活性粉末混凝土研究綜述

崔天祥

摘要：活性粉末混凝土（RPC）是20世紀90年代開發出來的一種具有超高強度、高韌性、高耐久性的新型混凝土。活性粉末混凝土憑借優異的性能，得到了國內外眾多研究人員的親睞，發展前景廣闊。本文主要對活性粉末混凝土在力學和耐久性能方面進行分析，并對活性粉末混凝土在工程中的應用進行展望。

Abstract： Reactive powder concrete （RPC） is a new type of concrete with ultra-high strength， high toughness and high durability developed in the 1990s. Reactive powder concrete has been favored by many researchers at home and abroad due to its excellent performance， and has a broad development prospect. This article mainly analyzes the mechanics and durability of reactive powder concrete， and prospects the application of reactive powder concrete in engineering.

關鍵詞：活性粉末混凝土;力學性能;耐久性能

Key words： reactive powder concrete;mechanical properties;durability

中圖分類號：TU528? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）23-0256-02

0? 引言

隨著社會經濟的快速發展，現代建筑挑戰著更高、更大的跨度，并且越來越多的結構構件被應用到極端環境之中，因此對混凝土材料的性能提出了更高的要求。為了滿足建筑結構的需求，具有超高力學性能及耐久性能的混凝土-超高性能混凝土（UHPC）應運而生。Richard[1]等人剔除了UHPC中的粗骨料，并摻加了高活性的火山灰材料，因此被稱為活性粉末混凝土（RPC）。

RPC自問世以來便得到了廣泛的關注，得益于其優異的耐久性能及力學性能，國內外研究學者對RPC力學性能，耐久性能進行大量的研究，國外已經將RPC大量運用在橋梁、房建等具體工程項目之中。國內眾多學者已經對其材料的性能、優化配制技術、養護制度等方面有了諸多研究，目前在實際工程方面也有了實質性的進步，實現了很多成功案例。

本文作者對國內外研究人員RPC研究進展進行總結，為RPC進一步運用到更多工程實際提供參考。介紹了國內外對RPC配置技術、優化配比、材料性能研究等多個方面的研究進展。并分析了RPC的廣闊應用前景。

1? RPC性能研究

作為一種超高強材料，RPC最高抗壓強度可以達到800MPa，被稱為RPC800，對比高性能混凝土的抗壓強度只能達到100MPa，RPC同時擁有超高的彎曲強度，可以運用到抗壓、抗彎強度大的構件之中。RPC與普通混凝土立方體試塊類似，具有同樣的尺寸效應，目前成型RPC立方體試塊尺寸分為70.7mm×70.7mm×70.7mm和100mm×100mm×100mm兩種。

1.1 RPC力學性能研究

Dugat J等通過試驗研制出RPC200和RPC800，對其力學性能、彈性模量等進行了研究，最終確定了最佳纖維摻量。Yazici H等添加活性摻合料代替部分水泥并采用不同的養護條件，研究了 RPC 的各項力學指標，結果表明RPC擁有優異的力學性能。Yazici H等在已有研究基礎上，研究了蒸汽加壓對RPC的力學性能的影響規律，并通過SEM探討了微觀結構變化。Tomasz Zdeb等使用三種不同比表面積水泥制備RPC，并通過研究分析了的不同水泥制成的RPC的力學性能和微觀結構，結果發現比表面積對其力學性能影響較大。Yazici H等通過蒸汽加壓的方式制備RPC并研究其力學性能，試驗結果表明蒸汽加壓可以提高RPC抗壓強度，但是會降低RPC的韌性和彎曲強度。

清華大學的覃維祖教授于1999年將活性粉末混凝土引進中國，國內的研究人員也對RPC的力學性能進行了多方面的研究。何峰[2]等通過對原材料種類及配合比設計等方面進行研究，成功研制出抗壓強度達到298.6MPa的RPC。龍廣成[3]等研究了養護制度對RPC強度的影響，通過試驗對比熱養護和標準養護兩種條件下RPC抗壓強度，結果表明：熱養護條件下RPC強度比標準養護條件下RPC強度提高了40%。黃政宇[4]等通過養護條件對RPC強度影響的研究中發現：對比標準養護，熱養護對RPC的抗壓強度提高有幫助，對摻有不同摻合料的混凝土養護條件對其強度會有不同影響。鄭文忠[5]等研究RPC配合比對其強度的影響，調整了不同材料對RPC性能的影響，發現影響RPC力學性能的最主要因素是水膠比。謝友軍[6]等在RPC中摻入了超細粉煤灰代替石英砂，使用100°C的熱水養護，測得RPC抗壓強度達到200MPa。彭燕周等在RPC中摻入磷渣粉，通過試驗測試其抗壓、抗彎和耐久性能，研究結果表明摻入磷渣粉的RPC具有優異的力學和耐久性能。

畢巧巍[7]等在制備活性粉末混凝土過程中摻加了兩種纖維，試驗結果表明：兩種纖維混雜后摻入能夠在一定程度上提高RPC的力學性能。黃育[8]等通過研究了影響RPC抗壓強度、抗折強度的因素，結果表明鋼纖維有利于提高活性粉末混凝土的強度，同時鋼纖維的形狀不同對RPC的強度提高程度也不同。

1.2 RPC耐久性能研究

RPC不僅具有超高的抗壓強度和彎曲強度，同時還具備優異的耐久性能。Roux通過電化學溶液試驗測得RPC的氯離子擴散系數是20×1014m2/s。Lee等通過凍融循環來對比RPC和抗凍混凝土的相對動彈性模量損失，經過600次凍融循環后RPC的動彈性模量剩余96%，抗凍混凝土則剩余75%。Wang等研究了RPC經過1500次氯鹽凍融循環試驗后試件破壞情況，研究結果發現3000nm以上的微裂紋增加明顯。Liu通過研究發現只采用干熱養護，RPC早期干縮明顯，他提出用高熱加高濕養護RPC的極限收縮率可以降低40%以上，多種養護制度混合可以減小RPC早期收縮。

曹青[9]和施惠生[10]在RPC中摻入了礦物摻合料，并進行了氯離子滲透試驗。試驗結果表明，摻加礦物摻合料可以提高RPC抗滲透性能和密實性，但會降低其強度，摻加礦物摻合料不僅可以節約成本，還可以幫助節能減排。范云廷[11]和梁勇[12]研究發現摻加玄武巖纖維可以有效的提高RPC的抗氯離子滲透能力，并通過實驗發現水膠比0.22，玄武巖纖維體積摻量為0.1%時RPC抗氯離子滲透能力最好。黃政宇和楊吳生[13]將經過養護后的RPC試塊分別放置在自來水和人工海水中浸泡180天，測得其抗壓強度和抗折強度較浸泡前有小幅度提高，結果表明RPC抗侵蝕能力顯著。閆光杰[14]等對RPC200進行抗滲性能研究，研究結果發現RPC的抗滲性能大于P16，質量和動彈性模量幾乎沒有損失。寇佳亮[15]等通過試驗研究發現RPC具有良好的抗硫酸鈉侵蝕和抗凍融性能，并通過SEM研究了RPC的微觀結構，結果發現RPC的微觀結構更為致密，使其擁有超高的強度和更好的耐侵蝕能力。周瑞忠[16]等對RPC的疲勞與斷裂性能進行了深入研究，并提出了RPC疲勞強度計算方法。

綜上所述，國內外眾多研究人員在RPC力學性能及耐久性能方面的進行了大量的研究，研究表明：RPC具有超高的力學性能與優異的耐久性能，為RPC廣泛運用在工程建筑之中提供了堅實的理論基礎。

2? RPC在工程中的應用

國外對RPC建筑應用較早，早在1994年10月，加拿大對RPC200進行小批量生產，并獲得成功，由此證明RPC工業化生產的可行性。并于1997年在加拿大Sherbrooke建成了世界上第一座RPC人行橋，于1999年獲得了Nova獎提名。2001年美國在伊利諾斯州建成了一個由活性粉末混凝土制成的直徑18米的圓形屋蓋，相較于鋼結構拼裝需要35天，現場拼接僅用時11天，大大縮短了工期，并獲得了2003年的Nova獎提名。2002年在韓國首爾建成了一座跨度為120m的RPC人行天橋，該橋沒有布置普通鋼筋，主跨全部由RPC材料制成，建造規模和難度大大超過了Sherbrooke橋，成為RPC工程應用的里程碑式建筑。2008年法國僅用時一個月就建成了一座高跨比1/38，跨度70m的Anges 步行橋，該橋僅有144t，大大降低了橋身自重。

國內RPC應用主要在韌性道板、鐵路橋梁和溝槽蓋板上。2005年沈陽某工廠設計制作了84根預制梁于預制構件，采用抗壓強度為125MPa的RPC材料。2016年，我國第一座由RPC制成的過街天橋在長沙北辰三角洲驗收成功，橋面厚度僅20cm，設置兩個橋墩，該橋水泥使用量僅為普通混凝土一半，符合可持續發展的生態理念。

3? 結論

①RPC擁有遠超于傳統混凝土的強度和耐久性能，超高的強度使其可以應用在大跨度和高承載能力的結構和構件中，優異的耐久性還可以運用到極端的環境中。但由于對RPC結構與載荷尚未研究透徹，復雜的組成材料和養護工藝使得造價成本較高，目前RPC材料并未廣泛運用在工程建筑之中。

②由于施工現場條件限制，目前很難達到RPC成型所需的熱養護條件，所以目前只能制作一些RPC預制構件，可以嘗試改變養護制度，采用常溫養護制作RPC。

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