活性粉末混凝土(RPC)的發展及應用

摘要：活性粉末混凝土(RPC)新近研發出來的一種超高強度、高韌性、高耐久性、體積穩定性良好的水泥基復合材料，具有廣闊的研究與應用前景。本文主要介紹了RPC的力學特性和使用優點，概述了RPC目前在國內、外工程中的應用現狀。

1、引言

活性粉末混凝土(Reactive PowderConcrete，簡稱RPC)是繼高強，高性能混凝土之后，于20世紀90年代由法國人P.Richard開發出的新型水泥基復合材料，由法國最大的營造公司一Bouygues公司的以PierreRichard為首的研究小組在1993年率先研制成功。該材料具有超高強度、超高耐久性、高韌性、良好的體積穩定性和環保性能，因此能夠符合建設大跨輕型結構以及在嚴酷環境條件下工作的結構物的需要，成為國際工程材料領域一個新的研究熱點。

RPC作為一類新型混凝土，不僅可獲得200MPa或800MPa的超高抗壓強度，而且具有30MPa～60MPa的抗折強度，有效地克服了普通高性能混凝土的高脆性，RPC的優越性能使其在土木、石油、核電、市政，海洋等工程及軍事設施中有著廣闊的應用前景。

2、RPC混凝土的力學特性

RPC混凝土按抗壓強度將其分為200MPa級、500MPa級和800MPa級。200MPa級的RPC材料已在工程中應用，500MPa級尚處在試驗室研究階段，800MPa級RPc材料則處在試驗室試配階段。不同強度等級的RPC所用的原材料級配與生產工藝有較大的差異。RPC由細石英砂、水泥、水、硅灰、細鋼纖維、高效減水劑等組成。與高性能混凝土(HPC)和普通混凝土不同，RPC中沒有了粗骨料，從而可使材料內部的缺陷(孔隙與微裂縫)減到最少，通過摻入細短鋼纖維以提高韌性和體積穩定性，通過蒸汽養護來加速RPC的水化反應和改善微觀結構，促進細骨料與RPC的反應，改善界面的粘結力，進而提高混凝土的各項性能。

3、RPC混凝土的優點

從工程應用角度來看，RPC混凝土有以下的優點： (1)原材料組成簡單。RPC的原材料與普通混凝土基本相同，原材料來源廣泛；(2)生產工藝容易實現。除了在攪拌速度、原材料的添加順序、養護條件等按設計要求加以控制外，其它方面無特殊要求；(3)RPC可以有效地減小結構物的自重。RPC具有很高的抗壓強度和抗剪強度，在結構設計中可以采用更薄的截面或具有創新性的截面形狀，從而使結構自重比普通混凝土結構小得多；(4)可以大幅度提高結構物的耐久性。RPC材料剔除了粗骨料，減小了界面過渡區的厚度與范圍。骨料粒徑的減小，其自身存在的缺陷機率減小，整個基體的缺陷也減小。RPC十分密實，孔隙率極低。它不但能夠阻止放射性物質從內部泄漏，而且能夠抵御外部侵蝕性介質的腐蝕。從整體上提高了體系均勻性，強度和耐久性；(5)采用RPC設計的構件，可以極大地減少箍筋和受力筋的用量，甚至可以不設置箍筋；(6)RPC構件便于工廠化預制、現場拼裝，使質量有保證且提高施工速度，符合工程結構發展的大方向t(7)RPC結構的高耐久性極大地減小了維護費用、延長了使用壽命，因而具有很高的性能價格比；(8)RPC材料的韌性和結構自重的減小有利于提高結構的抗震和抗沖擊性能；(9)RPC的抗火性、耐火性以及抗腐蝕能力遠遠高于鋼材。

4、RPC混凝土在國內，外的應用

4.1 RPC混凝土目前在國際上的應用

結合RPC的優良力學性能和耐久性能，諸多國家開展了多方面的應用研究，并已建成了一些工程結構。加拿大于1997年在Quebec省的Sherbrooke建成了首座RPC人行／自行車橋。該橋跨越Magog River，結構形式為上承式預應力桁架結構，其上下弦桿和橋面板采用RPC制成，弦桿截面尺寸為200×300mm；腹桿由內置RPC的不銹鋼管制成，直徑為150mm。弦桿的抗壓強度200Mpa，腹桿的抗壓強度350Mpa，橋梁跨度為60m，橋面寬4.2m。橋面板為厚30mm的RPC無筋肋板，肋高70mm，肋間距1.7m。該橋均按常規混凝土工藝預制，預制節段長10m、高3m，每個節段運到現場后再用后張預應力拼裝。該橋獲得1999年Nova獎提名。建成后至今使用狀態良好。

美國CPAR計劃及法國與美國陸軍工程師團合作生產的RPC制品包括：大跨度預應力混凝土梁、壓力管道及放射性固體廢料儲存容器。預應力混凝土梁中由RPC材料承受剪切力，可完全取消附加的抗剪配筋，而且還可以減小梁的截面和配筋量；壓力管道由于采用了RPC不僅提高了管道的工作壓力，而且還大大增強了對侵蝕性介質的抗侵蝕能力；用RPC制備的固體廢料儲存容器，可長期儲存中、低放射性廢料，其使用壽命可高達500年。

4.2 RPC混凝土在國內的應用

國內在多方面對RPC混凝土的應用進行了研究，由深圳大學研發的RPC混凝土井蓋已經獲得了實用新型專利，利用RPC混凝土優點制成的井蓋徹底解決井蓋的偷盜問題，又具有很好的環保效應，具有良好的發展前景。

由北京交通大學、鐵道第一勘察設計院和中鐵三局集團公司組成的課題組，研制成功了橋梁用RPC混凝土人行道板及支架，具有高耐久性、結構合理、便于生產和安裝、價格適中等特點。采用新型RPC人行道板結構型式來替代傳統的角鋼支架及普通混凝土板，利用RPC的優異性能，可減小構件尺寸和自重，同時提高使用壽命和耐久性，大大減少人行道結構的維修工作量。RPC人行道板在鐵路橋梁與城市軌道交通上使用具有重要的現實意義，必將帶來重大的經濟和社會效益。

5.1 RPC的發展及應用前景

RPC具有極其優越的性能，可應用的領域也非常廣泛。在橋梁、路面工程、建筑工程、水利工程、特種結構、軍事工程等多個領域里都有應用。

(1)利用RPC的高強度與高韌性，在不配筋或少量配筋的情況下能生產薄壁構件、細長構件和其他新穎結構形式的構件，可代替鋼結構從而大幅度降低工程造價。

(2)采用RPC可以顯著地降低結構層高，用其制作的立交橋、過街天橋、城市輕軌高架橋、大跨度橋梁等，可增加橋下凈空間，減少橋墩和基礎配筋，縮短引橋長度降低造價并縮短工期。

(3)RPC鋼管混凝上具有極高的抗壓強度、彈性模量和抗沖擊韌性，可用它來制作高層或超高層建筑的柱子，可大幅度減少截面尺寸增加建筑物的使用面積。

(4)利用RPC的超高抗腐蝕與抗拉性能，制造壓力管道和腐蝕性介質的輸送管道。

(5)利用RPC的超高抗滲性與高沖擊韌性，制造中低放射性核廢料儲藏容器，可延長使用壽命并降低發生泄漏的概率。

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