活性粉末混凝土(RPC) 在工程结构中的应用与前景[J].doc

活性粉末混凝土（RPC）在工程结构中的应用与前景柯开展蔡文尧（福建省建筑科学研究院，福建福州350002）摘要活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete,简称RPC）是一种新型超高强水泥基复合材料。它具有超高的力学性质，优异的耐久性[1]、较低的收缩和徐变性能。本文介绍RPC的基本设计原理、力学特征和所产生的经济效益，着重阐述它的在结构工程中的应用及发展潜力和目前研究中存在的问题。关键词活性粉末混凝土；应用；发展；存在问题活性粉末混凝土（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30~60MPa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广阔的应用前景。1RPC的基本设计原理它的基本设计思想是：通过提高材料组份的细度与活性，减少材料内部的缺陷（空隙与微裂缝），获得超高强度与高耐久性。RPC的制备采取了以下措施：（1）通过去除粗骨料提高水泥砂浆的力学性能，消除骨料与水泥砂浆的界面过渡，提高基质的匀质性。（2）优化颗粒级配，使基体的堆积密度增大，以提高拌合物的密实度。（3）凝固以后通过热养护使RPC的反应性得以充分发挥，以改善微结构。（4）掺加微细的钢纤维以提高韧性，RPC200中掺入的纤维长度为13mm，直径约0.15~0.20mm，体积掺量为1.5%~3%。（5）保持搅拌和浇注的方法与程序尽可能地与现在习惯的做法相接近，以便于工程应用。2RPC的性能特点2.1超高的力学性能[2]RPC材料的显著特点是强度更高、韧性更大。200MPa级RPC材料的抗压强度为170~230MPa，是HSC的2~4倍；抗折强度为30~60MPa，是HSC的4~6倍；断裂能达到15000~40000J/m2,而NC的断裂能只有120J/m2。可见RPC具有优良的韧性和力学特性（如表1）。表1RPC、HSC、NC的力学特性比较[3][4]混凝土种类抗压强度/MP²抗折强度/MP²弹性模量/GPa断裂能/J/m²RPC800490~70545~70563~7412000~20000RPC200170~23030~6040~6015000~40000HPC60~1006~1030~40140NC20~502~530~401202.2耐久性RPC中的空隙量极小，使得空气渗透数低，水分吸收特别值小，因面具有超高的耐久性，其耐久性能比普通混凝土以及高性能混凝土好得多。从表1、表2中可见，利用FRPC（纤维活性粉末混凝土）对腐蚀介质的抵抗固体核废料储存器，其使用寿命高达500年。加拿大对RPC200进行过300次快速融循环，最高4゜C,最低-18゜C，变化速度6゜C/h，试样丝毫未受损，50次冰盐冻融重量损失率平均低于8g/m²,而魁北克省的允许标准为800g/m²,因此可基本忽略不计。表2RPC、HSC、NC耐久性比较性能普通混凝土（NC）高强混凝土(HSC)活性粉末混凝土(RPC)空气渗透系数1401202.5水分吸收特性2.70.40.2氯离子扩展1.10.60.02碳化深度1020冻融剥落>10009007磨耗系数4.02.81.32.3良好的环保性能RPC是一种符合我国可持续发展战略要求的环保材料。表3可见，在同等承载力条件下，RPC材料的水泥用量几乎是普通混凝土与HSC的1/2，因此同等量水泥生产过程中的CO2排放量也只有一半左右。对不可再生的自然资源骨料的用量，RPC材料也只占HSC和普通混凝土的1/3与1/4。表3同等承载力条件下不同材料性能比较混凝土品种C30普通混凝土C60高强混凝土RPC200粉末混凝土计算等效载面厚/mm500400150混凝土体积/m³12610033单方胶凝材料用/(kg/m³)350400705CO2排放量/t444023骨料总用量/t230170602.4良好的经济效益按当地（福州地区）可比价格计算，尽管FRPC的价格是普通混凝土的2.4倍，是高强混凝土的1.95倍，采用FRPC200粉末混凝土仍比普通混凝土节省37.2%，比高强混凝土节省35.6%，经济效益是十分巨大的，这里还不包括因为重量减轻节省的施工成本、加快资金周转等间接的经济效益，也不包括因为FRPC可以直接承受剪力，取消构件中的附加抗剪钢筋。3RPC的工程结构应用[7]