炭与部分剩余有机物一并混凝沉淀下来,使浊度与CODMn同时得到大幅度降低。

2.5 不同种类活性炭与搅拌时间在联用处理工艺中的效果比较

椰壳炭、煤质炭、木质炭3种活性炭的处理效果比较见表2。从表2中可以看出,当高锰酸钾投加量为1 mg/L,硫酸铝投加量分别为50 mg/L和70 mg/L时,木质炭对浊度和CODMn都有较好的去除率。椰壳炭易于悬浮,在后续的混凝步骤中不易去除,对浊度和CODMn都有较大影响。煤质炭对浊度和CODMn也有较好的去除效果,但煤质炭比重较大,不易于搅拌悬浮,需要较大的动力才能使其与水体混匀。

加入活性炭后搅拌时间对水处理效果的影响见图5。从图5中可以看出,在高锰酸钾、活性炭与硫酸铝联用处理工艺中,加入活性炭在搅拌5~15min后延长搅拌时间不会提高出水水质。

3 结论

由以上实验得出如下结论。

(1)与聚合氯化铝相比,硫酸铝混凝剂效果相对较佳。但单独使用硫酸铝作为净水剂时,效果有限。

(2)在净水工艺中增加高锰酸钾投加量,会降低氨氮去除率,未参与反应的残余高锰酸钾会使浊度升高。

(3)高锰酸钾、活性炭与硫酸铝联用处理工艺相对于单独投加硫酸铝,以及硫酸铝和粉末活性炭联用具有更好的处理效果。小样实验表明投加高锰酸钾后,先投加活性炭再投加硫酸铝对浊度和CODMn都有很好的去除率。

(4)在椰壳炭、煤质炭、木质炭3种活性炭中,木质炭对浊度和CODMn都有较好的去除率。加入木质炭在搅拌5~15 min后可取得较好的去除效果,进一步延长搅拌时间效果提升不明显。

参考文献

[1]张锦,李圭白.高锰酸钾除微污染效能GC-MS分析[J].中国给水排水,1999,15(5):13-15.

[2]马军,梁咏梅,余敏,等.高锰酸钾预氧化工艺水中总锰浓度变化规律与控制方法[J].给水排水,2004,30(1):11-14.

[3]刘歆瑜,李玉美,杨卫兵.高锰酸钾-粉末活性炭工艺处理城市污水的实验研究[J].内蒙古环境科学,2008,20(1):51-54.

[4]任芝军,马军,曹晓春.高锰酸盐预氧化与活性炭-砂滤池联用处理富营养化水体中试研究[J].工业水处理,2006,26(7):23-29.

[5]马军,陈忠林,李圭白,等.高锰酸盐合药剂助凝处理高稳定性地表水[J].中国给水排水,1999,15(9):1-3.

[6]张小璇,叶李艺,沙勇,等.活性炭吸附法处理染料废水[J].厦门大学学报,2005,44(4):542-545.

篇6：高锰酸钾-粉末活性炭联用工艺的试验研究

【摘要】双K断裂模型和双G断裂模型是以起裂断裂韧度和失稳断裂韧度来反映混凝土裂缝扩展过程，而这两种断裂模型分别运用了应力强度因子法和能量法来判定裂缝的稳定性。在混凝土断裂力学的研究中，往往需要通过断裂韧度来分析混凝土的断裂力学性能。本文基于这两种断裂模型综述了活性粉末混凝土的断裂力学性能研究现状，并对目前活性粉末混凝土断裂力学性能研究存在的问题作出了阐述和讨论。

【关键词】断裂力学；双K断裂模型；双G断裂模型；活性粉末混凝土

【中图分类号】TU528

【Abstract】According to the initial fracture toughness and the unstable fracture toughness， Double-K fracture model and Double-G fracture model could describe the crack growth process of concrete：One using stress intensity factor， and the other being energy based.It is necessary to analyze the fracture mechanical property of concrete based on the fracture toughness in the study of concretefracture mechanics.In this paper，the research status of fracture mechanics properties of reactive powder concrete was summarized，the problems were also elaborated and discussed.

【Key words】Fracture mechanics；Double-K fracture Model；Double-G fracture Model；Reactive Powder Concrete

1. 引言

（1）斷裂力学是固体力学的一个新的、重要的分支，它是研究材料和工程结构中裂纹扩展规律的一门学科。自20世纪初开始发展至今天，断裂力学在生产中被广泛应用，而且已经扩展到许多技术领域。

（2）混凝土断裂力学的研究在我国始于20世纪70年代末[1]。当时，湖南拓溪混凝土大坝发生了严重断裂事故，为了分析成因，评估稳定性及修复大坝，国内才开始了混凝土断裂力学的研究。在这近50年的研究中，成果颇多。例如：大连理工大学徐世烺教授提出了更为简捷实用的双K断裂准则。双K断裂准则可用于描述半脆性材料结构裂缝起裂、稳定扩展和失稳破坏的全过程，现今已被广泛应用于实际工程中[2]。

（3）目前，各种高性能混凝土、绿色混凝土、大掺量混凝土以及特种混凝土在我国实际工程中得到广泛的应用。而这些混凝土的断裂问题研究还很缺乏，国内已有不少学者开始了这方面的研究[3～6]。本文综述了活性粉末混凝土的断裂力学性能，利用双K和双G断裂准则判断了活性粉末混凝土带裂缝工作的稳定性。

2. 双K断裂模型

2.1混凝土断裂韧度KIc是混凝土断裂力学中一个重要的断裂参数指标，表征材料抵抗裂缝扩展的能力。单一的断裂韧度KIc可以满足一般结构的设计和使用要求，但对于一些有特殊要求的结构而言，预测裂缝起裂更为重要[7]。如混凝土压力管道和混凝土大坝。近年来徐世烺提出了双K断裂模型。在此模型中，对Ⅰ型裂缝用起裂断裂韧度Kini Ic和失稳断裂韧度Kun Ic分别表示裂缝起裂和失稳的临界状态。简单来说就是把混凝土的裂缝扩展过程分为三个阶段：起裂阶段、稳定扩展阶段、失稳扩展阶段。用起裂断裂韧度Kini Ic、失稳断裂韧度Kun Ic判断混凝土结构的起裂、稳定扩展、失稳扩展全过程。即：

K< Kini Ic，裂缝不起裂；

K= Kini Ic，裂缝开始稳定扩展；

Kini Ic< K< Kun Ic，裂缝处于稳定扩展阶段；

K= Kun Ic，裂缝开始失稳扩展；

K> Kun Ic，裂缝处于失稳扩展阶段。

2.2实际工程中，K=Kini Ic一般作为重要结构裂缝扩展的判断准则；Kini Ic< K< Kun Ic一般作为重要结构裂缝失稳扩展前的安全警报；K= Kun Ic作为一般结构裂缝扩展的判断准则。

2.3根据线性渐进叠加假设，可直接利用线弹性断裂力学（LEFM）公式计算混凝土的双K断裂韧度参数。

2.4在标准三点弯曲梁实验（三点弯曲梁的跨高比等于4）中，荷载P和裂缝口张开位移CMOD之间存在着如下关系[8]：

CMOD= 6Psa th2E V1（a）（1）

其中，P为荷载；s为梁跨；t为梁厚；h为梁高；a为裂缝长度；E为弹性模量；α=a+H0/h+H0；H0为刀口厚度；V1（α）的表达式为：

V1（a）=0.76-2.28a+3.87a2-2.04a3+0.66/（1-a）2

2.5根据实验所得数据P-CMOD曲线，可得知临界裂缝口张开位移COMDc和最大荷载Pun的值，将COMDc和Pun代入公式（1）可计算得到临界有效裂缝长度ac的值。

2.6将（Pini，a0） 和（Pun，ac）分别代入线弹性断裂力学相对应的公式可直接计算出起裂断裂韧度Kini Ic和失稳断裂韧度Kun Ic。

以标准三点弯梁为例，可按式（2）计算：

K= 3PS 2th2 akβ（λ） （2）

其中，s为梁跨；t为梁厚；h为梁高；λ=a/h；β=4

其中：kβ（λ）= λ 3 （1-λ ）2 [P2（λ） +4P1（λ） β-4P2（λ） β]

P1（λ）=1.9+0.41λ +0.51λ2-0.17λ3

P2（λ）=1.99+0.83λ-0.31λ2-0.14λ3

所以： kβ（λ）=1.9+0.41λ +0.51λ2-0.17λ3（1-λ）3/2（1+3λ）

3. 双G断裂模型

3.1混凝土的断裂能是混凝土断裂过程区内裂缝扩展到破坏平均消耗的外力功。赵艳红提出的双G断裂模型是从能量的角度引入了两个能量型的断裂韧度参数：起裂断裂韧度Gini Ic和失稳断裂韧度Gun Ic，并建立了断裂准则。即：

G < Gini Ic裂缝不起裂；

G = Gini Ic，裂缝开始稳定扩展；

Gini Ic< G < Gun Ic，裂缝处于稳定扩展阶段；

G = Gun Ic，裂缝开始失稳扩展；

G > Gun Ic，裂缝处于失稳扩展阶段。

3.2这就是与以应力强度因子为参数的双K断裂模型相对应的能量型混凝土双G断裂模型。在实际工程中，G=Gini Ic可作为重要结构裂缝扩展的判断准则；Gini Ic

3.3对于线弹性材料，能量释放率恒为[9]：

G= P22t dcda = P22th dcda （3）

3.4在标准三点弯曲梁实验中，dc/dα可以根据挠度公式求得。与双K断裂模型类似，将（Pini，a0）和（Pun，ac）代入公式（3）中可直接求得起裂断裂韧度Gini Ic和失稳断裂韧度Gun Ic。

3.5无论是应力强度因子法还是能量法在判定混凝土断裂稳定性方面具有一致等效性，所以双G断裂模型是双K断裂模型的补充与完善。

4. 活性粉末混凝土的断裂力学性能

4.1活性粉末混凝土（RPC），是20世纪90年代开发出的一种新型建筑材料。它是根据最大密实性原理，剔除混凝土中的粗骨料，用最大粒徑为630μm的细砂为骨料，由水泥、磨细石英粉、硅灰和高效减水剂并辅以适当的养护制度而制成的[10]。RPC的基本设计思想是：通过提高材料组分的细度和反应活性，减少材料内部的缺陷（空隙与裂缝），使混凝土获得高强度与高耐久性。这种材料问世不到10年，便引起了学术界的广泛关注，并相继开展了一系列关于RPC基本力学性能的试验研究，但是对其断裂性能的研究还是处于起步阶段。目前对这种材料断裂过程中的各种断裂参数做定量的分析极少，更缺乏对该材料的断裂特性进行深入的研究并做出定性分析[11]。

4.2RPC的平均颗粒尺寸在0.1～1.0mm之间，其目的是减少混凝土中的孔间距，使混凝土更加密实，故RPC的断裂性能优于普通混凝土。研究表明：RPC材料（掺聚丙烯纤维的RPC、掺钢纤维的RPC、混杂纤维RPC）裂缝口张开位移COMDc和裂纹尖端张口位移CTODc和起裂韧度Kini Ic明显高于普通混凝土，这是由于纤维具有阻裂作用。

4.3对于掺入聚丙烯纤维的RPC断裂力学性能的研究结论有：（1）通过掺入聚丙烯纤维对RPC的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度的提高影响不大，且还有略微下降的可能[9～10]。（2）RPC的Kini Ic/Kun Ic基本保持在50% ～70%，这比普通混凝土的35% ～50%要高的多[10]。说明RPC的起裂韧度Kini Ic比素混凝土高很多，表现出了一定的延性。（3）掺入聚丙烯纤维可以达到提高断裂能和延性指数的效果。当聚丙烯纤维掺入量为0.15%时RPC的断裂能和延性指数相比素RPC分别提高了约15%和19%。而当聚丙烯纤维的掺量继续提高时，RPC的断裂能和延性指数又开始下降[10]。所以0.15%的聚丙烯纤维掺量对RPC的增强增韧效果是最佳的。但是，临界裂缝口张开位移CMODc和临界裂缝尖端张口位移CTODc在该掺量下增大效果不明显，起裂荷载和极限荷载的提高也是非常有限的。所以，掺入聚丙烯纤维对RPC的增强增韧虽有一些作用，但不大。（4）对于RPC来说，随着聚丙烯纤维掺入量的增加，RPC材料的极限荷载反而有所下降。可能是由于由于聚丙烯纤维比较细小、数目多、分布广杂，在搅拌过程中如果没有很好的被砂浆所包裹，就可能产生结构的缺陷，从而导致结构强度下降[10]。综合以上结论，RPC中聚丙烯纤维的最优掺量仍然有待进一步的研究；掺入聚丙烯纤维对于RPC来说，不能起到既增韧又增强的效果，并且增韧的效果不是很明显，所以可根据需要考虑用其他纤维来进行加强[11]。

4.4对于掺入钢纤维的RPC断裂力学性能的研究结论有：（1）掺入钢纤维可以明显提高RPC的断裂能和延性指数[9]。（2）RPC的起裂荷载、极限荷载都有明显的提高，且随着钢纤维掺入量的增加而增加。当钢纤维掺量达到1%时，增强效果最明显[9]。（3）RPC的Kini Ic/Kun Ic随钢纤维掺量的增加而增加。当钢纤维掺量低于1%时，RPC的Kini Ic/Kun Ic保持在35%～52%，而当钢纤维掺入量继续提高时，RPC的Kini Ic/Kun Ic将保持在一个很高的水平。所以，随着钢纤维掺入量的提高，RPC延性越来越好。（4）RPC断裂过程中特征长度lch在掺量为1%时最大，而延性指数Du在掺量为0.5%时最大[11]。（5）钢纤维掺入量在1%时，起裂断裂韧度和失稳断裂韧度增强效果最显著，起裂断裂韧度比普通RPC提高了248%，失稳断裂韧度比普通RPC提高了330%，临界裂缝口张开位移CMODc提高了469%，临界裂缝尖端张口位移CTODc提高了779%[9]。（6）当钢纤维掺量达到2%后，继续增加钢纤维的掺量对RPC的增强增韧效果都不是很显著[9]。综合以上结论，当钢纤维掺入量为0.5%～1%时，RPC的增强增韧效果最佳。钢纤维的最佳掺量为0.5%～1%。

4.5对于掺入混杂纤维（钢纤维+聚丙烯纤维）RPC断裂力学性能研究结论有：（1）特征长度lch随着钢纤维掺量的增大而增大，而延性指数Du却体现了相反的趋势，它随钢纤维掺量的增大而减小。但是在掺量大到一定程度后，特征长度的增大幅度和延性指数的减小的幅度都很小了，而两个指标都是值越大，材料的性能越好。在聚丙烯纤维体积掺量为0.1%，钢纤维体积掺量为1.0%时，特征长度和延性指数都比较大[11]。（2）起裂断裂韧度Kini Ic随纤维掺量的增大而增大。当钢纤维掺量达到1%，聚丙烯纤维掺量达到0.1%后，增大幅度就很小了。

（3）起裂断裂韧度Kini Ic随纤维掺量的增大先增大后又减小。当钢纤维掺量为1%，聚丙烯纤维掺量为0.1%时，Kun Ic为最大，约是普通RPC的3倍。综合以上结论，聚丙烯纤维体积掺量为0.1%钢纤維体积掺量为1.0%时，纤维RPC特征长度和延性指数较大，此时起裂断裂韧度Kini Ic和起裂断裂韧度Kini Ic也有不小提高，其性能是最好的，故认为这种混合掺量是较优的[11]。

4.6虽然目前在国内活性粉末混凝土的断裂性能研究还处于起步阶段，但是掺钢纤维RPC的研究却日渐完善。可是RPC的造价本身就很高，掺入钢纤维更是提高了RPC的成本。如果在钢纤维的基础上又掺入聚丙烯纤维，则又进一步提高了RPC的成本。所以为了既可以提高RPC的断裂力学性能又能降低成本，可否加入一种其他较为经济实用的纤维有待研究。或者也可以从RPC基体角度考虑来降低成本，因为RPC的制备过程中需要使用大量的硅灰，可以考虑使用其他较为经济实用的掺合料，来降低RPC的成本。做到在提升RPC断裂力学性能的同时使RPC更加经济，从而提高其适用性。

5. 结论与展望

随着科学技术的迅速发展，越来越多的高性能混凝土、新型混凝土、绿色混凝土陆续登上建筑工程的大舞台。但不管怎样，混凝土一直是准脆性材料。对于这种准脆性材料，建立合理的断裂模型来判断其稳定性是至关重要的。目前为止，还没有发现任何一个断裂参数指标可以不随着试件尺寸的变化而变化的。如果有一天我们可以建立一个更为合理的断裂模型来检验混凝土的稳定性，混凝土断裂力学将实现又一次的飞跃且将被更为广泛的运用。再者，对于目前越来越多品种的混凝土，研究每一种混凝土的断裂力学性能也是非常重要的。只有得知了每一种混凝土的断裂力学性能，我们才能在实际工程中更加合理的利用混凝土材料，更加完善设计规范。

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[10]姚志雄，周瑞忠，石成恩. 活性粉末混凝土断裂力学性能[J]. 福州大学学报（自然科学版），2005，02：196～200.

篇7：活性粉末混凝土制备试验研究

关键词：活性粉末混凝土,流动度,强度,养护方式

0前言

1993年法国Bouygues实验室率先研制出活性粉末混凝土 (Reactive powder concrete, 以下简称RPC) [1], 因其具有超高的力学性能和耐久性能, 世界范围内掀起了一股研究RPC的热潮。1997年, 加拿大Sherbrooke建成了第一座以RPC为材料的人行桥[2], 标志着RPC从理论研究走向了实际应用。

1998年, RPC由清华大学覃维祖教授引入我国, 随后湖南大学、中南大学、北京交通大学、哈尔滨工业大学等国内高校对其迅速展开了研究。何峰、黄政宇等人[3]研究了原材料品种、性质及配合比对RPC强度的影响, 掺入钢纤维后在200℃高温干热养护条件下配制出了掺钢纤维抗压强度高达298.6MPa的RPC;闫光杰、安明喆等人[4]通过计算最小空隙率得到了理想级配的石英砂, 并研究了不同温度热水养护对RPC强度的影响, 得出90℃热水养护最为适宜的结论;江桂华、林东等人[5]对比分析了80℃热水养护和80℃蒸汽养护两种养护方式以及养护时间对RPC强度的影响, 结果表明养护4d时强度在80℃蒸汽养护下比80℃热水养护下提高约15MPa。本文采用本地材料研究了水胶比、硅灰、石英粉、石英砂、钢纤维掺量以及粉煤灰取代量等对RPC流动性和抗压强度的影响, 然后详细研究了在最佳湿养温度90℃时, 热水养护与蒸汽养护两种养护方式对RPC强度的影响规律。

1 试验

1.1 原材料与配合比

水泥:P·O 42.5级普通硅酸盐水泥;硅灰:平均粒径0.03μm;粉煤灰:Ⅰ级粉煤灰, 所有胶凝材料主要化学成分如表1所示;石英砂:40~70目石英砂;石英粉:325目石英粉;减水剂:聚羧酸高效减水剂, 减水率为25%;钢纤维:长13mm, 直径0.2mm;拌合水:普通自来水。本文采用的配合比如表2所示。

1.2 试件制作与养护

将粉煤灰、硅灰、水泥、石英粉、石英砂依次倒入搅拌锅中, 搅拌均匀;将减水剂与80%的水混合均匀加入锅中, 搅拌均匀;将剩余20%水加入锅中, 搅拌均匀;若有钢纤维, 则加入锅中搅拌均匀;将拌合物浇注于40mm×40mm×160mm三联模中, 置于振动台上振动3min, 振动完毕后立即用塑料薄膜覆盖, 将试件带模移入标准养护室;24h后拆模养护, 除特殊注明外, 养护方式采用90℃热水养护3d。

%

1.3 试验方法

拌合物的流动度参照GB/T 2419—2005《水泥胶砂流动度测定方法》, 采用跳桌法进行测定。试件抗压强度参照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法 (ISO法) 》进行测定。

2 结果分析与讨论

2.1 水胶比对RPC流动度和强度的影响

试验对4个水胶比的RPC流动度和抗压强度进行了研究, 结果如图1所示。随水胶比增大, 拌合物流动度线性增大, 水胶比每增大0.01, 流动度增加约20mm。试验过程中可以观察到:水胶比为0.19时, 拌合物表面很快凝结, 待试件折断后断面处有大量孔洞, 截面削弱作用比较明显;水胶比为0.20时, 振动时有少量气泡冒出, 试件断面有个别孔洞, 所以其强度较水胶比为0.19时有所增大, 增大幅度为6.9%;水胶比为0.21时, 振动时拌合物可以较快填满模具, 并伴随大量气泡冒出, 试件断面无孔洞, 但试件强度比0.20时降低了5.9%, 这是因为用水量增加导致颗粒间缝隙增大, 与0.20时相比颗粒堆积不紧密;水胶比为0.22时, 拌合物可以自流平, 但强度已下降到110MPa。考虑到水胶比0.20时比0.21时强度提高不大, 但拌合物工作性相对较差, 因此, 在以下试验中采用水胶比为0.21的配合比。

2.2 硅灰掺量对RPC流动度和强度的影响

研究表明, 硅灰和石英砂总掺量与水泥掺量之比为0.62时, Si O2可与水化产物Ca (OH) 2反应比较彻底[1]。硅灰掺量对RPC流动度和强度的影响如图2所示。随着硅灰掺量的增加, 流动度不断增大, 这是因为硅灰颗粒为球形且非常小, 石英粉颗粒多棱角, 所以硅灰掺量增加, 石英粉减少, 流动度增大, 但掺入硅灰浆体黏度会增加[6], 因此, 硅灰掺量较大时流动度增长减缓。从图中可以看出, 随着硅灰掺量增加, RPC的强度随之增大, 硅灰掺量为0.25和0.30时强度有所下降, 这可能是因为试验误差所致。硅灰掺量为0.35时比0.20时强度增大了约8%, 这是因为石英粉中Si O2在90℃时活性很低, 很难与Ca (OH) 2发生反应, 而硅灰中的Si O2在90℃时可迅速与Ca (OH) 2发生反应[7], 因此, 随硅灰掺量增加, 火山灰反应更加迅速彻底, 相应的水泥水化也更加完全, 从而试件达到更高的强度。

2.3 砂胶比对RPC流动度和强度的影响

砂胶比对RPC流动度和强度的影响如图3所示。从图中可以看出, 随着砂胶比增大, 拌合物流动性明显下降, 而强度则先上升后下降。砂胶比为0.78时, RPC的强度达到最大值, 砂胶比为0.68和0.88时的强度分别比其低9.2%和13.3%。这是因为在颗粒体系中, 当大颗粒占主导地位时, 小颗粒被嵌入在大颗粒之间的空隙中, 但这时小颗粒的存在会影响大颗粒本身的堆积结构, 产生“松开效应”;当小颗粒占主导地位时, 这时大颗粒的存在也会影响小颗粒的堆积结构, 产生“壁效应”[8], 两种效应都对混合物密实度有不良影响。由试验结果可以看出, 砂胶比为0.68时“壁效应”仍然比较明显, 而砂胶比增大到0.88时“松开效应”的作用较明显, 两者的密实度均小于砂胶比为0.78时的密实度, 因此, 砂胶比为0.78时强度也最高。

2.4 粉煤灰取代量对RPC流动度和强度的影响

粉煤灰取代量对RPC流动度和强度的影响如图4所示。从图中可以看出, 随着粉煤灰取代量的增加, 流动度增大, 拌合物的工作性能得到提高, 而强度先上升后下降, 并在取代量为30%时强度达到最高。与取代量为0时相比较, 取代量为30%时强度仅增大1.2%, 但流动度增大了41mm, 达到了233mm。

这主要是因为粉煤灰中Al2O3占36%左右, 而Al2O3要优先于Si O2与水泥水化产物Ca (OH) 2反应, 并且水化铝酸钙比水化硅酸钙强度要低。当粉煤灰取代量为10%时, Al2O3与水泥水化产物Ca (OH) 2反应生成水化铝酸钙, 因此其强度要比不掺粉煤灰的低。随着粉煤灰取代量增大, 水泥用量减少, 水化产物Ca (OH) 2减少, 通过计算得到粉煤灰取代量在超过20%后其更多的是填充作用。由于粉煤灰颗粒粒径比水泥小, 比硅灰要大, 在水泥硅灰二元堆积密实胶凝材料中, 以粉煤灰替代部分水泥, 材料整体堆积密实度会随着取代量增大先增大再减小[6], 因此, 粉煤灰取代量从10%增大到50%时, 强度先上升后下降。

2.5 钢纤维掺量对RPC流动度和强度的影响

钢纤维掺量对RPC流动度和强度的影响如图5所示。从图中可以看出, 随着钢纤维掺量的增加, 拌合物的流动度明显下降, 试件的强度较钢纤维掺量为0时分别增大了14.2%、27.7%、37.7%、41.2%, 钢纤维掺量由150kg/m3增大到200kg/m3时强度增大趋势明显减缓。这主要是因为在受压过程中, 钢纤维的存在限制了RPC微裂缝的扩展, 延迟了RPC的破坏过程, 因此对RPC的抗压强度具有提高作用;当钢纤维掺量大于150kg/m3后, 大量的钢纤维互相支架, 造成RPC内部存在孔洞, 对RPC的强度产生不利影响, 因此, 钢纤维由150kg/m3增大到200kg/m3时, 强度增大减缓。

2.6 养护方式对RPC强度的影响

试验研究了90℃热水养护与90℃蒸汽养护两种养护方式在2d、3d、4d、7d时对强度的影响, 结果如图6所示。从图中可以看出, 在90℃高温湿养条件下, RPC试件强度先迅速攀升, 在3~4d时强度达到最高值。这是因为高温湿养环境加速了水泥水化反应, 促进了硅灰、粉煤灰和石英粉参与二次灰反应, 有利于RPC早期强度的建立;当RPC养护时间增大到7d时, 强度明显下降, 出现倒缩现象, 张胜、周锡玲等人[9]认为, 这是因为随蒸养时间的持续延长, 水化产物不断生成, 微裂缝不断出现和愈合, 以致混凝土强度出现忽低忽高的变化。

RPC试件龄期由2d增大到3d时, 强度增大了约8%;龄期由3d增大到4d时, 强度仅增大不到1%;而龄期为7d时热水养护和蒸汽养护强度分别比4d时下降了6%和3%。蒸汽养护下的强度在各龄期都要比热水养护有所提高, 龄期为3d时增幅达到2.2%。由此可知, 90℃蒸汽养护比90℃热水养护对RPC的强度发展和保持更为有利。

3 结论

(1) 水胶比增大, RPC的流动度线性增大, 强度则先增大后减小。水胶比0.21时, 与水胶比0.20时的相比, 强度相差不大, 但工作性大大提高, 更有利于实际应用。

(2) 硅灰掺量增加, 石英粉掺量减少时, RPC的流动度与强度显著提高;与石英粉相比, 硅灰在90℃热水养护条件下更利于提高RPC的强度。

(3) 粉煤灰取代水泥可以明显改善RPC的流动度。取代量为0.3时, 与取代量为0时相比, 强度仅增大1.2%, 但流动度增大了41mm, 极大地改善了RPC的工作性。

(4) RPC的流动度随着钢纤维掺量的增加急剧减小, 而强度随钢纤维掺量增加迅速提高, 钢纤维掺量达到150kg/m3时, RPC强度增幅高达37.7%, 继续增加钢纤维对强度提高效果不大。

(5) 90℃蒸汽养护下RPC强度在各龄期时都要比90℃热水养护的要高, 龄期3d时提高幅度达2.2%;90℃蒸汽养护时, RPC后期强度倒缩要比90℃热水养护的低3%。

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[8]吴中伟, 廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社, 1999.

篇8：高锰酸钾-粉末活性炭联用工艺的试验研究

20世纪90年代，法国工程师Pierre Richard针对传统混凝土存在的缺陷，采用微硅粉及超细石英粉等配制出了一种高强高性能的混凝土[1]，这种混凝土不仅具有普通混凝土无法达到的超高强度，且具有很好的韧性和耐久性能，这种混凝土就是所谓的RPC(reactive powder concrete)，即活性粉末混凝土。

目前，国外已经将活性粉末混凝土应用在实际工程中，并取得了良好的经济效益和社会效益。在国内，随着现代化建设的需要，为数较多的大型及特殊工程，普通高强混凝土所具备的强度及性能已不能达到设计要求。如我国现在大力发展的高速铁路工程，已将高强、高性能混凝土的使用提上日程，尤其是2006年10月铁道部颁布的《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》，明确规定了构件采用的混凝土抗压强度≥130MPa，抗折强度≥18MPa[2]，而传统混凝土基本无法达到此技术要求。

本文主要依据《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》中相关工艺及技术要求，通过具体试验，分析了相关原材料对RPC性能影响趋势，优化了各组分的比例，配制出了满足工程要求的RPC混凝土。

1 试验

1.1 原材料性能

水泥：52.5级普通硅酸盐水泥，28d抗压强度57.3MPa，抗折强度9.8MPa。

硅灰：SiO2含量>90%，表观密度2.3g/cm3，堆积密度400kg/m3，比表面积19m2/g，需水量比118%。

石英砂：20～40目、40～200目石英砂，SiO2含量99%。

石英粉：500目石英粉。

减水剂：液体聚羧酸减水剂，减水率29%，固含量35%。

钢纤维：表面镀铜钢纤维，直径0.18mm，长度12mm，抗拉强度大于2850MPa。

水：普通自来水。

1.2 配合比设计

配合比设计主要考虑以下几种因素对RPC混凝土强度的影响。

(1)在硅灰和石英粉总取代水泥量不变的情况下，硅灰和石英粉的比例(以下简称硅石比)变化对RPC混凝土强度及工作性能的影响。

(2)水胶比变化对RPC混凝土强度及工作性能影响。

(3)钢纤维掺量对混凝土强度及工作性能的影响。

配比设计中，两种不同型号的石英砂掺入比例及砂胶比不变;减水剂掺量不变;硅粉和石英粉总和取代水泥比例不变。

1.3 试件的制作及养护

先将砂与钢纤维倒入单卧轴强制式混凝土搅拌机中干搅2min，加入水泥、硅粉、石英粉干搅2min，至上述材料基本均匀，再将聚羧酸减水剂与一半水混合后加入搅拌机，搅拌5min，最后加入剩下的一半水，搅拌5min以上。将混合物出机，并测定混凝土坍落度。最后将RPC拌合物分别装入100mm×100mm×100mm抗压试模和100mm×100mm×400mm抗折试模，置于高频混凝土震动台上振捣成型。

成型后的试件在常温下静停6h，然后放入快速养护箱中，升温到80℃，养护3d。升温速度不大于12℃/h,降温速度不大于15℃/h。拆模后将试件放入20℃水中养护28d。

1.4 试验方法

RPC混凝土抗压强度及抗折强度测试按GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》规定进行。抗压强度加载速率取1.2MPa/s，抗折强度加载速率0.08MPa/s。

2 试验结果及分析

根据配合比设计主要考虑因素，以下主要分析硅石比、水胶比、钢纤维掺量对RPC强度及拌合物工作性能的影响，找到最佳的配合比。

2.1 硅石比对RPC混凝土强度及拌合物坍落度的影响

在保证胶凝材料总量及水胶比不变的前提下，选取3种不同的硅石比，试验配合比及试验数据见表1。硅石比对RPC抗压及抗折强度的影响分别见图1和图2。由图1和图2可见，在其他条件不变的情况下，随着硅石比的降低，抗压及抗折强度都呈下降趋势。硅石比为1.85时，RPC混凝土28d抗压强度及抗折强度最高;当硅石比为1.85时，其抗压强度较硅石比为0.45时提高了18%、抗折强度提高了26%。硅石比对RPC新拌和物坍落度的影响见图3。由图3可见，随着硅石比从1.85降至0.45，坍落度由203mm增加到223mm。由上述分析可知，当硅石比为1.85时RPC混凝土的强度最高，且坍落度也能满足正常的施工需要，因此，1.85为较佳的硅石比。

kg/m3

由于硅粉的主要成分为活性SiO2，能直接参与水泥水化并促进水泥水化产物的形成[3]，而500目的石英粉在整个水泥水化过程中基本上不参与水化反应，只是起到填充水泥石空隙的作用[4]。与石英粉相比，硅粉具有较大的比表面积及需水量比，当用水量不变时，增加硅粉用量，将不可避免地降低混凝土拌合物的坍落度。

2.2 水胶比对RPC混凝土强度及拌合物坍落度的影响

在胶凝材料总量不变的条件下，选取3种不同的水胶比，试验配合比及试验数据见表2。水胶比对RPC混凝土抗压及抗折强度的影响分别见图5和图5。由图4和图5可见，在其他条件相同的情况下，水胶比从0.14依次增加到0.16和0.18时，RPC混凝土的抗压及抗折强度均呈明显的降低趋势。当水胶比为0.14时，其抗压强度为142.6MPa，抗折强度为17.2MPa，与水胶比为0.18时相比，其抗压强度增加了23%，抗折强度增加了39%。水胶比对RPC混凝土拌合物坍落度的影响见图6，由图6可见，水胶比为0.14时，拌合物的工作性能较差，坍落度只有154mm，不利于RPC混凝土构件的成型。综合考虑强度及坍落度二方面因素，选取的水胶比为0.16。

kg/m3

2.3 钢纤维掺量对RPC混凝土强度及拌合物坍落度的影响

在其它原材料用量不变的条件下，并选取水胶比为0.16，硅石比为1.85时，分别掺入3%和5%的钢纤维(质量比)，试验配合比及试验数据见表3。钢纤维掺量对RPC混凝土抗压及抗折强度的影响分别见图7和图8。由图7和图8可见，当钢纤维掺量由3%增加到5%时，抗折强度提高了42%，抗压强度也提高了18%。这说明随着钢纤维掺入量的增加，可大大提高RPC混凝土的抗折强度及韧性，同时抗压强度也有一定的提高。钢纤维掺量对RPC混凝土坍落度的影响见图9，由图9可见，随着钢纤维掺量的增加，RPC混凝土拌合物的坍落度由203mm降低到191mm，工作性能有所下降，但降低后的坍落度仍然能满足RPC构件的成型。因此，最终选取的钢纤维掺量为5%。

kg/m3

3 结论

(1)硅石比反映硅灰与石英粉的掺入量变化情况，在水泥用量不变的条件下，RPC混凝土强度随着硅石比(即硅灰掺入量)的增加而增加，尤其是硅石比为1.85时，RPC强度可以达到130.4MPa，同时坍落度也能满足要求，故优先选用1.85的硅石比。

(2)水胶比在一定程度上，对RPC混凝土强度影响较大，水胶比越小强度越高，尤其是抗压强度，但水胶比越小，拌合物坍落度越小，考虑到RPC混凝土拌合物性能，选用的水胶比为0.16。

(3)钢纤维掺量由3%增加到5%，RPC混凝土的抗折强度提高明显，抗压强度也有一定的提高，坍落度虽有所降低，但仍可满足需要，故最终选取的钢纤维掺量为5%。

摘要：在满足客运专线活性粉末混凝土(RPC)材料人行道挡板、盖板技术要求前提下,并在保证构件生产工艺的情况下,试验研究了水胶比、硅灰、石英粉以及钢纤维掺量对RPC混凝土工作性能及抗压强度的影响,配制出了抗压强度为154MPa,抗折强度为21.5MPa,且各项指标均能满足《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》所规定的RPC混凝土。

关键词：活性粉末混凝土,水胶比,硅灰,钢纤维掺量,强度

参考文献

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