活性粉末混凝土研究综述

崔天祥

摘要：活性粉末混凝土（RPC）是20世纪90年代开发出来的一种具有超高强度、高韧性、高耐久性的新型混凝土。活性粉末混凝土凭借优异的性能，得到了国内外众多研究人员的亲睐，发展前景广阔。本文主要对活性粉末混凝土在力学和耐久性能方面进行分析，并对活性粉末混凝土在工程中的应用进行展望。

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.

關键词：活性粉末混凝土;力学性能;耐久性能

Key words： reactive powder concrete;mechanical properties;durability

中图分类号：TU528                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）23-0256-02

0  引言

随着社会经济的快速发展，现代建筑挑战着更高、更大的跨度，并且越来越多的结构构件被应用到极端环境之中，因此对混凝土材料的性能提出了更高的要求。为了满足建筑结构的需求，具有超高力学性能及耐久性能的混凝土-超高性能混凝土（UHPC）应运而生。Richard[1]等人剔除了UHPC中的粗骨料，并掺加了高活性的火山灰材料，因此被称为活性粉末混凝土（RPC）。

RPC自问世以来便得到了广泛的关注，得益于其优异的耐久性能及力学性能，国内外研究学者对RPC力学性能，耐久性能进行大量的研究，国外已经将RPC大量运用在桥梁、房建等具体工程项目之中。国内众多学者已经对其材料的性能、优化配制技术、养护制度等方面有了诸多研究，目前在实际工程方面也有了实质性的进步，实现了很多成功案例。

本文作者对国内外研究人员RPC研究进展进行总结，为RPC进一步运用到更多工程实际提供参考。介绍了国内外对RPC配置技术、优化配比、材料性能研究等多个方面的研究进展。并分析了RPC的广阔应用前景。

1  RPC性能研究

作为一种超高强材料，RPC最高抗压强度可以达到800MPa，被称为RPC800，对比高性能混凝土的抗压强度只能达到100MPa，RPC同时拥有超高的弯曲强度，可以运用到抗压、抗弯强度大的构件之中。RPC与普通混凝土立方体试块类似，具有同样的尺寸效应，目前成型RPC立方体试块尺寸分为70.7mm×70.7mm×70.7mm和100mm×100mm×100mm两种。

1.1 RPC力学性能研究

Dugat J等通过试验研制出RPC200和RPC800，对其力学性能、弹性模量等进行了研究，最终确定了最佳纤维掺量。Yazici H等添加活性掺合料代替部分水泥并采用不同的养护条件，研究了 RPC 的各项力学指标，结果表明RPC拥有优异的力学性能。Yazici H等在已有研究基础上，研究了蒸汽加压对RPC的力学性能的影响规律，并通过SEM探讨了微观结构变化。Tomasz Zdeb等使用三种不同比表面积水泥制备RPC，并通过研究分析了的不同水泥制成的RPC的力学性能和微观结构，结果发现比表面积对其力学性能影响较大。Yazici H等通过蒸汽加压的方式制备RPC并研究其力学性能，试验结果表明蒸汽加压可以提高RPC抗压强度，但是会降低RPC的韧性和弯曲强度。

清华大学的覃维祖教授于1999年将活性粉末混凝土引进中国，国内的研究人员也对RPC的力学性能进行了多方面的研究。何峰[2]等通过对原材料种类及配合比设计等方面进行研究，成功研制出抗压强度达到298.6MPa的RPC。龙广成[3]等研究了养护制度对RPC强度的影响，通过试验对比热养护和标准养护两种条件下RPC抗压强度，结果表明：热养护条件下RPC强度比标准养护条件下RPC强度提高了40%。黄政宇[4]等通过养护条件对RPC强度影响的研究中发现：对比标准养护，热养护对RPC的抗压强度提高有帮助，对掺有不同掺合料的混凝土养护条件对其强度会有不同影响。郑文忠[5]等研究RPC配合比对其强度的影响，调整了不同材料对RPC性能的影响，发现影响RPC力学性能的最主要因素是水胶比。谢友军[6]等在RPC中掺入了超细粉煤灰代替石英砂，使用100°C的热水养护，测得RPC抗压强度达到200MPa。彭燕周等在RPC中掺入磷渣粉，通过试验测试其抗压、抗弯和耐久性能，研究结果表明掺入磷渣粉的RPC具有优异的力学和耐久性能。

毕巧巍[7]等在制备活性粉末混凝土过程中掺加了两种纤维，试验结果表明：两种纤维混杂后掺入能够在一定程度上提高RPC的力学性能。黄育[8]等通过研究了影响RPC抗压强度、抗折强度的因素，结果表明钢纤维有利于提高活性粉末混凝土的强度，同时钢纤维的形状不同对RPC的强度提高程度也不同。

1.2 RPC耐久性能研究

RPC不仅具有超高的抗压强度和弯曲强度，同时还具备优异的耐久性能。Roux通过电化学溶液试验测得RPC的氯离子扩散系数是20×1014m2/s。Lee等通过冻融循环来对比RPC和抗冻混凝土的相对动弹性模量损失，经过600次冻融循环后RPC的动弹性模量剩余96%，抗冻混凝土则剩余75%。Wang等研究了RPC经过1500次氯盐冻融循环试验后试件破坏情况，研究结果发现3000nm以上的微裂纹增加明显。Liu通过研究发现只采用干热养护，RPC早期干缩明显，他提出用高热加高湿养护RPC的极限收缩率可以降低40%以上，多种养护制度混合可以减小RPC早期收缩。

曹青[9]和施惠生[10]在RPC中掺入了矿物掺合料，并进行了氯离子渗透试验。试验结果表明，掺加矿物掺合料可以提高RPC抗渗透性能和密实性，但会降低其强度，掺加矿物掺合料不仅可以节约成本，还可以帮助节能减排。范云廷[11]和梁勇[12]研究发现掺加玄武岩纤维可以有效的提高RPC的抗氯离子渗透能力，并通过实验发现水胶比0.22，玄武岩纤维体积掺量为0.1%时RPC抗氯离子渗透能力最好。黄政宇和杨吴生[13]将经过养护后的RPC试块分别放置在自来水和人工海水中浸泡180天，测得其抗压强度和抗折强度较浸泡前有小幅度提高，结果表明RPC抗侵蚀能力显著。闫光杰[14]等对RPC200进行抗渗性能研究，研究结果发现RPC的抗渗性能大于P16，质量和动弹性模量几乎没有损失。寇佳亮[15]等通过试验研究发现RPC具有良好的抗硫酸钠侵蚀和抗冻融性能，并通过SEM研究了RPC的微观结构，结果发现RPC的微观结构更为致密，使其拥有超高的强度和更好的耐侵蚀能力。周瑞忠[16]等对RPC的疲劳与断裂性能进行了深入研究，并提出了RPC疲劳强度计算方法。

综上所述，国内外众多研究人员在RPC力学性能及耐久性能方面的进行了大量的研究，研究表明：RPC具有超高的力学性能与优异的耐久性能，为RPC广泛运用在工程建筑之中提供了坚实的理论基础。

2  RPC在工程中的应用

国外对RPC建筑应用较早，早在1994年10月，加拿大对RPC200进行小批量生产，并获得成功，由此证明RPC工业化生产的可行性。并于1997年在加拿大Sherbrooke建成了世界上第一座RPC人行桥，于1999年获得了Nova奖提名。2001年美国在伊利诺斯州建成了一个由活性粉末混凝土制成的直徑18米的圆形屋盖，相较于钢结构拼装需要35天，现场拼接仅用时11天，大大缩短了工期，并获得了2003年的Nova奖提名。2002年在韩国首尔建成了一座跨度为120m的RPC人行天桥，该桥没有布置普通钢筋，主跨全部由RPC材料制成，建造规模和难度大大超过了Sherbrooke桥，成为RPC工程应用的里程碑式建筑。2008年法国仅用时一个月就建成了一座高跨比1/38，跨度70m的Anges 步行桥，该桥仅有144t，大大降低了桥身自重。

国内RPC应用主要在韧性道板、铁路桥梁和沟槽盖板上。2005年沈阳某工厂设计制作了84根预制梁于预制构件，采用抗压强度为125MPa的RPC材料。2016年，我国第一座由RPC制成的过街天桥在长沙北辰三角洲验收成功，桥面厚度仅20cm，设置两个桥墩，该桥水泥使用量仅为普通混凝土一半，符合可持续发展的生态理念。

3  结论

①RPC拥有远超于传统混凝土的强度和耐久性能，超高的强度使其可以应用在大跨度和高承载能力的结构和构件中，优异的耐久性还可以运用到极端的环境中。但由于对RPC结构与载荷尚未研究透彻，复杂的组成材料和养护工艺使得造价成本较高，目前RPC材料并未广泛运用在工程建筑之中。

②由于施工现场条件限制，目前很难达到RPC成型所需的热养护条件，所以目前只能制作一些RPC预制构件，可以尝试改变养护制度，采用常温养护制作RPC。

参考文献：

[1]Pierre Richard，Marcel Cheyrezy. Composition of reactive powder concretes[J]. Elsevier Ltd，1995，25（7）.

[2]何峰，黄政宇.200～300MPa活性粉末混凝土（RPC）的配制技术研究[J].混凝土与水泥制品，2000（04）：3-7.

[3]龙广成，谢友均，陈瑜.养护条件对活性粉末砼（RPC200）强度的影响[J].混凝土与水泥制品，2001（4）：15-16.

[4]何峰，黄政宇.养护制度对活性粉末混凝土（RPC）强度的影响研究[J].混凝土，2000（02）：31-34.

[5]郑文忠，李莉.活性粉末混凝土配制及其配合比计算方法[J].湖南大学学报（自然科学版），2009，36（02）：13-17.

[6]谢友均，刘宝举，龙广成.掺超细粉煤灰活性粉末混凝土的研究[J].建筑材料学报，2001（03）：280-284.

[7]毕巧巍，杨兆鹏，铰全，等.混杂纤维（玻璃纤维与钢纤维）活性粉末混凝土的力学性能[J].大连交通大学学报，2009，30（6）： 19-21.

[8]黄育，王必斌，陈万祥，毕亚军.不同钢纤维对RPC性能影响的试验分析[J].解放军理工大学学报（自然科学版），2003，4（05）：64-67.

[9]曹青，谭克锋，袁伟.矿物掺合料对水泥基材料氯离子固化能力影响的研究[J].四川建筑科学研究，2009，35（03）：189-192.

[10]施惠生，施韬，陈宝春，姚玉梅.掺矿渣活性粉末混凝土的抗氯离子渗透性研究[J].同济大学学报（自然科学版），2006（01）：93-96.

[11]范云廷.玄武岩纤维RPC基本力学性能及耐久性研究[D].东北电力大学，2017.

[12]梁勇，夏佳军.玄武岩纤维活性粉末混凝土氯离子渗透性能研究[J].低温建筑技术，2018，40（09）：24-25，36.

[13]杨吴生，黄政宇.活性粉末混凝土耐久性能研究[J].混凝土与水泥制品，2003（01）：19-20，26.

[14]闫光杰，阎贵平，安明喆，陈毅卓.200MPa级活性粉末混凝土试验研究[J].铁道学报，2004（02）：116-119.

[15]寇佳亮，刘云昊，张浩博.活性粉末混凝土力学性能及耐久性能试验研究[J].建筑结构，2018，48（02）：48-54，47.

[16]周瑞忠，姚志雄，石成恩.活性粉末混凝土为基底材料的断裂和疲劳试验研究[J].水力发电学报，2005（06）：40-44.