活性粉末混凝土（RPC）研究應用現狀

楊洪寬 雷景刊 王雪純

（西南交通大學土木工程學院，四川 成都 611756）

活性粉末混凝土（RPC）研究應用現狀

楊洪寬 雷景刊 王雪純

（西南交通大學土木工程學院，四川 成都 611756）

經特殊的配制方法獲得的活性粉末混凝土RPC自問世以來憑借其優(yōu)越性能，如超高抗壓強度及耐久性等，具有廣闊的研究前景與應用市場，深受工程材料界人士的青睞。本文重點介紹了近年來RPC的配置理論、相關性能的研究應用進展，分析了RPC目前所存在的突出問題，并對RPC未來的發(fā)展提出了相應建議。

RPC；制備；性能；應用；問題

1 前 言

現代社會對混凝土材料提出了更高的要求：高耐久性、高強度、高韌性等。早在20世紀90年代法國學者Prierrer Richard和Marcel Cheyrezy采用DSP（Densified Small Particles)模型，剔除傳統(tǒng)混凝土粗骨料，依據最緊密堆積原理，用最大粒徑為400～600um的石英砂為骨料，摻入適量短纖維和活性礦物摻和料經成型施壓熱養(yǎng)護處理研制出一種具有高強度、高韌性、高斷裂能、耐久性強等優(yōu)點的混凝土。近20余年來，工程界不斷朝著RPC加速走向市場的方向努力，并已在工程應用上取得較大進展，如1997首次在加拿大Sherbooke市建成了一座跨徑60m的RPC人行桁架橋，2003年北京交通大學首次在國內用RPC制成無筋空心蓋板。其后，國內外均有RPC工程實例出現，經實踐檢驗RPC的確具有區(qū)別于普通混凝土的優(yōu)點。

2 RPC制備

剔除混凝土粗骨料以實現材料內部結構的勻質性，以級配石英砂（最大粒徑400um～600um）作為集料，摻加適量活性摻合料如硅灰、粉煤灰有效填充，形成高致密均勻結構體系，加入微細高強度鋼纖維以阻裂、增強與增韌，另加入與活性組分相容性良好的高效減水劑。在混凝土凝固前和凝固期間采用加壓成型工藝，實現排水、排氣與減孔，從而提高密實度（有人認為可依據工程需要和造價來決定是否采取加壓措施[1]）。凝固后進行熱養(yǎng)護以改善內部微觀結構，提高混凝土的強度與耐久性。

表1 RPC200最佳配合比及性能檢測結果

表2 RPC-130最佳配合比及性能檢測結果

有研究通過比較在不同配合比下RPC200的力學性能和耐久性能，得出最佳配合比及其性能（見表1），最終該產品應用于實際工程[2]。某工程針對哈齊客專全線橋梁人行道擋板、電纜槽蓋板工程進行研究，表2為其最佳配合比下RPC工程性能檢測結果[3]。

3 RPC的工程性能

3.1 RPC的力學性能

由于配置原理基于最大密實度理論，且采用活性摻合料代替部分水泥，使得RPC的水膠比降低，水灰比增大，使得水泥硅灰等得以充分水化，礦物摻合料還使得混凝土在水化過程之后的火山灰反應消耗大量Ca(OH)2晶體而產生C-S-H凝膠。RPC經熱養(yǎng)護后抗壓強度可達200MPa或800MPa，為普通高強混凝土的3倍以上。有研究表明有鋼纖維存在的RPC抗折強度值在30～60MPa之間，而普通混凝土的抗折強度值為2～5MPa。

3.2 RPC的耐久性能

RPC孔隙率低、孔徑?。ㄒ姳?）[4]，其氯離子滲透系數僅為2.17×10-14m2/s[5]。有研究表明RPC經歷1500次15%的鹽類循環(huán)結晶后其質量損失率僅為0.62%[6]。這些足以說明RPC極低的孔隙率、超高的抗?jié)B性。

表3 RPC材料孔結構分析

某研究設計RPC加速碳化實驗，對比了RPC材料、普通混凝土及高強混凝土28天的碳化性能，發(fā)現RPC碳化深度為0，較之于C80混凝土平均碳化深度為1.37mm，得出了RPC抗碳化性能最佳的結論[7]，其后又有研究均表明RPC的碳化深度接近于0[8][9]，可以極好地抵抗外界環(huán)境的碳化作用。

在RPC抗化學腐蝕方面，何峰等研究了硫酸溶液與鹽酸溶液對RPC強度的影響，發(fā)現隨著浸泡時間的延長，RPC表現出良好的抗酸侵蝕性能[10]。

某研究設計了RPC應用于季凍區(qū)路面工程的實驗，發(fā)現300次凍融循環(huán)后RPC相對動彈性模量達到98%以上，質量損失率在0～0.3%，耐久性指數接近100%，而HPC只有63.6%,表明RPC的抗凍性遠高于其他混凝土[11]。某研究人員多次試驗后，測試其所得最佳配合比（表4）下的RPC抗凍性能結果為F600[12]。

3.3 RPC的環(huán)保性能

表5[13]給出了同等承載力條件下30MPa引氣型混凝土、60MPaHPC與200MPa級RPC的生態(tài)性能，可以看到200MPa級RPC的水泥用量與二氧化碳排放量幾乎是30MPa引氣型混凝土與60MPaHPC的1/2，骨料用量為30MPa引氣型混凝土的1/4，為60MPaHPC的1/3。這表明RPC的優(yōu)越性能可以大大減少原料的投入，節(jié)約生態(tài)資源，保護生態(tài)環(huán)境。

表4 某RPC最佳配合比

4 RPC近年應用情況

近年國外RPC被運用于橋梁較多，如奧地利威爾德公路拱橋 、HST270鐵路輔橋[14]。我國在前言所述RPC首例實踐后在青藏鐵路、遷曹鐵路、襄渝二線、鄭西客運專線工程等均涉及RPC材料。但是目前國內RPC運用于各類蓋板較多，近年來工程界為發(fā)揮RPC的巨大價值進行了相關實踐，簡要介紹如下。

4.1 RPC應用于鐵道工程

某研究建立分析對比了NC和RPC兩種不同材料無砟軌道結構軌道板的性能，發(fā)現RPC軌道板較NC實體板具有更高的技術經濟性[15]。針對普通混凝土制成的高速鐵路無砟軌道板易受列車荷載與溫度變化而受破壞的問題，研究發(fā)現，以RPC制成新型四架板能同時滿足剛度與強度的要求，相比與普通混凝土其翹曲變形減少37%～ 41.7%[16]。

4.2 RPC應用于橋梁工程

某景區(qū)跨度為20米的人行天橋在設計計算時對比了RPC與C50的工程性能，數據如表6，發(fā)現RPC可以很好的滿足人行天橋項目的使用要求，且具有足夠的安全儲備[17]。另有人試設計了600m跨徑RPC拱橋，并與同種高強混凝土拱橋的受力性能和施工性能進行比較，得出超大跨徑RPC拱橋從結構受力性能和施工性能等方面而言均可行的結論[18]。薊港鐵路擴能改造工程中考慮到RPC（配合比見表7）高度的力學性能和良好的耐久性能，結合現場施工技術條件，低成本地成功使用RPC200梁[19]。

表5 同等承載力條件下不同混凝土材料生態(tài)性能比較

4.3 RPC應用于管道方面

美國為適應各種不同特點和用途的壓力管道，開發(fā)出了多種RPC下水道系統(tǒng)施工技術和方法[20]。國內有人建立RPC埋地輸水管道模型分析說明了RPC可應用于市政工程，并且給出了管道構造與施工要求的考慮[5]。

表6 某人行天橋C50與RPC橋面板應力參數

表7 預應力RPC簡支T梁配合比

4.4 RPC應用于其它方面

某研究在水膠比為0.21時，以如下配合比：m（水泥）：m（石英砂）：m（礦粉）：m（硅粉）=1:1.1:0.14:0.2，研發(fā)出新型的RPC仿古磚，成功運用于天安門地面改造工程[21]。另一研究針對某城市道路用磚，通過實驗研究采用RPC路面磚，其技術要求如表8，實踐檢驗后發(fā)現該路面磚不僅滿足《城市道路混凝土路面磚》標準要求，而且能增加混凝土路面磚的使用壽命[22]。

表8 RPC路面磚技術要求（尺寸為240 mm×480 mm×80 mm）

基于產品設計、成型模具開發(fā)、施工工藝等配套技術，有研究設計了新北京四惠立交東向北匝道橋RPC掛檐板，并在該項更換施工工程中取得成功應用[23]。

法國對一座核電廠的冷卻塔進行改造時采用RPC 材料替換原有已被嚴重腐蝕的桁架梁，說明RPC是制備新一代核廢料儲存容器的理想材料[24]。

5 RPC在我國研究和應用進程中存在的問題

現存突出問題有：在技術方面一是水泥強度等級較低：我國水泥細度和產量方面受到制約，52.5和62.5的水泥使用較少。二是優(yōu)質減水劑缺乏：萘系減水劑減水率20%左右，坍落度損失快，聚羧酸減水劑減水率30%～40%，坍落度損失少，但與膠凝材料、人工砂適應性變化大。三是養(yǎng)護制度不完善：在實際工程應用中，養(yǎng)護條件沒有達到RPC的養(yǎng)護要求，使得PRC性能不能夠發(fā)揮出來。另外由于硅灰的摻入、高效減水劑和鋼纖維的使用以及特殊條件下的成型和養(yǎng)護條件，提高了RPC的成本。且目前關于RPC僅有《客運專線活性粉末混凝土材料人行道擋板、蓋板暫行技術條件》、《活性粉末混凝土構件施工要點手冊》等規(guī)范[4]，尚未形成更廣領域的成熟的配置、檢測理論規(guī)范。

6 結 語

新型復合材料RPC有著高強度、高韌性、耐久性好等優(yōu)點，近年國外還進行著高溫下不同RPC的性能研究[25]、RPC抗沖擊與抗爆炸性能研究[26]、以建筑廢渣部分替代RPC中硅灰或水泥的研究[27]、以浮石為基礎的輕質RPC研究等[28]。相信RPC未來能在多方面最大程度地滿足時代的需求。RPC可能在將來建造高層建筑物、抗震結構、防泄漏工程等方面得到更廣泛的運用。

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The research and application status of reactive powder concrete

With advantages such as high compressive strength and good durability,once the specially prepared RPC (Reactive Powder Concrete）emerged,it has been favor of engineering materials community for it’s broad market prospect and application field.This article focuses on the newly mix proportion theory of RPC and research and application progress of relevant performance.Present problems and appropriate recommendations for the future development of RPC were also discussed in the end.

RPC；reparation；performance；application；problem

TU528

：B

：1003-8965（2017）02-0033-03