崔天祥

摘要：活性粉末混凝土（RPC）是20世紀(jì)90年代開發(fā)出來的一種具有超高強度、高韌性、高耐久性的新型混凝土?；钚苑勰┗炷翍{借優(yōu)異的性能，得到了國內(nèi)外眾多研究人員的親睞，發(fā)展前景廣闊。本文主要對活性粉末混凝土在力學(xué)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(yīng)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(guān)鍵詞：活性粉末混凝土;力學(xué)性能;耐久性能

Key words： reactive powder concrete;mechanical properties;durability

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

0? 引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，現(xiàn)代建筑挑戰(zhàn)著更高、更大的跨度，并且越來越多的結(jié)構(gòu)構(gòu)件被應(yīng)用到極端環(huán)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(jié)構(gòu)的需求，具有超高力學(xué)性能及耐久性能的混凝土-超高性能混凝土（UHPC）應(yīng)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(guān)注，得益于其優(yōu)異的耐久性能及力學(xué)性能，國內(nèi)外研究學(xué)者對RPC力學(xué)性能，耐久性能進行大量的研究，國外已經(jīng)將RPC大量運用在橋梁、房建等具體工程項目之中。國內(nèi)眾多學(xué)者已經(jīng)對其材料的性能、優(yōu)化配制技術(shù)、養(yǎng)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(zhì)性的進步，實現(xiàn)了很多成功案例。

本文作者對國內(nèi)外研究人員RPC研究進展進行總結(jié)，為RPC進一步運用到更多工程實際提供參考。介紹了國內(nèi)外對RPC配置技術(shù)、優(yōu)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(yīng)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(gòu)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(yīng)，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(xué)性能研究

Dugat J等通過試驗研制出RPC200和RPC800，對其力學(xué)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(yǎng)護條件，研究了 RPC 的各項力學(xué)指標(biāo)，結(jié)果表明RPC擁有優(yōu)異的力學(xué)性能。Yazici H等在已有研究基礎(chǔ)上，研究了蒸汽加壓對RPC的力學(xué)性能的影響規(guī)律，并通過SEM探討了微觀結(jié)構(gòu)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(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)比表面積對其力學(xué)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(xué)性能，試驗結(jié)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(xué)的覃維祖教授于1999年將活性粉末混凝土引進中國，國內(nèi)的研究人員也對RPC的力學(xué)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(shè)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(yǎng)護制度對RPC強度的影響，通過試驗對比熱養(yǎng)護和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護兩種條件下RPC抗壓強度，結(jié)果表明：熱養(yǎng)護條件下RPC強度比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下RPC強度提高了40%。黃政宇[4]等通過養(yǎng)護條件對RPC強度影響的研究中發(fā)現(xiàn)：對比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護，熱養(yǎng)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(yǎng)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(diào)整了不同材料對RPC性能的影響，發(fā)現(xiàn)影響RPC力學(xué)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(xì)粉煤灰代替石英砂，使用100°C的熱水養(yǎng)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(jié)果表明摻入磷渣粉的RPC具有優(yōu)異的力學(xué)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(jié)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(xué)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(jié)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(yōu)異的耐久性能。Roux通過電化學(xué)溶液試驗測得RPC的氯離子擴散系數(shù)是20×1014m2/s。Lee等通過凍融循環(huán)來對比RPC和抗凍混凝土的相對動彈性模量損失，經(jīng)過600次凍融循環(huán)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(jīng)過1500次氯鹽凍融循環(huán)試驗后試件破壞情況，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)3000nm以上的微裂紋增加明顯。Liu通過研究發(fā)現(xiàn)只采用干熱養(yǎng)護，RPC早期干縮明顯，他提出用高熱加高濕養(yǎng)護RPC的極限收縮率可以降低40%以上，多種養(yǎng)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(jié)果表明，摻加礦物摻合料可以提高RPC抗?jié)B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(jié)約成本，還可以幫助節(jié)能減排。范云廷[11]和梁勇[12]研究發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(jīng)過養(yǎng)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(jié)果表明RPC抗侵蝕能力顯著。閆光杰[14]等對RPC200進行抗?jié)B性能研究，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)RPC的抗?jié)B性能大于P16，質(zhì)量和動彈性模量幾乎沒有損失?？芗蚜羀15]等通過試驗研究發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)RPC的微觀結(jié)構(gòu)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(nèi)外眾多研究人員在RPC力學(xué)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(xué)性能與優(yōu)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(chǔ)。

2? RPC在工程中的應(yīng)用

國外對RPC建筑應(yīng)用較早，早在1994年10月，加拿大對RPC200進行小批量生產(chǎn)，并獲得成功，由此證明RPC工業(yè)化生產(chǎn)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(jié)構(gòu)拼裝需要35天，現(xiàn)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(guī)模和難度大大超過了Sherbrooke橋，成為RPC工程應(yīng)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(nèi)RPC應(yīng)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(shè)計制作了84根預(yù)制梁于預(yù)制構(gòu)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(shè)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(xù)發(fā)展的生態(tài)理念。

3? 結(jié)論

①RPC擁有遠(yuǎn)超于傳統(tǒng)混凝土的強度和耐久性能，超高的強度使其可以應(yīng)用在大跨度和高承載能力的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件中，優(yōu)異的耐久性還可以運用到極端的環(huán)境中。但由于對RPC結(jié)構(gòu)與載荷尚未研究透徹，復(fù)雜的組成材料和養(yǎng)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(xiàn)場條件限制，目前很難達到RPC成型所需的熱養(yǎng)護條件，所以目前只能制作一些RPC預(yù)制構(gòu)件，可以嘗試改變養(yǎng)護制度，采用常溫養(yǎng)護制作RPC。

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