RPC混凝土耐久性能研究进展

李泽良

【摘 要】活性粉末混凝土是一种高耐久的新型超高性能水泥基复合材料，其应用前景非常广阔。基于国内外已有研究成果，总结了活性粉末混凝土耐久性能的研究现状，简要分析了目前研究中存在的不足和有待研究的问题，以期为其深入发展与应用提供参考。

【关键词】活性粉末混凝土；劣化机理；耐久性

0 引言

活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，简称RPC）是一种由级配良好的石英砂、水泥、活性掺合料、高效减水剂、钢纤维与水拌合后经湿热养护而成的新型超高性能水泥基复合材料。相较于普通混凝土和高性能混凝土，RPC具有更好的抗氯离子渗透、抗碳化、抗腐蚀、抗渗、抗冻和耐磨等耐久性能，可以广泛应用于土建、石油、市政、水电等工程领域中。

目前，国内外学者对RPC的研究众多，诸如配合比设计、养护制度、与钢筋的黏结性能、耐久性能以及构件设计方法等。基于已有研究成果，本文着重综述了RPC耐久性能的研究现状，简要分析了目前研究中存在的问题，以期为RPC的发展和工程应用研究提供参考。

1 RPC耐久性能研究

混凝土材料耐久性失效引发的工程事故屡见不鲜，导致的经济损失也十分巨大。因此RPC耐久性研究具有重大的实际意义。目前，已有许多学者对其进行了探讨，研究内容包括抗冻性、抗氯离子侵蚀性、抗碳化性、抗收缩性、抗化学侵蚀性等。

1.1 抗冻性

刘斯凤按照AST-MC666试验标准完成了RPC冻融循环试验，并采用质量损失率和耐久性指数评价其抗冻性能。结果表明：经过600次冻融循环后，RPC质量损失约为0.3%，耐久性指数均大于等于100。

安明喆对RPC进行了300次冻融循环试验，试验后试件无质量损失，动弹性模量损失只有6%，耐久性指数接近100%，而相同条件下高性能混凝土在250次冻融循环后质量损失已超过5%，动弹性模量损失36.4%，耐久性指数仅为47.8%，说明RPC抗冻性远高于高性能混凝土。

鞠彦忠设计了9组RPC试件，分析了水胶比、硅灰水泥比和钢纤维含量对RPC抗冻性的影响规律。经受100次冻融循环后，各组RPC试件外观几乎无变化，质量损失几乎为0，抗压强度损失均小于10.1%。通过极差分析和方差分析后得知，水胶比是影响RPC抗冻性最主要的因素，其次是硅灰水泥比，最后是钢纤维掺量。

1.2 抗氯离子侵蚀性

氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀是造成混凝土结构破坏的最主要原因。金凌志采用NEL法测定了不同温度和活性掺合料RPC试件的氯离子扩散系数。测定结果显示，RPC具有良好的抗氯离子侵蚀性，当养护温度相同、替代硅灰比例相同时，抗氯离子侵蚀性大小依次为粉煤灰>石英砂>微硅粉；当同一矿物掺合料替代硅灰比例相同时，养护温度越高，RPC抗氯离子侵蚀性越好。曹霞同样采用NEL法进行了16组不同钢纤维和聚丙纤维掺量的RPC试件的抗氯离子侵蚀性试验。结果表明，湿热养护大幅改善了RPC的抗氯离子侵蚀性，但钢纤维对抗氯离子侵蚀性是不利的，从性能和经济效益方面综合考虑，建议混掺掺量为2%钢纤维+0.2%聚丙烯纤维。

施惠生参照ASTMC1202-97标准对掺矿渣RPC抗氯离子侵蚀性进行了研究，随着矿渣掺量的增大，抗渗性不断下降，掺入钢纤维后通电量减小，硅粉对抗氯离子渗透有促进作用。叶青也采用ASTMC1202方法研究了RPC和高强度混凝土的抗氯离子侵蚀性，RPC6h电迁移量仅为22.9C，水胶比0.25的高强度混凝土6h电迁移量为421C，几乎为RPC的20倍，说明RPC抗氯离子侵蚀性优于高强度混凝土。

1.3 抗碳化性

碳化会降低混凝土碱度，破坏钢筋表面钝化膜，减弱对钢筋的保护作用，导致钢筋锈蚀，进而影响混凝土结构的耐久性。未翠霞参照 JGJ70-90进行了RPC加速碳化试验，各RPC试件28d的碳化深度均为0mm，而同样条件下C80高强混凝土试件的平均碳化深度为1.37mm、C35普通混凝土试件的平均碳化深度为2.5mm。安明喆的试验结果也表明RPC在7、14、28d的碳化深度均为0mm，同样条件下高性能混凝土的碳化深度分别为0.9mm、1.7mm、2.1mm。东南大学也采用加速碳化的方法，测试了RPC3、7、14、28d的碳化深度，结果分别为0、0、0和0.25mm。

1.4 抗收缩性

LIU Juan-hong采用砂浆收缩仪测定了40mm×40mm×160mm大掺量矿粉RPC棱柱体试件的收缩性能，研究表明试件的早期收缩非常小（300×10-6以下）。C.M.Tam研究了不同条件RPC的收缩结果，标养成型1d后干缩值为800×10-6，掺入2%钢纤维可以减小收缩；1d拆模、3d（20±3）℃水中养护、3d（100℃）蒸汽养护后干缩值仅为400×10-6，14d后自收缩不再增长。陈广智则研究了配合比和养护条件对RPC变形特性的影响，结果表明，采用低水胶比掺入钢纤维以及采用高温蒸养都可以减小收缩值，且RPC后期稳定收缩值明显小于普通混凝土。

1.5 抗化学侵蚀性

宋少民分别对大掺量粉煤灰RPC进行了硫酸盐干湿循环和浸泡试验，10次干濕循环（浸泡48h，80℃烘干48h）后抗压强度由124.7MPa增大为181.4MPa，而浸泡相同时间的试件强度几乎没有改变，20次后增大为199.2MPa，可见RPC具有良好的抗硫酸盐侵蚀性。叶青考虑不同的侵蚀条件，采用抗压强度抗侵蚀系数对比评价了RPC和高强混凝土的抗化学侵蚀性。在5%H2SO4溶液中浸泡3个月后，RPC和高强混凝土的抗侵蚀系数分别为42%、36%；在20%Na2SO4溶液中浸泡6个月后，其抗侵蚀系数分别为98%、97%；在20%（NH4）2SO4中干湿循环（浸泡12h，60℃烘干12h）6次后，其抗侵蚀系数分别为54%、46%；在5倍人工海水中浸泡6个月后，其抗侵蚀系数分别为89%、86%；在5倍人工海水中干湿循环180次后，其抗侵蚀系数分别为59%、43%，研究表明了RPC的抗化学侵蚀能力明显高于高强混凝土。何峰则通过研究硫酸溶液和盐酸溶液对RPC强度的影响着重考察了RPC的耐酸性，结果表明随着浸泡时间的延长，RPC表现出良好的抗硫酸侵蚀性，而浸泡在醋酸溶液中的RPC抗弯强度和抗压强度明显低于浸泡在硫酸溶液中的RPC，弱离解的醋酸溶液对水泥基材料的侵蚀作用也比强离解硫酸溶液更强。

综合以上研究，尽管试验方法、评价方法不同，但所得结论均表明活性粉末混凝土具有良好的抗冻性、抗氯离子侵蚀性、抗碳化性和抗化学侵蚀性，收缩值也明显小于其他混凝土，但劣化机理尚不明确，考虑多重侵蚀因素耦合的研究也比较少，无法进行有效的耐久性寿命预测。

2 结语

国内外学者对活性粉末混凝土耐久性能进行了广泛的探讨，证明了活性粉末混凝土具有耐久性优良的特点，但是以下问题制约了PRC技术在工程实践中的广泛应用：

（1）目前制备RPC需要湿热养护，现浇施工存在一定困难，限制了其在实际工程中的运用。

（2）硅粉、高效减水剂、钢纤维的掺入以及特殊的成型和养护条件提高了RPC的生产成本。

（3）由于地域限制，配制RPC的优质原材料很难在一个地区采购齐全，进一步导致了RPC成本的增加，阻碍了其推广和使用。

今后需要对以上问题进行深入的理论和试验研究，以推动活性粉末混凝土更广泛、更合理的应用。

【参考文献】

[1]吕雪源，王英，符程俊，等.活性粉末混凝土基本力学性能指标取值[J].哈尔滨工业大学学报，2014，10：1-9.

[2]鞠彦忠，王德弘，单明.活性粉末混凝土力学性能及冻融性能研究[J].实验力学，2012，2：214-220.

[3]金凌志，何培，陈宜虎.不同活性掺合料RPC抗氯离子渗透性能试验研究[J].混凝土与水泥制品，2014，6：21-27.

[4]曹霞，李文龙，陈宜虎.掺入两种纤维的RPC氯离子扩散性能试验研究[J].混凝土与水泥制品，2014，5：42-45.

[5]安明喆，李同乐.活性粉末混凝土损伤后的抗氯离子渗透性能研究[J].混凝土，2012，3：15-17.

[责任编辑：朱丽娜]