RPC強度影響因素研究綜述

（吉林建筑大學交通科學與工程學院，吉林長春 130118）

0 引言

1990 年代法國Bouygues公司的Richard P開發了活性粉末混凝土，是一種具有超高強度，低脆性，出色的耐久性以及廣泛應用前景的高密度水泥基復合材料[1]。與普通混凝土相比，RPC不含粗骨料，由石英砂，大量膠凝材料，并加入減水劑及鋼纖維在一定的工藝條件下制成。RPC的抗壓強度可以達到100-800 MPa，彎曲強度可以達到30MPa[2]。通過摻入纖維，RPC的韌性大大提高。因其超高的強度和良好的韌性，RPC越來越受到廣大研究者的青睞，其研究及在工程上的應用具有巨大的潛力。但是通過目前的發展形勢來看，RPC想要廣泛應用還存在著一些問題，本文就影響RPC強度的幾個影響因素進行了歸納和總結。

1 養護方式對RPC的影響

不同養護方式對RPC強度的影響十分顯著，為了研究自然養護、標準養護和高溫養護等3種養護方式對RPC的力學性能增效效果。鞠彥忠等[3]采用表1所示的養護制度以0.20的水膠比養護鋼纖維RPC。三種養護條件下的不同鋼纖維摻量抗壓及劈裂抗拉強度結果如圖1、2所示，劈裂抗拉強度在鋼纖維含量低于2%時，與纖維摻量成正比，隨纖維體積摻量增加而增加，在標準養護條件下，其劈裂抗拉強度增幅12.5%，自然養護條件下，其劈裂抗拉強度提高了22.7%，高溫養護條件下，其劈裂抗拉強度提高了11.4%。劈裂抗拉強度在鋼纖維含量高于2%強度為10.8MPa，增幅微小。通過試驗發現，三種養護方式中高溫養護條件最利于RPC抗壓強度的提高，不過對劈裂抗拉強度提高較小。

表1.三種養護方式具體方法

圖1.不同養護條件下鋼纖維含量對抗壓強度的影響

圖2.不同養護條件下鋼纖維含量對劈裂抗拉強度的影響

2 水膠比對RPC的影響

水膠比是影響RPC強度的一個重要影響因素，選擇合理范圍內的水膠比對RPC的強度有巨大提升。寇佳亮[4]使用正交試驗方法，將水膠比、硅灰摻量、石英粉摻量、粉煤灰摻量、鋼纖維摻量、砂膠比及減水劑含量等七個變量作為影響因素在常溫養護條件下進行了抗壓強度和抗折強度試驗研究，發現水膠比在0.18對RPC兩種強度的影響最為顯著。何曉雁[5]對RPC的可加工性和力學性能進行了實驗研究。在整個正交試驗中，將水膠比，砂膠比，減水劑、粉煤灰替代水泥量和玄武巖纖維含量等五個變量作為影響因素。運用極差法分析得出水膠比為主要的影響因素，所得最大RPC抗壓強度是在水膠比為0.2時，最大抗彎曲強度在水膠比為0.16時。然而，如果水與膠凝材料的比例為0.16，則RPC的混合難度將很高，成型將很困難，流動性將很低，并且難以大規模推廣和應用，因此從施工技術和成本控制的角度來看，建議選擇水與膠凝材料的比例為0.2。降低水膠比，使得膠凝材料增多，可以一定程度上促進內部的水化反應，使得基體更加致密，從而提高了RPC力學性能。

3 礦物摻合料對RPC的影響

礦物摻合料也是影響RPC強度的一個重要影響因素，選擇合適的礦物摻合料范圍對RPC的強度提升十分明顯。硅灰是最常見的礦物混合物，憑借其極小的顆粒和較大的比表面積，故填充在各種間隙中，從而改善了基體的致密性。劉振國[6]通過硅灰不同摻量對RPC進行抗壓和抗折強度試驗得出硅灰摻量為25%時各項力學性能達到最優。李新星[7]將水膠比、減水劑含量、砂膠比、硅灰含量、粉煤灰含量以及鋼纖維含量等六個變量作為RPC強度影響因素，對活性粉體混凝土（RPC）進行正交試驗設計研究。對各種養護時間和養護方式下流動性和抗壓的影響各構成材料的貢獻率進行分析，粉煤灰的最佳含量為水泥含量的30%。硅灰最合適的混合量是水泥混合量的25%。通過摻入適當范圍的粉煤灰，同樣可以促進水化反應，并且可以起到填充和致密混凝土基體的功能，從而提高RPC的強度。但是，如果粉煤灰的量過多，水泥材料的量減少，水化生成物減少，影響水泥基體的密度，從而減小了RPC的強度。

4 鋼纖維對RPC的影響

RPC中加入纖維不僅可以改善其脆性，一定合理范圍內的纖維摻量也使得RPC強度大幅提升。姜宇[8]在標準養護條件下對不同鋼纖維含量的RPC試件進行工作性能和力學性能測試，通過分析不同鋼纖維摻量的RPC流動性、抗壓強度、抗折強度、折壓比后得出鋼纖維最佳混合量為2%至3%。馬愷澤[9]測試并研究了在三種養護條件下，不同體積含量的鋼纖維對RPC抗壓強度，彎曲強度影響。當鋼纖維體積范圍在0.5%-1.5%之間時，抗壓強度顯著提高，鋼纖維體積范圍在2.5%-3.5%之間時，明顯提高了抗彎曲強度。鞠彥忠[10]通過對RPC的抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度三種基本力學性能進行試驗研究。發現在鋼纖維體積含量為1.0%-3.5%之間時，鋼纖維含量增加對RPC抗壓強度提升明顯。RPC抗壓強度在鋼纖維體積含量超過3.5%后，幾乎不再增長。RPC中鋼纖維體積含量在1.0%-2.0%間時，劈裂抗拉強度和抗彎曲強度僅有很小的變化。劈裂抗拉強度和抗彎曲強度在鋼纖維體積摻含量達到3.5%后，提升明顯。以后鋼纖維體積含量若持續增加劈裂抗拉強度增長緩慢，但彎曲強度仍有提高。對于承受拉力或需要高延展性的RPC結構，建議適當增加鋼纖維的數量，并選擇約3.0%的鋼纖維體積含量。

5 混摻纖維對RPC的影響

現有研究多是采用單摻纖維提高RPC力學性能[11-13]，單摻某一種纖維對混凝土韌性和抗裂性能等均有改善，但僅對混凝土一種性能提升明顯，不能從多個方面提高混凝土的整體性能。適量的纖維混合不僅可以改善混凝土抗壓強度和抗拉強度等力學性能，而且對改混凝土的延性和抗韌性能的改善有巨大作用。對RPC混摻纖維的研究多是將玄武巖纖維與聚丙烯纖維混摻、將鋼纖維與聚丙烯纖維混摻。柳福鑫[14]使用鋼和聚丙烯纖維作為增強材料，在室內中研究了以上兩種類型的纖維的單一和混合對混凝土物理力學性能和收縮性能的影響。室內測試的結果是，當將鋼纖維和聚丙烯纖維混合時，可改善混凝土混合物的可加工性，并且改善混凝土力學性能的效果較僅由上述兩種纖維單摻的混凝土更好；想要得到最佳的混凝土的力學性能，可以摻入1.0kg/m3聚丙烯纖維和40kg/m3的鋼纖維。混合兩種類型的纖維可以顯著減少混凝土的初期和后期收縮，并顯著提高混凝土的抵抗力。混凝土斷裂面可以看出，聚丙烯纖維和鋼纖維混合以填充所有水平的混凝土裂縫，可以有效地改善和提高界面過渡層的性能，從而可以使各種纖維的性能最大化，并且可以達到裂縫通過骨料間的成效。同時混合兩種類型的纖維可提供協同，混合和疊加效果，這比單獨混合任何一種纖維要好。鞠彥忠[15]為研究單摻和混摻玄武巖纖維及聚丙烯纖維對RPC力學性能的影響，進行了立方體抗壓和劈裂抗拉試驗。研究發現：兩種纖維混摻對RPC力學性能提升顯著，混摻聚丙烯纖維0.033%和玄武巖纖維0.15%時RPC抗壓強度最高，比普通RPC的抗壓強度高14.1%。RPC劈裂抗拉強度最高時，玄武巖纖維的體積含量為0.15%并且聚丙烯纖維的體積為0.025%，較素RPC提高了52.1%。對于鋼纖維與玄武巖纖維混摻多是普通混凝土的研究，關于混摻鋼纖維及玄武巖纖維RPC的研究報道較少。

6 結論

（1）高溫養護對RPC抗壓強度的提升效果顯著，但對劈裂抗拉強度影響不大

（2）水膠比的變化對RPC材料的力學性能、工作性能及耐久性均有顯著影響，故對RPC制備過程中應對水膠比進行嚴格控制，一般不大于0.2。

（3）為得到強度較好的RPC，應將礦物摻合料摻量控制在一個合理范圍，通常粉煤灰摻量在水泥摻量30%左右，硅灰摻量在應為水泥摻量25%左右。

（4）適當的單摻纖維能一定程度的提高RPC強度，不同養護條件及配合比下的最佳纖維摻量均不相同，一般鋼纖維在3%以內。在一定范圍內混摻纖維對RPC提升巨大，均較單摻纖維RPC力學性能好，不同的混摻纖維組合有各自的優點。