RPC混凝土耐久性能研究進展

李澤良

【摘 要】活性粉末混凝土是一種高耐久的新型超高性能水泥基復合材料，其應用前景非常廣闊。基于國內外已有研究成果，總結了活性粉末混凝土耐久性能的研究現狀，簡要分析了目前研究中存在的不足和有待研究的問題，以期為其深入發展與應用提供參考。

【關鍵詞】活性粉末混凝土；劣化機理；耐久性

0 引言

活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，簡稱RPC）是一種由級配良好的石英砂、水泥、活性摻合料、高效減水劑、鋼纖維與水拌合后經濕熱養護而成的新型超高性能水泥基復合材料。相較于普通混凝土和高性能混凝土，RPC具有更好的抗氯離子滲透、抗碳化、抗腐蝕、抗滲、抗凍和耐磨等耐久性能，可以廣泛應用于土建、石油、市政、水電等工程領域中。

目前，國內外學者對RPC的研究眾多，諸如配合比設計、養護制度、與鋼筋的黏結性能、耐久性能以及構件設計方法等。基于已有研究成果，本文著重綜述了RPC耐久性能的研究現狀，簡要分析了目前研究中存在的問題，以期為RPC的發展和工程應用研究提供參考。

1 RPC耐久性能研究

混凝土材料耐久性失效引發的工程事故屢見不鮮，導致的經濟損失也十分巨大。因此RPC耐久性研究具有重大的實際意義。目前，已有許多學者對其進行了探討，研究內容包括抗凍性、抗氯離子侵蝕性、抗碳化性、抗收縮性、抗化學侵蝕性等。

1.1 抗凍性

劉斯鳳按照AST-MC666試驗標準完成了RPC凍融循環試驗，并采用質量損失率和耐久性指數評價其抗凍性能。結果表明：經過600次凍融循環后，RPC質量損失約為0.3%，耐久性指數均大于等于100。

安明喆對RPC進行了300次凍融循環試驗，試驗后試件無質量損失，動彈性模量損失只有6%，耐久性指數接近100%，而相同條件下高性能混凝土在250次凍融循環后質量損失已超過5%，動彈性模量損失36.4%，耐久性指數僅為47.8%，說明RPC抗凍性遠高于高性能混凝土。

鞠彥忠設計了9組RPC試件，分析了水膠比、硅灰水泥比和鋼纖維含量對RPC抗凍性的影響規律。經受100次凍融循環后，各組RPC試件外觀幾乎無變化，質量損失幾乎為0，抗壓強度損失均小于10.1%。通過極差分析和方差分析后得知，水膠比是影響RPC抗凍性最主要的因素，其次是硅灰水泥比，最后是鋼纖維摻量。

1.2 抗氯離子侵蝕性

氯離子侵蝕引起的鋼筋銹蝕是造成混凝土結構破壞的最主要原因。金凌志采用NEL法測定了不同溫度和活性摻合料RPC試件的氯離子擴散系數。測定結果顯示，RPC具有良好的抗氯離子侵蝕性，當養護溫度相同、替代硅灰比例相同時，抗氯離子侵蝕性大小依次為粉煤灰>石英砂>微硅粉；當同一礦物摻合料替代硅灰比例相同時，養護溫度越高，RPC抗氯離子侵蝕性越好。曹霞同樣采用NEL法進行了16組不同鋼纖維和聚丙纖維摻量的RPC試件的抗氯離子侵蝕性試驗。結果表明，濕熱養護大幅改善了RPC的抗氯離子侵蝕性，但鋼纖維對抗氯離子侵蝕性是不利的，從性能和經濟效益方面綜合考慮，建議混摻摻量為2%鋼纖維+0.2%聚丙烯纖維。

施惠生參照ASTMC1202-97標準對摻礦渣RPC抗氯離子侵蝕性進行了研究，隨著礦渣摻量的增大，抗滲性不斷下降，摻入鋼纖維后通電量減小，硅粉對抗氯離子滲透有促進作用。葉青也采用ASTMC1202方法研究了RPC和高強度混凝土的抗氯離子侵蝕性，RPC6h電遷移量僅為22.9C，水膠比0.25的高強度混凝土6h電遷移量為421C，幾乎為RPC的20倍，說明RPC抗氯離子侵蝕性優于高強度混凝土。

1.3 抗碳化性

碳化會降低混凝土堿度，破壞鋼筋表面鈍化膜，減弱對鋼筋的保護作用，導致鋼筋銹蝕，進而影響混凝土結構的耐久性。未翠霞參照 JGJ70-90進行了RPC加速碳化試驗，各RPC試件28d的碳化深度均為0mm，而同樣條件下C80高強混凝土試件的平均碳化深度為1.37mm、C35普通混凝土試件的平均碳化深度為2.5mm。安明喆的試驗結果也表明RPC在7、14、28d的碳化深度均為0mm，同樣條件下高性能混凝土的碳化深度分別為0.9mm、1.7mm、2.1mm。東南大學也采用加速碳化的方法，測試了RPC3、7、14、28d的碳化深度，結果分別為0、0、0和0.25mm。

1.4 抗收縮性

LIU Juan-hong采用砂漿收縮儀測定了40mm×40mm×160mm大摻量礦粉RPC棱柱體試件的收縮性能，研究表明試件的早期收縮非常小（300×10-6以下）。C.M.Tam研究了不同條件RPC的收縮結果，標養成型1d后干縮值為800×10-6，摻入2%鋼纖維可以減小收縮；1d拆模、3d（20±3）℃水中養護、3d（100℃）蒸汽養護后干縮值僅為400×10-6，14d后自收縮不再增長。陳廣智則研究了配合比和養護條件對RPC變形特性的影響，結果表明，采用低水膠比摻入鋼纖維以及采用高溫蒸養都可以減小收縮值，且RPC后期穩定收縮值明顯小于普通混凝土。

1.5 抗化學侵蝕性

宋少民分別對大摻量粉煤灰RPC進行了硫酸鹽干濕循環和浸泡試驗，10次干濕循環（浸泡48h，80℃烘干48h）后抗壓強度由124.7MPa增大為181.4MPa，而浸泡相同時間的試件強度幾乎沒有改變，20次后增大為199.2MPa，可見RPC具有良好的抗硫酸鹽侵蝕性。葉青考慮不同的侵蝕條件，采用抗壓強度抗侵蝕系數對比評價了RPC和高強混凝土的抗化學侵蝕性。在5%H2SO4溶液中浸泡3個月后，RPC和高強混凝土的抗侵蝕系數分別為42%、36%；在20%Na2SO4溶液中浸泡6個月后，其抗侵蝕系數分別為98%、97%；在20%（NH4）2SO4中干濕循環（浸泡12h，60℃烘干12h）6次后，其抗侵蝕系數分別為54%、46%；在5倍人工海水中浸泡6個月后，其抗侵蝕系數分別為89%、86%；在5倍人工海水中干濕循環180次后，其抗侵蝕系數分別為59%、43%，研究表明了RPC的抗化學侵蝕能力明顯高于高強混凝土。何峰則通過研究硫酸溶液和鹽酸溶液對RPC強度的影響著重考察了RPC的耐酸性，結果表明隨著浸泡時間的延長，RPC表現出良好的抗硫酸侵蝕性，而浸泡在醋酸溶液中的RPC抗彎強度和抗壓強度明顯低于浸泡在硫酸溶液中的RPC，弱離解的醋酸溶液對水泥基材料的侵蝕作用也比強離解硫酸溶液更強。

綜合以上研究，盡管試驗方法、評價方法不同，但所得結論均表明活性粉末混凝土具有良好的抗凍性、抗氯離子侵蝕性、抗碳化性和抗化學侵蝕性，收縮值也明顯小于其他混凝土，但劣化機理尚不明確，考慮多重侵蝕因素耦合的研究也比較少，無法進行有效的耐久性壽命預測。

2 結語

國內外學者對活性粉末混凝土耐久性能進行了廣泛的探討，證明了活性粉末混凝土具有耐久性優良的特點，但是以下問題制約了PRC技術在工程實踐中的廣泛應用：

（1）目前制備RPC需要濕熱養護，現澆施工存在一定困難，限制了其在實際工程中的運用。

（2）硅粉、高效減水劑、鋼纖維的摻入以及特殊的成型和養護條件提高了RPC的生產成本。

（3）由于地域限制，配制RPC的優質原材料很難在一個地區采購齊全，進一步導致了RPC成本的增加，阻礙了其推廣和使用。

今后需要對以上問題進行深入的理論和試驗研究，以推動活性粉末混凝土更廣泛、更合理的應用。

【參考文獻】

[1]呂雪源，王英，符程俊，等.活性粉末混凝土基本力學性能指標取值[J].哈爾濱工業大學學報，2014，10：1-9.

[2]鞠彥忠，王德弘，單明.活性粉末混凝土力學性能及凍融性能研究[J].實驗力學，2012，2：214-220.

[3]金凌志，何培，陳宜虎.不同活性摻合料RPC抗氯離子滲透性能試驗研究[J].混凝土與水泥制品，2014，6：21-27.

[4]曹霞，李文龍，陳宜虎.摻入兩種纖維的RPC氯離子擴散性能試驗研究[J].混凝土與水泥制品，2014，5：42-45.

[5]安明喆，李同樂.活性粉末混凝土損傷后的抗氯離子滲透性能研究[J].混凝土，2012，3：15-17.

[責任編輯：朱麗娜]