1、1活性粉末混凝土研究进展摘 要：活性粉末混凝土由于其具有超高强度、高耐久性、高韧性、良好的体积稳定性和环保性能，已成为国际工程材料领域一个新的研究热点。其制备工艺复杂、缺少优质掺料、制作成本高等是目前亟待解决的问题。文章就活性粉末混凝土研究进展问题进行简要分析，同时也提出可相应的解决措施。 关键词：活性粉末混凝土；基本组成；性能 现代的建筑结构不断向高层、地下、海洋和大跨度发展，人们对建筑材料性能不断提出新的要求以满足设计使用需求；但是由于传统混凝土自重较大、抗压不抗剪、强度不高等特性使得单纯的混凝土很难满足现代建筑的需求。而活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，R
2、PC）便是在不断满足现代建筑需求的这种背景下产生的。由于其优异的性能使得其在土木、市政、石油、核电、海洋等工程以及军事设施中有着广阔的应用前景。目前 RPC 已成为国际工程材料领域一个新的研究热点。 1 活性粉末混凝土的概述 活性粉末混凝土（RPC）主要是由水泥、石英砂（粉） 、硅粉、钢纤维、高效减水剂等材料配制而成的新型水泥基复合材料，相对于普通混凝土和高强混凝土来说具有强度高、延性好、质量轻、耐久性好等优点。而它是由法国学者 Pierre Richard 等人在 20 世纪 90 年代初首先研制2成功的以其组分的细度和反应活性得名。其基本配制原理以级配石英砂作为集料，掺入水泥、大量矿物掺合
3、料（硅灰、粉煤灰、矿渣微粉等） 、钢纤维、高效减水剂的混凝土，根据其抗压强度可将其分为 RPC200 和RPC800 两个强度等级。级配石英砂作为混凝土的集料，提高了组分的细度，使得 RPC 的界面得到了明显的改善，同时消除了集料对于胶凝材料在水化过程中其水化产物收缩的约束，减小界面的厚度，使得混凝土更加密实均匀，最大限度地减少材料内部的微裂缝和缺陷。含有大量活性二氧化硅的矿物掺合料的使用，不但改善了混凝土工作性还增加了混凝土在水化过程之后的火山灰反应，消耗大量的 Ca（OH）2 晶体而产生 C-S-H 凝胶，提高混凝土强度和耐久性。高效减水剂的使用减少了混凝土中的用水量，降低水灰比，改善混凝
4、土的工作性能。钢纤维的加入则改善了低水灰比引起的混凝土化学收缩、干燥收缩和自收缩，同时提高了混凝土的抗折强度，改善了高强及超高强混凝土普遍存在的高脆性的问题，提高了混凝土的延时性。与此同时，RPC 采用加压成型工艺，可有效减少气孔和化学收缩的空隙，在混凝土脱模之后采用热养护制度，通过 70 90的热水养护，或者 200 400的加热养护可以显著加速活性组分的水化反应以及火山灰反应，强化水化物的结合力，提高水化产物的聚合程度，从而改善了内部结构、提高了密实度，使得混凝土强度和耐久性大幅提高。但是由于活性粉末混凝土的制备工艺复杂，目前对于其材料用量、成分比例等方面尚处于研究阶段，本文拟通过对水胶比
5、、砂胶比以及高效减水剂、钢纤维掺量等因素对于活性粉末混凝土强度的影响进行分析，同时也探讨了 RPC 研究应用存在的问题及解决措施。 32 活性粉末混凝土的强度影响因素分析 2.1 砂胶比对 RPC 的影响分析 砂胶比影响混凝土内部的匀质性，由于混凝土为非均匀多孔体，其浆骨比例及两者力学性能的差异是造成混凝土性能差异的重要原因。由于减少了骨料的比例和粒径，平衡了浆骨两相的差异，因而其强度得到提升。通过试验可以看出，砂胶比对于 RPC 强度有较大的影响，随着砂胶比的增大，RPC 的抗压强度和抗折强度均有增大，然而继续增大砂胶比，RPC 强度却表现出先增后减的趋势，可见对于 RPC，存在一个合适的砂
6、胶比。 2.2 水胶比对 RPC 强度的影响分析 由于 RPC 减少了骨料所占的比例和骨料粒径的减小，骨料在混凝土体内成分散相，使得其体内匀质性得到了提高，因而浆体的质量决定了混凝土的性能。由于浆体中含有水泥以及多种细颗粒成分，用水量多少直接决定这些成分的水化反应，因而决定了混凝土硬化后的性能。因此，水胶比对 RPC 抗压强度及抗折强度的影响，并且抗压强度和抗折强度随水胶比的增大而降低，水胶比降低使得混凝土的强度得到了提高，但并不是随着水胶比的降低强度就会越来越高。因为水胶比的降低会使 RPC变得黏稠，进而影响其性能。 2.3 钢纤维掺量对 RPC 强度的影响分析 钢纤维可有效阻碍混凝土内部微
7、裂纹的发展，使其破坏呈延性，极大程度得避免脆性破坏的发生。而 RPC 强度随着钢纤维掺量的增大呈先增后减的趋势，原因是钢纤维掺量太大会严重影响新拌混凝土的流动性，4进而影响其成型以及性能的发挥。因此综合考量其强度要求和易成型的要求。 2.4 高效减水剂的合理掺量 由于活性粉末混凝土中粉末成分很多，比表面积大，因此高效减水剂对于活性粉末混凝土的作用至关重要，它可使 RPC 在较低水胶比下获得较高的性能。高效减水剂掺量的增加，RPC 的流动度随之增加。但高效减水剂的掺量过大会使浆体变黏稠，影响其性能.。故对于 RPC 中高效减水剂的掺量，存在一个合理范围。 3 RPC 研究应用中的难点分析 活性粉
8、末混凝土具备高强度、高韧性和高耐久性等性能，目前，广泛应用于桥梁与路面工程、建筑工程、水力工程和特种结构等领域。但其仍存在以下不少问题。第一，RPC 抗火性能较差，尤其是会出现高温爆裂现象。而在实际工程中，RPC 预制构件采用高温养护制度，会导致 RPC 内部的孔隙因为蒸汽压产生爆裂破坏，使得混凝土内部的孔隙体积增大，而内部孔隙体积的增大又可能会导致材料耐久性下降，尤其是对处于强侵蚀环境下服役着的 RPC 材料。同时，RPC 内部存在大量活性材料，其对材料结构的耐久性是否会有影响 ？ 仍需要继续研究。第二，工艺较其它混凝土复杂，成本昂贵。目前在国内 RPC 在制备过程中，对原材料选择上还存在较
9、高的要求，因此，应结合工程实际需要，考虑实用性与经济性，研究可以在满足工作性、强度等要求下放宽对材料的限制，同时采用磨细固体废弃物如超细粉煤灰、超细矿渣等取代部分水泥、硅灰，既可降低成本，又能保护环境、发展绿色建材，实现固体废弃资5源循环再利用。第三，RPC 水化产物和微结构特征与普通水泥差异大，机理研究较少，对结构和强度形成机理需进一步研究。另外，目前，还没有相应的标准规范对 RPC 性能进行检测评价，只是参照普通混凝土的有关标准进行测试。而对于 RPC 而言，由于其优异的性能，使某些参数对其而言已失去了意义。同时，对于大规模投入工程使用的材料，需要有完备的规范与标准对其进行质量、施工、验收
10、的控制与监督，而这方面 RPC 仍十分欠缺，这也是制约 RPC 其在工程实际中大规模应用的原因之一。 4 发展趋势 RPC 优异的性能使其应用领域非常广泛，随着高层建筑、大跨结构、海洋工程等的迅速增加，为 RPC 的应用提供了巨大的潜力市场。但是目前活性粉末混凝土难以进行大规模推广和使用，其原因主要有以下几点：工艺较其它混凝土复杂，所需成型和养护条件较高；掺入钢纤维使搅拌和成型较为困难；活性粉末混凝土本身材料较贵，同时由于所需要的优质原材料往往很难在一个地区采购齐全，进一步提高了成本。并且目前针对活性粉末混凝土材料微观特性的研究，大多在宏观实验结果基础上，补充少量微观实验，很少有专门对活性粉末
11、混凝土的孔结构、材料微观形貌、水化产物组成等的系统研究。因此，在后期要对 RPC 进行微观机理及配比改善的基础上，对掺合料替换方面、改善和养护条件改善方面进行深入研究，在适当降低性能的情况下，降低成本，使得活性粉末混凝土可以用于施工现场直接浇筑养护，从而适用于建筑设计中。同时还可以利用活性粉末混凝土的优异性能，对特殊构件预制和对既有结构的6加固研究。 5 结语 活性粉末混凝土具有高强度，高韧性以及高耐久性等优异性能，拥有广阔的应用前景。但其还有诸多未解决的问题存在，从而制约了活性粉末混凝土的发展与应用。因此，我们要加大对 RPC 的研究，相信通过广大科研工作者的努力，RPC 技术一定会在我国的工程建设中发挥巨大的作用。 参考文献 1 王福星，胡益铸，李法雄，李万恒.活性粉末混凝土研究新进展J.公路交通科技（应用技术版） ，2013（09）. 2 程志敏.活性粉末混凝土的隐身性能研究D.哈尔滨工业大学， 2007. 3 张阐尹.碎石活性粉末混凝土断裂性能试验研究D.北京交通大学，2010.
