活性粉末混凝土（RPC）的研究進展及應用

摘 要：活性粉末混凝土（Reactive powder concrete，RPC）是20世紀90年代產生的一種高性能新型建筑材料，它具有高強度、高韌性和良好耐久性等力學特征，較普通混凝土具有明顯的優勢。本文主要介紹RPC材料的發展歷史和研究進展，并分析指出了它在土木工程領域中良好的應用前景。

關鍵詞：活性粉末混凝土；研究與應用；進展

混凝土作為土木工程應用最廣泛的建筑材料，在現代建筑工程中發揮著非常重要的作用，與此同時高性能混凝土也得到了越來越多的關注。在上世紀末，全世界著名的建筑企業—法國布伊格（Bouygues）公司率先研制開發出了活性粉末混凝土（Reactive Powder Contrete，RPC），研究表明它是一種具有高強度、高韌性和良好的耐久性以及穩定性的水泥基復合材料，在建筑、土木、航空等很多領域有著良好的應用前景。隨后，活性粉末混凝土引起了國外工程界強烈的反響，并最終得到了較為廣泛的應用[1]。

一、RPC的骨料品種及研制原理

在一般情況下，RPC是由、水泥、石英粉、硅灰、石英細砂組成，也可外加高效減水劑等調和成分。此外，為了提高RPC的韌性和延性有時也可加入少量的鋼纖維；然后，在經過加壓加熱和養護成型后，RPC即會凝結硬化形成。需要特別注意的是，在研制RPC時，我們應盡量選用顆粒粒徑變化范圍較小的骨料，如石英砂可采用粒徑在100～400μm范圍之內，而其平均粒徑為200μm左右；水泥粒徑可選為60～90μm之間；硅灰的平均粒徑的取值范圍可為0.15～0.3μm，詳見表1中。

表1 RPC組成成分的粒徑均值范圍

RPC組成成分粒徑均值范圍（μm）

石英砂100～400

水泥60～90

硅灰0.15～0.3

石英粉10

此外，研究人員還需在新拌混凝土凝結之前以及凝結期間，適當給材料施加壓力，從而可以提高FRC材料的強度以及密實度，充分保證材料的品種，表現出優異的力學性能。文獻[2]針對于RPC和HSC材料的基本力學性能進行了比較分析，結果見表2，可以發現RPC的各項指標明顯優于HSC材料。

表2 RPC與HSC的基本力學性能對比

材料類別RPC 200RPC 800HSC

抗壓強度/MPa170～230500～80060～100

抗折強度/ MPa30～6045～1406～10

彈性模量/GPa50～6065～7530～40

二、國內外RPC的研究及應用現狀

當前，歐美等國家對RPC 配制技術的研究已經非常的成熟，幾十年來有不少學者對RPC的材料配合比、強度和耐久性等方面進行了相關的試驗研究，結果表明RPC 具有非常好的密實度，它的抗壓強度要明顯高于相應級別的普通混凝土材料。如今國外有很多RPC應用的工程實例，法國BOUYGUES公司研發的RPC制品生產項目產品主要有：大型壓力管道、預應力的鋼筋混凝土梁和放射性核廢料儲存器等。

1994年，加拿大學者對RPC 配合比進行了改進研究分析，并進行了工業化的試驗，最終研制的成果為無纖維RPC鋼管混凝土，并將其用于位于加拿大魁北克的一座70 米跨的鋼筋混凝土橋，即Sherbrooke步行橋。該橋采用了RPC 鋼管混凝土桁架、無、橋面板和纖維RPC鋼筋混凝土梁以及加勁肋等構件，并取得了重大成功。優于該工程使用了RPC材料，其自重得到較大幅度減少，同時其承載力和耐久性能也得到了顯著的改善[3]。

在我國，與歐美國家存在不同之處，研究人員考慮到我國現有的技術及相關方面工程實踐經驗，建議用水泥-粉煤灰-硅粉三組分膠凝材料系統對RPC材料進行了一系列的試驗研究分析。文獻[4]針對于RPC 的制備技術與力學性能研究進行了較為全面的試驗研究，主要分析驗證了水膠比、粉煤灰和硅粉等基本的因素對RPC 強度以及流動性等方面的影響，同時也針對材料的養護條件、凝結時間對RPC強度等方面的影響進行了相關的理論研究與分析。研究結果發現：由于摻入了粉煤灰，較低水膠比的活性粉末混凝土成型時的密實度和工作效果得到了較大程度的提高，且可取得與國外的水泥-硅粉兩組分膠凝材料幾乎相當的效果，達到了預期的試驗目的。文獻[5]針對I RPC 系列進行了優化配合比試驗研究，給出了較為合理的配合比方案，列于表3中。

表3 RPC的優化配合比

水膠比水泥硅灰石英粉石英砂1石英砂1減水劑/%水

0.2310.30.320.650.6530.325

當前，我國很多科研單位也為RPC在國內的工程應用作出了非常重要的研究工作，在較短的時間內取得了關鍵性的進展和優異的成績。

三、RPC的發展趨勢

從工程應用的角度來說，RPC 的工程應用領域主要表現在：

1）預應力建筑結構方面。目前由于建筑結構對混凝土預制構件的需求量急劇增長，我們完全可以利用RPC 的超高強度與高韌性，生產出具有優越性能的活性粉末混凝土預制構件，那么就可大幅度縮短工期和降低工程造價。

2）鋼-混凝土組合結構。鋼筋混凝土的最大缺點是自重大。采用RPC材料的鋼管混凝土可解決這一難題，這將大幅度減小建筑結構的截面尺寸以及自重，因此RPC 鋼管混凝土構件可作為一個重點發展方向之一。

3）RPC具有非常好的協同工作能力，可與建筑模板保持良好的平整度，且其材料成分也不會向外泄露，那么利用這一優勢，它完全可作一種實用價值很高的建筑裝飾材料。

四、展望

綜上所述，RPC是一種新型的高性能混凝土材料，它具非常優越的力學性能。本文較為全面地對RPC及其研究狀況、工程應用的前景進行了分析總結，結果可以發現：RPC具有良好的工程實踐價值和非常廣闊的經濟市場。雖然RPC的研究與應用的歷史較為短暫，但是在不久的將來，RPC一定會在建筑材料占有舉足輕重的地位，且有可能致使土木工程領域發生翻天覆地的變化，促使建筑結構向高強高韌性、良好耐久性等方向發展。

參考文獻：

[1] 劉紅彬， 鞠 楊， 葉光莉，等. 活性粉末混凝土的制備技術與力學性能研究[J]. 工業建筑，2008，38（6）： 74-78.

[2] 閏光杰，閻貴平，安明等.200MPa級活性粉末混凝土試驗研究[J]. 鐵道學報，2004，29（2）：116-119.

[3] 白泓，高日. 活性粉末混凝土（RPC）在工程結構中的應用[J]. 建筑科學，2003，19（4）： 51-54.