朱迪，袁瑞军，姚立慧
(内蒙古自治区赤峰市公路管理处，赤峰024000)
摘要：介绍了活性粉末混凝土的组成、结构和强度形成原理，叙述了国内外针对这种新型高强混凝土的研究热点和研究进展。同时，该文对活性粉末混凝土在设计、制备和应用过程中所面临的问题也进行了分析。
关键词：活性粉末混凝土；组成；原理；展望
Research Status and Prospects of Reactive Powder Concrete
ZH U Di,R UAN Rui-j un,YA O Li-hui
(Chifeng Hig hway A dministration of Inner M ongolia,Chifeng024000,China)
Abstract:T he composition,structur e and principles of strength development of reactiv e pow der concrete(RPC)were in-vestigated in this study,which also contain t he hotspot and progress of the r ese
arch about RPC in china and abroad.A t t he same time,the problems of RP C in desig n,preparation and application were also analy zed in thi s paper.
Key words:react ive powder concrete;composition;pr inciple;prospect
长久以来，钢筋混凝土被认为是一种复合材料的典范。然而，混凝土结构中的各种病害使其使用寿命远远不如人们的预期。针对这一问题,1993年法国Bouyg ues公司研制出一种超高抗压强度、高耐久性及高韧性的新型水泥基复合材料。1994年由法国的Richard等人[1]发表的论文中，第一次公开提出活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，简称RPC)这一术语。现今RPC已成为国际工程材料领域一个新的研究热点。作为一类新型混凝土, RPC不仅可获得200MPa或800M Pa的超高抗压强度，而且具有30~60M Pa的抗折强度，有效地克服了普通高性能混凝土的高脆性[2]。一种关注
1活性粉末混凝土的组成和基本原理太阳能热水袋
RPC是一种高强度、高韧性、低孔隙率和极低渗透性的超高性能混凝土，它主要由水泥、石英砂、石英粉、硅灰、钢纤维和高效减水剂组成，采用适当的成型和养护工艺制成的。考虑到当材料含有的微裂缝和孔隙等缺陷最少，就可以获得由其组成材料所决定的最大承载能力并具有很高的耐久性,RPC 所采用的原材料平均颗粒尺寸在0.l L m到1m m 之间，目的是尽量减小混凝土中的孔隙率，从而使拌合物更加密实。
RPC的制备过程主要包括一下几点:1)去除粒径大于1mm的粗骨料，以改善内部结构的均匀性;
2)优选与活性组分相容性良好的减水剂，以降低水胶比;3)优化整体活性组分的级配，对于抗压强度200M Pa级的RPC，可选用优质活性超细掺料部分代替硅灰;4)掺入细短钢纤维，以提高韧性和体积稳定性;5)成型过程中施加压力，以提高内部结构的密实度;6)通过热养护来加速活性粉末的水化反应和改善微观结构，促进细骨料与活性粉末的反应，改善界面的粘结力。由于RPC在配制过程中去除粗骨料、优化颗粒级配及凝固阶段的加压措施等提高了其密实度，而且采用了好的养护制度，充分改善了其内部微观结构，所以RPC具有很高的抗压强度。RPC按其抗压强度可以分为200MPa级、500M Pa 级和800MPa级。目前200M Pa级RPC已在工程
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中应用,500MPa级尚处在试验室研究阶段,800 M Pa级则处在试验室试配阶段。RPC200虽然强度远低于RPC800，但韧性却比RPC800好得多，故有更大的应用潜力[3,4]。
2国内外目前的研究现状
我国在超高性能混凝土的研究与应用方面起步较晚，但进步还是很快的。近年来我国一些科研人员也成功配制出RPC200活性粉末混凝土。其中东南大学的孙伟等人[5]系统的研究了C200绿活性粉末混
凝土的制备过程以及其静、动态行为。研究结果表明添加10%的硅灰、25%的粉煤灰以及25%的矿渣取代50%~60%水泥，用天然的河沙完全取代超细石英粉同样可以制得抗压强度达到200MPa 以上的活性粉末混凝土。时术兆等人[6]根据经典的Andreasen颗粒连续分布的紧密堆积理论，计算出了各种粒径的原料的用量配比，在此配合比的基础上，通过改变各组分的用量，从而得到一个最佳的配比，进一步提高RPC的强度。刘娟红等人[7]则系统的研究了养护对矿物细粉活性粉末混凝土性能的影响，在研究中他们采用了一种相对特殊的养护制度，即将活性粉末混凝土试样静置24~48h拆模，标养72~48h，放入蒸养箱中，进行90e蒸汽养护72h，再放入烘箱中在150e热养护24h。试验结果表明：干热养护能明显促进钢渣粉参与水化的进程，使活性粉末混凝土具有更高的强度。除此之外，清华大学覃维祖[8]采用水泥、粉煤灰和硅灰三元胶凝材料体系对RPC开展了试验研究制备的RPC抗压强度超过200MPa，抗折强度50MPa，断裂能为2100J/m2。谢友均等[9]研制了掺超细粉煤灰的RPC200，其抗压强度接近250MPa，抗折强度达到45M Pa。另外，龙广成等[10]发现,RPC的抗折强度随其抗压强度的增加而逐渐增大，两者之间存在较好的线性关系，而且RPC的抗压强度在180~210 M Pa之间，抗折强度可达25M Pa以上,RPC的动弹模量在55~62GPa之间。
国外目前对RPC的研究主要着重于其综合性能的优化，如兼顾考虑机械性能、耐久性能以及生产的成本。另外，对RPC微观结构的研究也比较活跃。法国的M orin V等人[11]就通过超声波结合自收缩的方法研究了活性粉末混凝土在水化过程中网络结构的发展。他们着重研究了RPC中2种尺度孔洞的存在
状态，一种是尺度大小为10~20nm，另一种的尺度大小为1~2nm。通过分析这些孔洞在水化反应过程中的变化，了解反应体系中网络的形成和发展。由于混凝土中孔洞的发展在评价其耐久性能中是十分重要的参数，因此该文的研究对活性粉末混凝土的进一步实用化是有积极意义的。芬兰的Cwirzen A等人[12]系统地研究了活性粉末混凝土的机械性能、耐久性能以及和普通硅酸盐混凝土同时使用的和易性。试验结果表明经过热养护的试样抗压强度可以达到170~202M Pa，不经过热养护的试样抗压强度可以达到130~150M Pa。超高强砂浆的收缩比超高强混凝土的收缩大2倍，但二者都表现出了良好的耐久性能。
3活性粉末混凝土目前所面临的相关问题
RPC集钢材强度大、韧性高和传统混凝土抗火、抗腐蚀性强的优点于一体。目前，它的应用已经进入到桥梁与路面工程、建筑工程、水利工程、特种结构多个领域。然而，就总体而言，在RPC的研究和应用上依然存在着不少的问题[13-16]:
1)工艺复杂、成本昂贵。RPC由于水胶比很低，且为提高其韧性，需要掺入钢纤维，所以搅拌和成型往往较普通混凝土困难。热养护有利于获得较高的抗压强度，然而，限于技术水平和生产成本等因素，这一方面往往容易受到忽略而限制RPC的发展。由于RPC的基本配制原理和普通混凝土不同，造成了它对各组分及生产过程的要求较高。硅粉的掺入、高效减水剂和钢纤维的使用以及特殊条件下的成型和养护条件，都提高了RPC的生产成本，阻碍了它的推广和使用。
2)自收缩较大。由于RPC水胶比极低，且又采用热养护，自身收缩较大，这样对于现浇施工存在一定困难。在实际的结构工程中,RPC的运用也受到了一定的限制。
3)没有完备的规范和标准。一般来说，现行的测试手段、测试标准对高强度、高性能的混凝土有很多不适应的地方，有时候往往还会存在一定的误差。
4)材料问题。由于地域限制，配制活性粉末混凝土所需要的优质原材料往往很难在一个地区采购齐全，一部分材料需要从外地甚至国外进口，这将进一步导致成本的增加。
5)微观结构与机理问题。对于活性粉末混凝土微观(亚微观)结构还有待充分地研究，对于结构和强度形成机理也存在一些没有弄清楚的问题。
6)缺乏模型。RPC的宏细观本构关系至今仍无明确公认的力学计算模型，使当前的工程应用仍限于参考纤维高强混凝土加上经验估算的方式进
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行，实际上这已经阻碍了工程应用，也阻碍了性能更好的FRPC材料本身的发展。
4结语
鸭皂树根随着研究的不断深入和我国经济建设的不断发展，从实际工程应用来看,RPC在海洋、石油、核电、军事设施以及其它工业民用工程中具有广泛的应用前景。我们应该结合本地的具体情况，因地制宜，合理选材，相信通过广大科研人员的努力，活性粉末混凝土技术一定会在我国的生产建设中发挥巨大的作用。
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收稿日期:2009-10-23.
作者简介：朱迪(1973-)，工程师.
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