RPC强度影响因素研究综述

（吉林建筑大学交通科学与工程学院，吉林长春 130118）

0 引言

1990 年代法国Bouygues公司的Richard P开发了活性粉末混凝土，是一种具有超高强度，低脆性，出色的耐久性以及广泛应用前景的高密度水泥基复合材料[1]。与普通混凝土相比，RPC不含粗骨料，由石英砂，大量胶凝材料，并加入减水剂及钢纤维在一定的工艺条件下制成。RPC的抗压强度可以达到100-800 MPa，弯曲强度可以达到30MPa[2]。通过掺入纤维，RPC的韧性大大提高。因其超高的强度和良好的韧性，RPC越来越受到广大研究者的青睐，其研究及在工程上的应用具有巨大的潜力。但是通过目前的发展形势来看，RPC想要广泛应用还存在着一些问题，本文就影响RPC强度的几个影响因素进行了归纳和总结。

1 养护方式对RPC的影响

不同养护方式对RPC强度的影响十分显著，为了研究自然养护、标准养护和高温养护等3种养护方式对RPC的力学性能增效效果。鞠彦忠等[3]采用表1所示的养护制度以0.20的水胶比养护钢纤维RPC。三种养护条件下的不同钢纤维掺量抗压及劈裂抗拉强度结果如图1、2所示，劈裂抗拉强度在钢纤维含量低于2%时，与纤维掺量成正比，随纤维体积掺量增加而增加，在标准养护条件下，其劈裂抗拉强度增幅12.5%，自然养护条件下，其劈裂抗拉强度提高了22.7%，高温养护条件下，其劈裂抗拉强度提高了11.4%。劈裂抗拉强度在钢纤维含量高于2%强度为10.8MPa，增幅微小。通过试验发现，三种养护方式中高温养护条件最利于RPC抗压强度的提高，不过对劈裂抗拉强度提高较小。

表1.三种养护方式具体方法

图1.不同养护条件下钢纤维含量对抗压强度的影响

图2.不同养护条件下钢纤维含量对劈裂抗拉强度的影响

2 水胶比对RPC的影响

水胶比是影响RPC强度的一个重要影响因素，选择合理范围内的水胶比对RPC的强度有巨大提升。寇佳亮[4]使用正交试验方法，将水胶比、硅灰掺量、石英粉掺量、粉煤灰掺量、钢纤维掺量、砂胶比及减水剂含量等七个变量作为影响因素在常温养护条件下进行了抗压强度和抗折强度试验研究，发现水胶比在0.18对RPC两种强度的影响最为显著。何晓雁[5]对RPC的可加工性和力学性能进行了实验研究。在整个正交试验中，将水胶比，砂胶比，减水剂、粉煤灰替代水泥量和玄武岩纤维含量等五个变量作为影响因素。运用极差法分析得出水胶比为主要的影响因素，所得最大RPC抗压强度是在水胶比为0.2时，最大抗弯曲强度在水胶比为0.16时。然而，如果水与胶凝材料的比例为0.16，则RPC的混合难度将很高，成型将很困难，流动性将很低，并且难以大规模推广和应用，因此从施工技术和成本控制的角度来看，建议选择水与胶凝材料的比例为0.2。降低水胶比，使得胶凝材料增多，可以一定程度上促进内部的水化反应，使得基体更加致密，从而提高了RPC力学性能。

3 矿物掺合料对RPC的影响

矿物掺合料也是影响RPC强度的一个重要影响因素，选择合适的矿物掺合料范围对RPC的强度提升十分明显。硅灰是最常见的矿物混合物，凭借其极小的颗粒和较大的比表面积，故填充在各种间隙中，从而改善了基体的致密性。刘振国[6]通过硅灰不同掺量对RPC进行抗压和抗折强度试验得出硅灰掺量为25%时各项力学性能达到最优。李新星[7]将水胶比、减水剂含量、砂胶比、硅灰含量、粉煤灰含量以及钢纤维含量等六个变量作为RPC强度影响因素，对活性粉体混凝土（RPC）进行正交试验设计研究。对各种养护时间和养护方式下流动性和抗压的影响各构成材料的贡献率进行分析，粉煤灰的最佳含量为水泥含量的30%。硅灰最合适的混合量是水泥混合量的25%。通过掺入适当范围的粉煤灰，同样可以促进水化反应，并且可以起到填充和致密混凝土基体的功能，从而提高RPC的强度。但是，如果粉煤灰的量过多，水泥材料的量减少，水化生成物减少，影响水泥基体的密度，从而减小了RPC的强度。

4 钢纤维对RPC的影响

RPC中加入纤维不仅可以改善其脆性，一定合理范围内的纤维掺量也使得RPC强度大幅提升。姜宇[8]在标准养护条件下对不同钢纤维含量的RPC试件进行工作性能和力学性能测试，通过分析不同钢纤维掺量的RPC流动性、抗压强度、抗折强度、折压比后得出钢纤维最佳混合量为2%至3%。马恺泽[9]测试并研究了在三种养护条件下，不同体积含量的钢纤维对RPC抗压强度，弯曲强度影响。当钢纤维体积范围在0.5%-1.5%之间时，抗压强度显著提高，钢纤维体积范围在2.5%-3.5%之间时，明显提高了抗弯曲强度。鞠彦忠[10]通过对RPC的抗压强度、抗拉强度、抗弯强度三种基本力学性能进行试验研究。发现在钢纤维体积含量为1.0%-3.5%之间时，钢纤维含量增加对RPC抗压强度提升明显。RPC抗压强度在钢纤维体积含量超过3.5%后，几乎不再增长。RPC中钢纤维体积含量在1.0%-2.0%间时，劈裂抗拉强度和抗弯曲强度仅有很小的变化。劈裂抗拉强度和抗弯曲强度在钢纤维体积掺含量达到3.5%后，提升明显。以后钢纤维体积含量若持续增加劈裂抗拉强度增长缓慢，但弯曲强度仍有提高。对于承受拉力或需要高延展性的RPC结构，建议适当增加钢纤维的数量，并选择约3.0%的钢纤维体积含量。

5 混掺纤维对RPC的影响

现有研究多是采用单掺纤维提高RPC力学性能[11-13]，单掺某一种纤维对混凝土韧性和抗裂性能等均有改善，但仅对混凝土一种性能提升明显，不能从多个方面提高混凝土的整体性能。适量的纤维混合不仅可以改善混凝土抗压强度和抗拉强度等力学性能，而且对改混凝土的延性和抗韧性能的改善有巨大作用。对RPC混掺纤维的研究多是将玄武岩纤维与聚丙烯纤维混掺、将钢纤维与聚丙烯纤维混掺。柳福鑫[14]使用钢和聚丙烯纤维作为增强材料，在室内中研究了以上两种类型的纤维的单一和混合对混凝土物理力学性能和收缩性能的影响。室内测试的结果是，当将钢纤维和聚丙烯纤维混合时，可改善混凝土混合物的可加工性，并且改善混凝土力学性能的效果较仅由上述两种纤维单掺的混凝土更好；想要得到最佳的混凝土的力学性能，可以掺入1.0kg/m3聚丙烯纤维和40kg/m3的钢纤维。混合两种类型的纤维可以显着减少混凝土的初期和后期收缩，并显着提高混凝土的抵抗力。混凝土断裂面可以看出，聚丙烯纤维和钢纤维混合以填充所有水平的混凝土裂缝，可以有效地改善和提高界面过渡层的性能，从而可以使各种纤维的性能最大化，并且可以达到裂缝通过骨料间的成效。同时混合两种类型的纤维可提供协同，混合和叠加效果，这比单独混合任何一种纤维要好。鞠彦忠[15]为研究单掺和混掺玄武岩纤维及聚丙烯纤维对RPC力学性能的影响，进行了立方体抗压和劈裂抗拉试验。研究发现：两种纤维混掺对RPC力学性能提升显著，混掺聚丙烯纤维0.033%和玄武岩纤维0.15%时RPC抗压强度最高，比普通RPC的抗压强度高14.1%。RPC劈裂抗拉强度最高时，玄武岩纤维的体积含量为0.15%并且聚丙烯纤维的体积为0.025%，较素RPC提高了52.1%。对于钢纤维与玄武岩纤维混掺多是普通混凝土的研究，关于混掺钢纤维及玄武岩纤维RPC的研究报道较少。

6 结论

（1）高温养护对RPC抗压强度的提升效果显著，但对劈裂抗拉强度影响不大

（2）水胶比的变化对RPC材料的力学性能、工作性能及耐久性均有显著影响，故对RPC制备过程中应对水胶比进行严格控制，一般不大于0.2。

（3）为得到强度较好的RPC，应将矿物掺合料掺量控制在一个合理范围，通常粉煤灰掺量在水泥掺量30%左右，硅灰掺量在应为水泥掺量25%左右。

（4）适当的单掺纤维能一定程度的提高RPC强度，不同养护条件及配合比下的最佳纤维掺量均不相同，一般钢纤维在3%以内。在一定范围内混掺纤维对RPC提升巨大，均较单掺纤维RPC力学性能好，不同的混掺纤维组合有各自的优点。