活性粉末混凝土(RPC)的研究进展及应用

摘 要：活性粉末混凝土（Reactive powder concrete，RPC）是20世纪90年代产生的一种高性能新型建筑材料，它具有高强度、高韧性和良好耐久性等力学特征，较普通混凝土具有明显的优势。本文主要介绍RPC材料的发展历史和研究进展，并分析指出了它在土木工程领域中良好的应用前景。

关键词：活性粉末混凝土；研究与应用；进展

混凝土作为土木工程应用最广泛的建筑材料，在现代建筑工程中发挥着非常重要的作用，与此同时高性能混凝土也得到了越来越多的关注。在上世纪末，全世界著名的建筑企业―法国布伊格（Bouygues）公司率先研制开发出了活性粉末混凝土（Reactive Powder Contrete，RPC），研究表明它是一种具有高强度、高韧性和良好的耐久性以及稳定性的水泥基复合材料，在建筑、土木、航空等很多领域有着良好的应用前景。随后，活性粉末混凝土引起了国外工程界强烈的反响，并最终得到了较为广泛的应用[1]。

一、RPC的骨料品种及研制原理

在一般情况下，RPC是由、水泥、石英粉、硅灰、石英细砂组成，也可外加高效减水剂等调和成分。此外，为了提高RPC的韧性和延性有时也可加入少量的钢纤维；然后，在经过加压加热和养护成型后，RPC即会凝结硬化形成。需要特别注意的是，在研制RPC时，我们应尽量选用颗粒粒径变化范围较小的骨料，如石英砂可采用粒径在100～400μm范围之内，而其平均粒径为200μm左右；水泥粒径可选为60～90μm之间；硅灰的平均粒径的取值范围可为0.15～0.3μm，详见表1中。

表1 RPC组成成分的粒径均值范围

RPC组成成分 粒径均值范围（μm）

石英砂 100～400

水泥 60～90

硅灰 0.15～0.3

石英粉 10

此外，研究人员还需在新拌混凝土凝结之前以及凝结期间，适当给材料施加压力，从而可以提高FRC材料的强度以及密实度，充分保证材料的品种，表现出优异的力学性能。文献[2]针对于RPC和HSC材料的基本力学性能进行了比较分析，结果见表2，可以发现RPC的各项指标明显优于HSC材料。

表2 RPC与HSC的基本力学性能对比

材料类别 RPC 200 RPC 800 HSC

抗压强度/MPa 170～230 500～800 60～100

抗折强度/ MPa 30～60 45～140 6～10

弹性模量/GPa 50～60 65～75 30～40

二、国内外RPC的研究及应用现状

当前，欧美等国家对RPC 配制技术的研究已经非常的成熟，几十年来有不少学者对RPC的材料配合比、强度和耐久性等方面进行了相关的试验研究，结果表明RPC 具有非常好的密实度，它的抗压强度要明显高于相应级别的普通混凝土材料。如今国外有很多RPC应用的工程实例，法国BOUYGUES公司研发的RPC制品生产项目产品主要有：大型压力管道、预应力的钢筋混凝土梁和放射性核废料储存器等。

1994年，加拿大学者对RPC 配合比进行了改进研究分析，并进行了工业化的试验，最终研制的成果为无纤维RPC钢管混凝土，并将其用于位于加拿大魁北克的一座70 米跨的钢筋混凝土桥，即Sherbrooke步行桥。该桥采用了RPC 钢管混凝土桁架、无、桥面板和纤维RPC钢筋混凝土梁以及加劲肋等构件，并取得了重大成功。优于该工程使用了RPC材料，其自重得到较大幅度减少，同时其承载力和耐久性能也得到了显著的改善[3]。

在我国，与欧美国家存在不同之处，研究人员考虑到我国现有的技术及相关方面工程实践经验，建议用水泥-粉煤灰-硅粉三组分胶凝材料系统对RPC材料进行了一系列的试验研究分析。文献[4]针对于RPC 的制备技术与力学性能研究进行了较为全面的试验研究，主要分析验证了水胶比、粉煤灰和硅粉等基本的因素对RPC 强度以及流动性等方面的影响，同时也针对材料的养护条件、凝结时间对RPC强度等方面的影响进行了相关的理论研究与分析。研究结果发现：由于掺入了粉煤灰，较低水胶比的活性粉末混凝土成型时的密实度和工作效果得到了较大程度的提高，且可取得与国外的水泥-硅粉两组分胶凝材料几乎相当的效果，达到了预期的试验目的。文献[5]针对I RPC 系列进行了优化配合比试验研究，给出了较为合理的配合比方案，列于表3中。

表3 RPC的优化配合比

水胶比 水泥 硅灰 石英粉 石英砂1 石英砂1 减水剂/% 水

0.23 1 0.3 0.32 0.65 0.65 3 0.325

当前，我国很多科研单位也为RPC在国内的工程应用作出了非常重要的研究工作，在较短的时间内取得了关键性的进展和优异的成绩。

三、RPC的发展趋势

从工程应用的角度来说，RPC 的工程应用领域主要表现在：

1）预应力建筑结构方面。目前由于建筑结构对混凝土预制构件的需求量急剧增长，我们完全可以利用RPC 的超高强度与高韧性，生产出具有优越性能的活性粉末混凝土预制构件，那么就可大幅度缩短工期和降低工程造价。

2）钢-混凝土组合结构。钢筋混凝土的最大缺点是自重大。采用RPC材料的钢管混凝土可解决这一难题，这将大幅度减小建筑结构的截面尺寸以及自重，因此RPC 钢管混凝土构件可作为一个重点发展方向之一。

3）RPC具有非常好的协同工作能力，可与建筑模板保持良好的平整度，且其材料成分也不会向外泄露，那么利用这一优势，它完全可作一种实用价值很高的建筑装饰材料。

四、展望

综上所述，RPC是一种新型的高性能混凝土材料，它具非常优越的力学性能。本文较为全面地对RPC及其研究状况、工程应用的前景进行了分析总结，结果可以发现：RPC具有良好的工程实践价值和非常广阔的经济市场。虽然RPC的研究与应用的历史较为短暂，但是在不久的将来，RPC一定会在建筑材料占有举足轻重的地位，且有可能致使土木工程领域发生翻天覆地的变化，促使建筑结构向高强高韧性、良好耐久性等方向发展。

参考文献：

[1] 刘红彬， 鞠 杨， 叶光莉，等. 活性粉末混凝土的制备技术与力学性能研究[J]. 工业建筑，2008，38（6）： 74-78.

[2] 闰光杰，阎贵平，安明等.200MPa级活性粉末混凝土试验研究[J]. 铁道学报，2004，29（2）：116-119.

[3] 白泓，高日. 活性粉末混凝土（RPC）在工程结构中的应用[J]. 建筑科学，2003，19（4）： 51-54.