活性粉末混凝土（RPC）及其應(yīng)用

簡(jiǎn)介： RPC是活性粉末混凝土的簡(jiǎn)稱，是新近開發(fā)出來的一種超高強(qiáng)、高韌性、極低滲透性的新型混凝土。它克服了高強(qiáng)混凝土（HSC）抗彎拉強(qiáng)度不高，因配筋增強(qiáng)所帶來的施工澆注困難、混凝土的開裂等特點(diǎn)，是根據(jù)最少缺陷原理而配制的具有超高力學(xué)性能和耐久性的新型混凝土，有廣闊的應(yīng)用前景。    

 技術(shù)指標(biāo)   RPC的抗壓強(qiáng)度是HSC的3倍（RPC200）到12倍（RPC800），抗折強(qiáng)度達(dá)50~60Mpa，是HSC的10倍。其斷裂能達(dá)30000J/M2（鋼的斷裂能為105J/M2，普通混凝土NC的斷裂能只有130J/M2），所以，PRC具有優(yōu)良的韌性。同時(shí)，PRC具有極小的孔隙率，滲透性非常低，具有超高的耐久性。其氯離子擴(kuò)散系數(shù)僅為0.02×10-12m2.s-1，而HSC和NC分別為0.6×10-12m2.s-1和1.1×10-12m2.s-1。RPC具有極好的耐磨性能，其磨耗系數(shù)為1.3，而HSC和NC分別為2.8和4.0。  

實(shí)施條件,市場(chǎng)前景：  因rpc具有極高的抗壓抗折強(qiáng)度，在工程應(yīng)用時(shí)，可以有效地減少結(jié)構(gòu)自重，節(jié)省工程的綜合造價(jià)。

rpc具有極高的抗剪強(qiáng)度，在梁的設(shè)計(jì)中可減少或完全去除輔助配筋，從而設(shè)計(jì)更薄的截面和更具創(chuàng)新性的截面形狀。

rpc優(yōu)越的性能使其在市政、石油、核電、海洋等工程及軍事設(shè)施亦有廣闊的應(yīng)用前景。

prc的滲透性極低，是制備新一代核廢料儲(chǔ)存容器的理想材料；由于prc良好的耐磨性和低滲透性，它還可以用于生產(chǎn)各種耐腐蝕的壓力管和排水管道。     

活性粉末混凝土簡(jiǎn)介      

活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，以下簡(jiǎn)稱RPC）是繼高強(qiáng)、高性能混凝土之后20世紀(jì)90年代開發(fā)出的超高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性、體積穩(wěn)定性良好的新型材料。它是 DSP(Densified System containing ultra-fine Particles)材料與纖維增強(qiáng)材料相復(fù)合的高技術(shù)混凝土。根據(jù)其組成和熱處理方式的不同，這種混凝土的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到200MPa 至800MPa；抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到20MPa至50MPa；彈性模量為40Gpa至60Gpa；斷裂韌性高達(dá)40000J/m2，是普通混凝土的250倍，可與金屬鋁媲美；氯離子滲透性是高強(qiáng)混凝土的1/25，抗?jié)B透能力極強(qiáng)；300次快速凍融循環(huán)后，試樣未受損，耐久性因子高達(dá)100%；預(yù)應(yīng)力活性粉末混凝土梁的抗彎強(qiáng)度與其自重之比接近于鋼梁。

RPC在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用可以解決目前的高強(qiáng)與高性能混凝土抗拉強(qiáng)度不夠高、脆性大、體   積穩(wěn)定性不良等缺點(diǎn)，同時(shí)還可以解決鋼結(jié)構(gòu)的投資高、防火性能差、易銹蝕等問題RPC的強(qiáng)度等級(jí)可分為200MPa級(jí)、500MPa級(jí)和800MPa級(jí)。其中200MPa級(jí)RPC已在工程中應(yīng)用，500MPa級(jí)RPC尚處在試驗(yàn)室研究階段，800MPa級(jí)RPC則處在試驗(yàn)室試配階段。      從工程應(yīng)用角度來看，活性粉末混凝土有以下的優(yōu)點(diǎn)：       

⑴ RPC可以有效地減輕結(jié)構(gòu)物的自重。RPC具有很高的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以 采用更薄的截面或具有創(chuàng)新性的截面形狀，從而使結(jié)構(gòu)自重比普通混凝土結(jié)構(gòu)輕得多。      

⑵可以大幅度提高結(jié)構(gòu)物的耐久性。RPC材料減小了界面過渡區(qū)的厚度與范圍。骨料粒徑的減小 ，其自身存在缺陷的機(jī)率減小，整個(gè)基體的缺陷也減少。RPC十分密實(shí)，孔隙率極低，它不但能夠阻止放射性物質(zhì)從內(nèi)部泄漏，而且能夠抵御外部侵蝕性介質(zhì)的腐蝕，從整體上提高了體系均勻性、強(qiáng)度和耐久性。     

⑶采用RPC設(shè)計(jì)的構(gòu)件，可以極大地減少箍筋和受力筋的用量，甚至可以不設(shè)置箍筋。       ⑷RPC結(jié)構(gòu)的高耐久性極大地減少或免除了維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)了使用壽命，因而具有很高的性能價(jià)格比。       

⑸RPC材料的高韌性和結(jié)構(gòu)自重的減輕有利于提高結(jié)構(gòu)的抗震和抗沖擊性能。      

⑹RPC材料的耐高溫性、耐火性以及抗腐蝕能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋼材。       

由上述RPC材料的優(yōu)點(diǎn)可以看出，采用RPC材料可以延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)壽命，免除維護(hù)費(fèi)用，降低工程建設(shè)和使用的綜合造價(jià)。

RPC材料技術(shù)性能      

RPC材料的突出技術(shù)性能主要表現(xiàn)在硬化體的高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性，拌合物的良好施工性能，原材料組成的環(huán)保性能。  

力學(xué)性能   RPC材料的強(qiáng)度可按抗壓強(qiáng)度分為200MPa級(jí)、500MPa級(jí)和800MPa級(jí)。200MPa級(jí)的RPC材料已在工 程中應(yīng)用，500MPa級(jí)尚處在試驗(yàn)室研究階段，800MPa級(jí)RPC材料則處在試驗(yàn)室試配階段。

不同強(qiáng)度等 級(jí)的RPC所用的原材料與生產(chǎn)工藝有較大的差異。

RPC材料同HPC相比，顯著的特點(diǎn)是強(qiáng)度高、韌性大 ,抗拉強(qiáng)度尤為高。200MPa級(jí)RPC材料的抗壓強(qiáng)度為170-230MPa，是高強(qiáng)混凝土的2-4倍，同時(shí)具有很 高的變形能力。

抗折強(qiáng)度為20-40MPa，是高強(qiáng)混凝土的4-6倍，摻入纖維后拉壓比可達(dá)1/6左右。       

該強(qiáng)度級(jí)別的RPC材料斷裂韌性高達(dá)20000-40000J/m-2,比普通混凝土與高強(qiáng)混凝土高出100倍，可與金屬鋁媲美.加拿大的工業(yè)化試驗(yàn)表明：優(yōu)選的地方材料通過混凝土攪拌車或固定攪拌機(jī)可生產(chǎn)200MPa級(jí)RPC材料。  

耐久性能      

RPC材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密、缺陷少，因此具有很高的耐久性。加拿大Quebec省Sherbrooke市中心的世界上第一座RPC結(jié)構(gòu)橋梁（行人/自行車橋）所用的200MPa級(jí)RPC材料耐久性試驗(yàn)表明：300次快速凍融循環(huán)(最高溫度4℃、最低溫度-18℃、溫度變化速度6℃/h)后，試樣未受損，耐久性因子高達(dá)100%；RPC板的50次含除冰鹽的凍融試驗(yàn)結(jié)果，重量損失率平均低于8g/M2，而Quebec省的允許標(biāo)準(zhǔn)為600g/M2，因此可忽略不計(jì)；測(cè)定的氯離子滲透性在6-9庫(kù)侖間波動(dòng)，而30MPa普通混凝土的氯離子滲透性為5000庫(kù)侖、80MPa高性能混凝土的氯離子滲透性為約500庫(kù)侖，由此可見它的抗?jié)B透能力非常好，能有效地阻止有害介質(zhì)的侵入。600次快速凍融試驗(yàn)RPC試件的動(dòng)彈性模量無損失、質(zhì)量無損失。  

施工性能       

RPC拌和物不僅流動(dòng)性好，而且粘聚性良好，在運(yùn)輸、澆注和搗實(shí)過程中不發(fā)生離析現(xiàn)象。在窄小的模板內(nèi)和鋼筋間隙的通過性能良好，澆注后不需要振搗。  

環(huán)保性能       

RPC材料具有良好的環(huán)保性能。分別采用RPC材料、鋼結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土的同等抗彎能力的工字型梁，截面尺寸如圖3所示，可見RPC材料所制成的構(gòu)件截面尺寸可等同于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件。表1給出了同等承載力條件下， 30MPa引氣型普通混凝土、60MPa的HPC及RPC材料的等效體積、水泥用量、生產(chǎn)水泥過程CO2排放量及骨料用量。由表1可見，同等承載力條件下RPC材料的水泥用量幾乎是普通混凝土與HPC的1/2，因此同等量水泥生產(chǎn)過程CO2排放量也只有一半左右。生產(chǎn)過程不可再生的自然資源骨料的用量RPC材料只占HPC與30MPa混凝土的1/3與1/4。