潘 松 程?hào)|輝

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，簡(jiǎn)稱RPC)是在20世紀(jì)90年代由法國(guó)一個(gè)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)研究出的一種繼高強(qiáng)混凝土和高性能混凝土之后的新型超高性能水泥基復(fù)合材料。RPC同常規(guī)混凝土相比，根據(jù)其組成成分和澆筑成型后熱處理方式的不同，這種新型混凝土具備更優(yōu)異的力學(xué)性能，其抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到200 MPa～800 MPa，抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到20 MPa～50 MPa。除了超高強(qiáng)度之外，RPC還具備高韌性、高耐久性、體積穩(wěn)定性良好等特點(diǎn)，因此RPC在國(guó)內(nèi)外被廣泛的應(yīng)用于軍事、核電、橋梁、海洋和港口等多個(gè)工程領(lǐng)域當(dāng)中。

自RPC問世以來，就得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛認(rèn)可和關(guān)注，關(guān)于RPC的各項(xiàng)研究也一直是當(dāng)下我國(guó)混凝土研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)，我國(guó)科研人員基于國(guó)外的科研背景下對(duì)RPC的力學(xué)性能影響因素展開深入研究，并取得了一定的成果。但由于我國(guó)現(xiàn)今關(guān)于RPC的相關(guān)規(guī)范也較少，這在一定程度上也阻礙了RPC的研究與發(fā)展。為了進(jìn)一步方便各界學(xué)者的研究，本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外科研工作者的研究成果，對(duì)RPC的力學(xué)性能研究進(jìn)行論述。

1 RPC配制理論基礎(chǔ)

RPC是一種具有優(yōu)異的力學(xué)性能、高耐久性、高韌性、高體積穩(wěn)定性的新型超高性能混凝土。其配制基本思想是：通過合理的選用原材料，剔除粗骨料，使得RPC的級(jí)配更加合理，提高基體內(nèi)部的細(xì)度與活性，改善內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，有效減少材料缺陷(內(nèi)部孔洞和微小裂縫)，增強(qiáng)密實(shí)度與連續(xù)性，獲得超高力學(xué)性能和耐久性?；诖嗽?，RPC在制備過程中主要采取以下措施：

1)將水泥、硅灰和粉煤灰等活性礦物摻合材料、石英砂等細(xì)骨料作為主要的組成成分，去除傳統(tǒng)混凝土中的粗骨料，消除粗骨料與水泥漿界面的微觀缺陷，使得材料的粒徑分布更加合理，以提高基體的均勻性。

2)制備過程中加入高效減水劑，減小水膠比，降低孔隙率。

3)RPC成型后，采取熱養(yǎng)護(hù)方式加速水化反應(yīng)激發(fā)基體內(nèi)活性粉末的活性，改善微觀結(jié)構(gòu)。

4)配制過程中摻入鋼纖維來改善RPC的韌性，有效降低破壞過程中的脆性現(xiàn)象。

2 配合比對(duì)RPC力學(xué)性能的影響

2.1 水泥與礦物摻合料

北京工業(yè)大學(xué)的鄧才宗等[1]通過試驗(yàn)成功的配制出不含硅灰的新型RPC，即超細(xì)水泥活性粉末混凝土(SC-RPC)，并對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:超細(xì)水泥可以作為粉料來制備SC-RPC；混摻30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))粒化高爐礦渣、10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))粉煤灰后RPC的抗壓強(qiáng)度最高，流動(dòng)性最好，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性較好。2015年，同濟(jì)大學(xué)朱鵬、李宗陽等[2]基于最緊密堆積理論和最大密實(shí)度理論出發(fā)，對(duì)摻有稻殼灰的活性粉末混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)試驗(yàn)，試驗(yàn)研究了不同替代率下的稻殼灰對(duì)RPC的流動(dòng)性、力學(xué)性能及耐久性的影響。結(jié)果表明：摻有稻殼灰的RPC水膠比宜選擇在0.20～0.22之間；隨著稻殼灰在RPC中對(duì)硅灰的替代率的增加，其收縮率隨之降低同時(shí)隨齡期增加變化緩慢；建議根據(jù)不同使用功能采用不同替代率的稻殼灰RPC。

2.2 外摻纖維

北京工業(yè)大學(xué)王輝等[3]為改善鋼纖維的經(jīng)濟(jì)性，提高廢舊材料利用價(jià)值，在RPC中摻入生態(tài)鋼纖維，通過試驗(yàn)研究原生鋼纖維RPC和生態(tài)鋼纖維RPC增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度、無切口梁4點(diǎn)彎曲韌性和切口梁3點(diǎn)彎曲斷裂特征。結(jié)果表明：生態(tài)鋼纖維體積摻量從0%～3%，RPC的立方體抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度不斷提高；試件斷裂韌度是RPC的7倍～10倍，達(dá)到理想彈塑性材料水準(zhǔn)；適宜體積摻量的生態(tài)鋼纖維能夠使RPC達(dá)到較好的增韌、增強(qiáng)、抗裂作用，生態(tài)鋼纖維可以部分或者全部替換原生鋼纖維達(dá)到相近的增韌增強(qiáng)效果。2017年，長(zhǎng)安大學(xué)馬愷澤等[4]研究了混合鋼纖維的抗拉、抗折、抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果表明：在RPC中摻入混合鋼纖維能夠顯著改善其韌性，采用0.5%長(zhǎng)纖維加1.5%短粗纖維可達(dá)到最好的增韌效果。

2.3 水膠比

西北農(nóng)林科技大學(xué)史凱方等[5]采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)PRC的配合比進(jìn)行試驗(yàn)研究，探討了水膠比等因素對(duì)RPC各項(xiàng)力學(xué)性能影響規(guī)律和機(jī)理。結(jié)果表明：水膠比對(duì)RPC的力學(xué)性能影響顯著，RPC200水膠比宜取0.18～0.20之間。高于0.20水膠比會(huì)使RPC強(qiáng)度明顯降低，低于0.18時(shí)混凝土成型困難，缺陷增多。

3 其他因素對(duì)RPC力學(xué)性能的影響

西南科技大學(xué)高燕等[6]通過設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)對(duì)摻有固硫灰的活性粉末混凝土的力學(xué)性能及收縮性能進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：使用固硫灰、硅灰、高效減水劑、石英砂等材料再通過濕熱養(yǎng)護(hù)可以配制出抗壓強(qiáng)度達(dá)到140 MPa的RPC；采用濕熱養(yǎng)護(hù)可以加速RPC的水化反應(yīng)，形成密實(shí)度更高的RPC，其早期強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)高出30 MPa左右；濕熱養(yǎng)護(hù)可以提高RPC的早期收縮，同時(shí)降低后期干性收縮，整體收縮率大于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的RPC；固硫灰的膨脹特性可以降低活性粉末混凝土自收縮大的缺點(diǎn)。詹國(guó)良、林東等[7]對(duì)不同養(yǎng)護(hù)制度下RPC力學(xué)性能進(jìn)行探究并分析其機(jī)理，結(jié)果表明：在配合比和工藝條件相同的情況下，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，采用熱養(yǎng)護(hù)的RPC抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度有顯著提高。

4 結(jié)語

國(guó)內(nèi)外科研工作者對(duì)活性粉末混凝土力學(xué)性能影響因素已經(jīng)進(jìn)行了較為廣泛的研究，本文通過現(xiàn)有的理論分析方法及相關(guān)設(shè)計(jì)方法，在配合比、養(yǎng)護(hù)制度等多個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)和歸納。同時(shí)，為了進(jìn)一步推進(jìn)RPC在實(shí)際工程中的應(yīng)用，還需要對(duì)以下問題進(jìn)行深入研究：1)RPC的抗拉性能與彈性模量；2)RPC的成本控制手段；3)RPC材料的動(dòng)力效應(yīng)及抗沖擊試驗(yàn)相關(guān)研究；4)RPC的應(yīng)力—應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系試驗(yàn)研究。