活性粉末混凝土研究分析

孔冲

摘要：活性粉末混凝土作为一种新型超高性能混凝土，其力学性能的影响因素一直是广大学者的研究热点，根据国内外科研工作者的研究成果，对活性粉末混凝土力学性能进行分析，并探讨了活性粉末混凝土的应用领域。

关键词：活性粉末混凝土；材料；研究

引言：活性粉末混凝土(ＲeactivePowderConcrete，简称ＲPC)是在20世纪90年代由法国一个实验室开发研究出的一种继高强混凝土和高性能混凝土之后的新型超高性能水泥基复合材料。

一、活性粉末混凝土(RPC)的产生

在19世纪20年代出现了波特兰水泥，从而形成了一种新型材料混凝土，用混凝土制成的构件易于成型、取材方便，因此混凝土在工程中得到了广泛的应用。随着社会的进步，工程结构更趋向于高耐久性、大型化等方向发展，而普通混凝土制作的结构脆性大、强度低、自重大、耐久性低、容易开裂等缺点逐渐出现，于是为了克服普通混凝土的以上缺点，研制出了高强混凝土（HSC），高强混凝土能够减小构件的截面尺寸，与普通混凝土相比自重大大减轻，耐磨性也得到了很好的改善，但是其抗弯拉强度仍不高，必须通过配筋来加强；其次，由于配筋增加，会使构件产生应力集中，造成开裂。为了解决以上缺陷，有些规范中将硅粉控制在10%，或者是将钢纤维掺入到硅粉混凝土中来控制开裂，并取得了一些成效。1982年，出现了高致密水泥基均匀体系，这种材料是利用合理的颗粒级配，使颗粒紧密堆积，抗压强度可以达到100～260MPa，但是脆性很大。针对以上问题，1993年，一种水泥基复合材料被法国BOUYGUES公司率先研制出，该水泥基复合材料克服了以上缺陷，具有超高强、高韧性，该材料增加了组分的反应活性和细度，被称为活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete），简称RPC。

二、RPC的材料性能

2.1RPC材料的组成

RPC材料是由水泥、石英粉、细石英砂、高效减水剂、硅灰等掺合料，细钢纤维和水拌和而成。与普通混凝土和高强混凝土相比，RPC材料中没有掺加粗骨料，目的就是为了消除砂浆界面与粗骨料之间的应力集中，并消除构件内部微裂缝。

2.2RPC的特性

RPC材料作为一种新型的水泥基复合材料，其具有超高的力学性能、超高的韧性、良好的耐久性和环保性能[2]：

2.2.1力学性能

表1列出了RPC材料与高强度混凝土（HSC）的主要力学性能参数。从表中的数据对比来分析，单从抗压和抗折两个性能对比来看，RPC200的最高抗压强度和最高抗折强度分别是HSC的2.3倍和6倍；RPC800的最高抗压强度和最高抗折强度分别是HSC的8倍和14倍。

表1RPC与HSC的主要力学性能对比

从表中的数据来看，RPC200的耐久性远高于高性能混凝土（HPC）和普通混凝土（NC）。

三、RPC的应用前景展望

活性粉末混凝土（RPC）的强度高、耐久性高、韧性高和环保性好等特点，活性粉末混凝土的抗压强度和抗折强度，以及其韧性和能量吸收力方面与普通混凝土和高强混凝土相比都凸显出明显的优势，这就预示着其具有广阔的应用前景。

3.1桥梁领域

铁路桥梁承受荷载大，在列车运行时动力响应剧烈，其跨度发展的速度和结构形式的创新方面与公路桥梁相比受到制约，在铁路桥梁当中，一直以来中小跨度占很大比例。混凝土梁桥具有耐久性差、架桥自重大、横向刚度小等缺点；钢梁桥具有噪音大、耐火性差、横向刚度小、易腐蚀、造价高等缺点，RPC作为一种新型的材料，应用在桥梁工程中，可以克服混凝土梁桥和钢梁桥的以上缺点，大大减小结构截面尺寸，减小结构自重，提高结构的承载能力。

3.2道路领域

由于RPC材料强度高，利用其制作的混凝土盖板，质量轻、结实耐用，并且造价偏低，在道路工程中深受人们欢迎。用RPC混凝土制作的道路、桥梁线槽盖板、雨水盖板等在工程中也得到了很好的应用。

3.3建筑结构领域

在建筑结构领域，可以利用RPC材料增大屋顶的跨度，来建造大跨度圆形屋顶，这在美国已经有了工程实例，在美国的伊利诺斯州有一座直径为18米的圆形屋盖就是采用RPC材料建成的，这个圆形无盖是由π型板组成，共24块，厚12.7mm，没有配置任何钢筋，仅用了11天就完成了现场拼装，施工工期大大缩短，因为使用先进的结构形式和新型建筑材料，该结构还获得Nova奖提名。

3.4核电站领域

RPC材料的孔隙率极低，材料的孔隙率低不仅可以防止放射性物质泄漏，还可以抵御外界腐蚀性介质的侵蚀，这是一种制备核电站工程的理想材料。在法国已经有了成功应用，一座核电站冷却塔受腐蚀严重，冷却塔内部是一个引导废液的倾斜面板，由纵横梁交错形成，冷却塔的废料有很高的侵蚀性，RPC材料孔隙率极低、抗渗性极高，利用其这一特性，用RPC材料将已经腐蚀严重的桁架梁替换掉，成功的完成了冷却塔的改造。

3.5抗震结构领域

RPC是一种高强度的混凝土材料，RPC材料制作构件可以大大减小构件的截面尺寸，从而使结构的自重减轻，地震时结构会产生惯性力，惯性力与结构的质量有关，结构质量小，惯性力相应就小。结构构件截面高度的减小允许结构构件在弹性范围内产生更大的变形。断裂能高和韧性高，构件在地震时可以吸收更多的地震能。框架节点处钢筋密集、绑扎困难，在框架节点处采用RPC材料，会将框架节点的抗震承载能力大大提高，并可以彻底解决框架节点区钢筋分布密集、箍筋绑扎困难和难以浇筑密实等问题。

四、结束语

RPC材料作为一种新型材料，其具有极高的强度、耐久性、良好的塑性、抵抗冻融循环、碳化及腐蚀、极高的耐磨性等特点，在桥梁、建筑、道路、石油、核电、海洋、军事等工程领域有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]卜良桃,罗恺彦.型钢外包活性粉末混凝土(RPC)的界面黏结性能[J].科学技术与工程,2018,18(03):307-312.

[2]邓建良.活性粉末混凝土的原材料及掺量选择探讨[J].住宅与房地产,2017(03):108.