李澤良

【摘 要】活性粉末混凝土是一種高耐久的新型超高性能水泥基復(fù)合材料，其應(yīng)用前景非常廣闊。基于國內(nèi)外已有研究成果，總結(jié)了活性粉末混凝土耐久性能的研究現(xiàn)狀，簡要分析了目前研究中存在的不足和有待研究的問題，以期為其深入發(fā)展與應(yīng)用提供參考。

【關(guān)鍵詞】活性粉末混凝土；劣化機(jī)理；耐久性

0 引言

活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，簡稱RPC）是一種由級配良好的石英砂、水泥、活性摻合料、高效減水劑、鋼纖維與水拌合后經(jīng)濕熱養(yǎng)護(hù)而成的新型超高性能水泥基復(fù)合材料。相較于普通混凝土和高性能混凝土，RPC具有更好的抗氯離子滲透、抗碳化、抗腐蝕、抗?jié)B、抗凍和耐磨等耐久性能，可以廣泛應(yīng)用于土建、石油、市政、水電等工程領(lǐng)域中。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對RPC的研究眾多，諸如配合比設(shè)計、養(yǎng)護(hù)制度、與鋼筋的黏結(jié)性能、耐久性能以及構(gòu)件設(shè)計方法等。基于已有研究成果，本文著重綜述了RPC耐久性能的研究現(xiàn)狀，簡要分析了目前研究中存在的問題，以期為RPC的發(fā)展和工程應(yīng)用研究提供參考。

1 RPC耐久性能研究

混凝土材料耐久性失效引發(fā)的工程事故屢見不鮮，導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失也十分巨大。因此RPC耐久性研究具有重大的實際意義。目前，已有許多學(xué)者對其進(jìn)行了探討，研究內(nèi)容包括抗凍性、抗氯離子侵蝕性、抗碳化性、抗收縮性、抗化學(xué)侵蝕性等。

1.1 抗凍性

劉斯鳳按照AST-MC666試驗標(biāo)準(zhǔn)完成了RPC凍融循環(huán)試驗，并采用質(zhì)量損失率和耐久性指數(shù)評價其抗凍性能。結(jié)果表明：經(jīng)過600次凍融循環(huán)后，RPC質(zhì)量損失約為0.3%，耐久性指數(shù)均大于等于100。

安明喆對RPC進(jìn)行了300次凍融循環(huán)試驗，試驗后試件無質(zhì)量損失，動彈性模量損失只有6%，耐久性指數(shù)接近100%，而相同條件下高性能混凝土在250次凍融循環(huán)后質(zhì)量損失已超過5%，動彈性模量損失36.4%，耐久性指數(shù)僅為47.8%，說明RPC抗凍性遠(yuǎn)高于高性能混凝土。

鞠彥忠設(shè)計了9組RPC試件，分析了水膠比、硅灰水泥比和鋼纖維含量對RPC抗凍性的影響規(guī)律。經(jīng)受100次凍融循環(huán)后，各組RPC試件外觀幾乎無變化，質(zhì)量損失幾乎為0，抗壓強度損失均小于10.1%。通過極差分析和方差分析后得知，水膠比是影響RPC抗凍性最主要的因素，其次是硅灰水泥比，最后是鋼纖維摻量。

1.2 抗氯離子侵蝕性

氯離子侵蝕引起的鋼筋銹蝕是造成混凝土結(jié)構(gòu)破壞的最主要原因。金凌志采用NEL法測定了不同溫度和活性摻合料RPC試件的氯離子擴(kuò)散系數(shù)。測定結(jié)果顯示，RPC具有良好的抗氯離子侵蝕性，當(dāng)養(yǎng)護(hù)溫度相同、替代硅灰比例相同時，抗氯離子侵蝕性大小依次為粉煤灰>石英砂>微硅粉；當(dāng)同一礦物摻合料替代硅灰比例相同時，養(yǎng)護(hù)溫度越高，RPC抗氯離子侵蝕性越好。曹霞同樣采用NEL法進(jìn)行了16組不同鋼纖維和聚丙纖維摻量的RPC試件的抗氯離子侵蝕性試驗。結(jié)果表明，濕熱養(yǎng)護(hù)大幅改善了RPC的抗氯離子侵蝕性，但鋼纖維對抗氯離子侵蝕性是不利的，從性能和經(jīng)濟(jì)效益方面綜合考慮，建議混摻摻量為2%鋼纖維+0.2%聚丙烯纖維。

施惠生參照ASTMC1202-97標(biāo)準(zhǔn)對摻礦渣RPC抗氯離子侵蝕性進(jìn)行了研究，隨著礦渣摻量的增大，抗?jié)B性不斷下降，摻入鋼纖維后通電量減小，硅粉對抗氯離子滲透有促進(jìn)作用。葉青也采用ASTMC1202方法研究了RPC和高強度混凝土的抗氯離子侵蝕性，RPC6h電遷移量僅為22.9C，水膠比0.25的高強度混凝土6h電遷移量為421C，幾乎為RPC的20倍，說明RPC抗氯離子侵蝕性優(yōu)于高強度混凝土。

1.3 抗碳化性

碳化會降低混凝土堿度，破壞鋼筋表面鈍化膜，減弱對鋼筋的保護(hù)作用，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，進(jìn)而影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。未翠霞參照 JGJ70-90進(jìn)行了RPC加速碳化試驗，各RPC試件28d的碳化深度均為0mm，而同樣條件下C80高強混凝土試件的平均碳化深度為1.37mm、C35普通混凝土試件的平均碳化深度為2.5mm。安明喆的試驗結(jié)果也表明RPC在7、14、28d的碳化深度均為0mm，同樣條件下高性能混凝土的碳化深度分別為0.9mm、1.7mm、2.1mm。東南大學(xué)也采用加速碳化的方法，測試了RPC3、7、14、28d的碳化深度，結(jié)果分別為0、0、0和0.25mm。

1.4 抗收縮性

LIU Juan-hong采用砂漿收縮儀測定了40mm×40mm×160mm大摻量礦粉RPC棱柱體試件的收縮性能，研究表明試件的早期收縮非常?。?00×10-6以下）。C.M.Tam研究了不同條件RPC的收縮結(jié)果，標(biāo)養(yǎng)成型1d后干縮值為800×10-6，摻入2%鋼纖維可以減小收縮；1d拆模、3d（20±3）℃水中養(yǎng)護(hù)、3d（100℃）蒸汽養(yǎng)護(hù)后干縮值僅為400×10-6，14d后自收縮不再增長。陳廣智則研究了配合比和養(yǎng)護(hù)條件對RPC變形特性的影響，結(jié)果表明，采用低水膠比摻入鋼纖維以及采用高溫蒸養(yǎng)都可以減小收縮值，且RPC后期穩(wěn)定收縮值明顯小于普通混凝土。

1.5 抗化學(xué)侵蝕性

宋少民分別對大摻量粉煤灰RPC進(jìn)行了硫酸鹽干濕循環(huán)和浸泡試驗，10次干濕循環(huán)（浸泡48h，80℃烘干48h）后抗壓強度由124.7MPa增大為181.4MPa，而浸泡相同時間的試件強度幾乎沒有改變，20次后增大為199.2MPa，可見RPC具有良好的抗硫酸鹽侵蝕性。葉青考慮不同的侵蝕條件，采用抗壓強度抗侵蝕系數(shù)對比評價了RPC和高強混凝土的抗化學(xué)侵蝕性。在5%H2SO4溶液中浸泡3個月后，RPC和高強混凝土的抗侵蝕系數(shù)分別為42%、36%；在20%Na2SO4溶液中浸泡6個月后，其抗侵蝕系數(shù)分別為98%、97%；在20%（NH4）2SO4中干濕循環(huán)（浸泡12h，60℃烘干12h）6次后，其抗侵蝕系數(shù)分別為54%、46%；在5倍人工海水中浸泡6個月后，其抗侵蝕系數(shù)分別為89%、86%；在5倍人工海水中干濕循環(huán)180次后，其抗侵蝕系數(shù)分別為59%、43%，研究表明了RPC的抗化學(xué)侵蝕能力明顯高于高強混凝土。何峰則通過研究硫酸溶液和鹽酸溶液對RPC強度的影響著重考察了RPC的耐酸性，結(jié)果表明隨著浸泡時間的延長，RPC表現(xiàn)出良好的抗硫酸侵蝕性，而浸泡在醋酸溶液中的RPC抗彎強度和抗壓強度明顯低于浸泡在硫酸溶液中的RPC，弱離解的醋酸溶液對水泥基材料的侵蝕作用也比強離解硫酸溶液更強。

綜合以上研究，盡管試驗方法、評價方法不同，但所得結(jié)論均表明活性粉末混凝土具有良好的抗凍性、抗氯離子侵蝕性、抗碳化性和抗化學(xué)侵蝕性，收縮值也明顯小于其他混凝土，但劣化機(jī)理尚不明確，考慮多重侵蝕因素耦合的研究也比較少，無法進(jìn)行有效的耐久性壽命預(yù)測。

2 結(jié)語

國內(nèi)外學(xué)者對活性粉末混凝土耐久性能進(jìn)行了廣泛的探討，證明了活性粉末混凝土具有耐久性優(yōu)良的特點，但是以下問題制約了PRC技術(shù)在工程實踐中的廣泛應(yīng)用：

（1）目前制備RPC需要濕熱養(yǎng)護(hù)，現(xiàn)澆施工存在一定困難，限制了其在實際工程中的運用。

（2）硅粉、高效減水劑、鋼纖維的摻入以及特殊的成型和養(yǎng)護(hù)條件提高了RPC的生產(chǎn)成本。

（3）由于地域限制，配制RPC的優(yōu)質(zhì)原材料很難在一個地區(qū)采購齊全，進(jìn)一步導(dǎo)致了RPC成本的增加，阻礙了其推廣和使用。

今后需要對以上問題進(jìn)行深入的理論和試驗研究，以推動活性粉末混凝土更廣泛、更合理的應(yīng)用。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]