活性粉末混凝土(RPC)的发展及应用

摘要：活性粉末混凝土(RPC)新近研发出来的一种超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定性良好的水泥基复合材料，具有广阔的研究与应用前景。本文主要介绍了RPC的力学特性和使用优点，概述了RPC目前在国内、外工程中的应用现状。

1、引言

活性粉末混凝土(Reactive PowderConcrete，简称RPC)是继高强，高性能混凝土之后，于20世纪90年代由法国人P.Richard开发出的新型水泥基复合材料，由法国最大的营造公司一Bouygues公司的以PierreRichard为首的研究小组在1993年率先研制成功。该材料具有超高强度、超高耐久性、高韧性、良好的体积稳定性和环保性能，因此能够符合建设大跨轻型结构以及在严酷环境条件下工作的结构物的需要，成为国际工程材料领域一个新的研究热点。

RPC作为一类新型混凝土，不仅可获得200MPa或800MPa的超高抗压强度，而且具有30MPa～60MPa的抗折强度，有效地克服了普通高性能混凝土的高脆性，RPC的优越性能使其在土木、石油、核电、市政，海洋等工程及军事设施中有着广阔的应用前景。

2、RPC混凝土的力学特性

RPC混凝土按抗压强度将其分为200MPa级、500MPa级和800MPa级。200MPa级的RPC材料已在工程中应用，500MPa级尚处在试验室研究阶段，800MPa级RPc材料则处在试验室试配阶段。不同强度等级的RPC所用的原材料级配与生产工艺有较大的差异。RPC由细石英砂、水泥、水、硅灰、细钢纤维、高效减水剂等组成。与高性能混凝土(HPC)和普通混凝土不同，RPC中没有了粗骨料，从而可使材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝)减到最少，通过掺入细短钢纤维以提高韧性和体积稳定性，通过蒸汽养护来加速RPC的水化反应和改善微观结构，促进细骨料与RPC的反应，改善界面的粘结力，进而提高混凝土的各项性能。

3、RPC混凝土的优点

从工程应用角度来看，RPC混凝土有以下的优点： (1)原材料组成简单。RPC的原材料与普通混凝土基本相同，原材料来源广泛；(2)生产工艺容易实现。除了在搅拌速度、原材料的添加顺序、养护条件等按设计要求加以控制外，其它方面无特殊要求；(3)RPC可以有效地减小结构物的自重。RPC具有很高的抗压强度和抗剪强度，在结构设计中可以采用更薄的截面或具有创新性的截面形状，从而使结构自重比普通混凝土结构小得多；(4)可以大幅度提高结构物的耐久性。RPC材料剔除了粗骨料，减小了界面过渡区的厚度与范围。骨料粒径的减小，其自身存在的缺陷机率减小，整个基体的缺陷也减小。RPC十分密实，孔隙率极低。它不但能够阻止放射性物质从内部泄漏，而且能够抵御外部侵蚀性介质的腐蚀。从整体上提高了体系均匀性，强度和耐久性；(5)采用RPC设计的构件，可以极大地减少箍筋和受力筋的用量，甚至可以不设置箍筋；(6)RPC构件便于工厂化预制、现场拼装，使质量有保证且提高施工速度，符合工程结构发展的大方向t(7)RPC结构的高耐久性极大地减小了维护费用、延长了使用寿命，因而具有很高的性能价格比；(8)RPC材料的韧性和结构自重的减小有利于提高结构的抗震和抗冲击性能；(9)RPC的抗火性、耐火性以及抗腐蚀能力远远高于钢材。

4、RPC混凝土在国内，外的应用

4.1　RPC混凝土目前在国际上的应用

结合RPC的优良力学性能和耐久性能，诸多国家开展了多方面的应用研究，并已建成了一些工程结构。加拿大于1997年在Quebec省的Sherbrooke建成了首座RPC人行／自行车桥。该桥跨越Magog River，结构形式为上承式预应力桁架结构，其上下弦杆和桥面板采用RPC制成，弦杆截面尺寸为200×300mm；腹杆由内置RPC的不锈钢管制成，直径为150mm。弦杆的抗压强度200Mpa，腹杆的抗压强度350Mpa，桥梁跨度为60m，桥面宽4.2m。桥面板为厚30mm的RPC无筋肋板，肋高70mm，肋间距1.7m。该桥均按常规混凝土工艺预制，预制节段长10m、高3m，每个节段运到现场后再用后张预应力拼装。该桥获得1999年Nova奖提名。建成后至今使用状态良好。

美国CPAR计划及法国与美国陆军工程师团合作生产的RPC制品包括：大跨度预应力混凝土梁、压力管道及放射性固体废料储存容器。预应力混凝土梁中由RPC材料承受剪切力，可完全取消附加的抗剪配筋，而且还可以减小梁的截面和配筋量；压力管道由于采用了RPC不仅提高了管道的工作压力，而且还大大增强了对侵蚀性介质的抗侵蚀能力；用RPC制备的固体废料储存容器，可长期储存中、低放射性废料，其使用寿命可高达500年。

4.2　RPC混凝土在国内的应用

国内在多方面对RPC混凝土的应用进行了研究，由深圳大学研发的RPC混凝土井盖已经获得了实用新型专利，利用RPC混凝土优点制成的井盖彻底解决井盖的偷盗问题，又具有很好的环保效应，具有良好的发展前景。

由北京交通大学、铁道第一勘察设计院和中铁三局集团公司组成的课题组，研制成功了桥梁用RPC混凝土人行道板及支架，具有高耐久性、结构合理、便于生产和安装、价格适中等特点。采用新型RPC人行道板结构型式来替代传统的角钢支架及普通混凝土板，利用RPC的优异性能，可减小构件尺寸和自重，同时提高使用寿命和耐久性，大大减少人行道结构的维修工作量。RPC人行道板在铁路桥梁与城市轨道交通上使用具有重要的现实意义，必将带来重大的经济和社会效益。

5.1　RPC的发展及应用前景

RPC具有极其优越的性能，可应用的领域也非常广泛。在桥梁、路面工程、建筑工程、水利工程、特种结构、军事工程等多个领域里都有应用。

(1)利用RPC的高强度与高韧性，在不配筋或少量配筋的情况下能生产薄壁构件、细长构件和其他新颖结构形式的构件，可代替钢结构从而大幅度降低工程造价。

(2)采用RPC可以显著地降低结构层高，用其制作的立交桥、过街天桥、城市轻轨高架桥、大跨度桥梁等，可增加桥下净空间，减少桥墩和基础配筋，缩短引桥长度降低造价并缩短工期。

(3)RPC钢管混凝上具有极高的抗压强度、弹性模量和抗冲击韧性，可用它来制作高层或超高层建筑的柱子，可大幅度减少截面尺寸增加建筑物的使用面积。

(4)利用RPC的超高抗腐蚀与抗拉性能，制造压力管道和腐蚀性介质的输送管道。

(5)利用RPC的超高抗渗性与高冲击韧性，制造中低放射性核废料储藏容器，可延长使用寿命并降低发生泄漏的概率。

参考文献：

[1]王震宇，陈松来等，活性粉末混凝土的研究与应用进展[J]，混凝土，2003(11)：38-42。

[2]张立军，安明晶等，活性粉末混凝土及其工程应用[J]，世界科技研究与发展。

[3]施韬，叶青，活性粉末混凝土的研究和应用中存在的问题[J]，建筑石膏与胶凝材料。

[4]鄢飞，活性粉末混凝土研究进展[J]，福建建筑[J]，2008(8)：127-129。