馬靜月、張琴、李曉英

（1.廣安職業(yè)技術學院，四川廣安638000；2.西南科技大學材料與化學學院，四川綿陽621010）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的持續(xù)提升，各個地區(qū)的基礎設施建設不斷推進。道路橋梁作為我國基礎設施建設中的重要組成部分，其質(zhì)量不僅決定了橋梁的使用壽命，也會對行人以及交通工具的行駛安全帶來不小的影響。

因此，道路橋梁施工的合理性以及施工后橋梁的質(zhì)量檢測和反饋，逐漸受到眾多社會人士的關注。抑菌活性粉末混凝土不僅具有極高的韌性與抗壓能力，而且黏合性好，在道路橋梁施工工作中被大規(guī)模使用，有益于我國道路施工質(zhì)量的整體提升。

1 抑菌活性粉末混凝土簡介

1.1 抑菌活性粉末混凝土產(chǎn)生的背景

隨著工業(yè)化水平的持續(xù)提高，城鎮(zhèn)化建設活動的加速，使得城市人口規(guī)模不斷擴大，對道路和橋梁的需求不斷提升。與此同時，我國部分省份面臨城市廢水和污水排放問題。隨著各個地區(qū)對于排水設備的需求持續(xù)增加，我國城市排水管道長度也在慢慢變長，逐漸呈直線式上升，已由最初的26.1 萬km 增長至如今的80 萬km。由此，水污染處理問題及城市排水系統(tǒng)建設已成為城市持續(xù)發(fā)展以及改良居民居住體驗的研究熱點。

根據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，常用的城市排水管道有塑料管道、鋼鐵管道、金屬排水系統(tǒng)和混凝土管道。其中，塑料管道可依據(jù)相關標準又分為PVC-U 管、PE 管等，用這種材料制作的排水系統(tǒng)產(chǎn)生的縫隙少，其密封性較好，但材質(zhì)脆弱，因此使用壽命較短。而另外一種管道——金屬管道包括奧氏球體鐵管、鋼筋管道等，這類管道具有高密度等優(yōu)勢，其抗壓能力強，但由于管道之間銜接問題，導致噪聲大，且使用前必須開展系統(tǒng)全面的防銹處理，否則會對使用壽命產(chǎn)生嚴重的影響。相比塑料管道和金屬管道，第三種管道，鋼筋混凝土管道在制造和使用前景方面極具優(yōu)勢，具有成本低、黏合度好、生產(chǎn)快捷、承載水平高、抗壓能力強等優(yōu)點，不僅使用壽命長，而且能夠在復雜環(huán)境中得到廣泛應用。所以，各種混凝土管網(wǎng)被冠以城市的“地下生命線”美名，能夠有效化解城市污水處理問題，對城市良好發(fā)展起到?jīng)Q定性的作用。不能否認的是，我國部分地區(qū)現(xiàn)有的混凝土管道在選材上比較粗放，不注重提升混凝土的品質(zhì)，多用普通混凝土，這類材料密度大，使得管道自重大、承載水平不足、耐腐蝕性差。

為了改良混凝土管道的質(zhì)量，已有學者針對高性能混凝土（HPC）進行了探索，也有許多學者對于超高性能混凝土（UHPC）進行了分析，并對現(xiàn)有制備混凝土污水管道的質(zhì)量和使用壽命進行了研究并提出改進策略，使得混凝土所制作成的城市排水管道質(zhì)量得以改善，管道承載能力也大大增加，整體使用效果有較大幅度的提升。此外，除了研究現(xiàn)有的混凝土材料，學者們還努力地通過改良混凝土的配方，以期生產(chǎn)出更高質(zhì)量的新型混凝土，而抑菌活性粉末混凝土，不僅能顯著提升管道的使用壽命、增強其抗壓能力，還能抑制各種有害病菌的快速繁衍。

1.2 抑菌活性粉末混凝土的種類

ARPC 材料的研究發(fā)端于20世紀90年代，最開始是由法國Bouy.ques 實驗室研究的，由于加工工藝和材料有所改良，生產(chǎn)出的是一種新型的高密度、高反應性建筑材料，被建筑行業(yè)稱為活性粉末混凝土。從構成上來說，ARPC 是由復合材料所構成，其中包含很多高抗壓能力的物質(zhì)，包括分級石英和石英粉，還包括水泥、硅粉等，另有一些廠家在生產(chǎn)時會增加高抗壓效減水劑和鋼纖維，這使得生產(chǎn)出的混凝土黏合度較高，再通過加壓、加熱等多個步驟，促進混凝土凝結硬化，生產(chǎn)出高性能和高質(zhì)量的混凝土，是一種可在工程中被大規(guī)模利用的材料。參考一定的標準對抑菌活性粉末混凝土進行歸類，可分為不同抗壓強度，如RPC 200 級和600 級等，由于一些混凝土生產(chǎn)商在加工過程中會使用低密度材料，可減少結構的恒載，再加上所選擇的材料具有不同抗壓強度，制備工藝有所改良，因此抑菌活性粉末混凝土具有極高的普適性和應用空間。

1.3 抑菌活性粉末混凝土的使用現(xiàn)狀

由于自身使用條件的限制，道路橋梁的建設不同于一般的建筑施工過程。與其他道路項目建設存在明顯差異的是，道路橋梁的建設需要使用密度小，且高強度的物質(zhì)，這樣就能有效解決道路和橋梁抗壓能力不足的問題，而且可促進橋梁整體重量的減輕，為了實現(xiàn)這個目標，許多研究學者從各個方面展開研究，一般可使用在主跨中間區(qū)段改善建設材料，使用鋼箱梁、輕質(zhì)、高抗壓能力的材料來使得道路橋梁的結構自重減輕，還能實現(xiàn)增大跨徑的目的。但在實際的施工過程中，鋼混結構耐久性有限，而且由于使用的材料比較多樣，再加上結構復雜，輕質(zhì)混凝土彈性在體積上不大、模量較小，受溫度影響大、耐久性低，這對道路橋梁工程的推進產(chǎn)生了巨大的阻礙。而抑菌粉末混凝土材料（Reactive Powder Concrete，簡稱RPC）是對傳統(tǒng)混凝土的改良，它具有強度高、抗腐蝕性強、高韌性好、使用時間長等優(yōu)勢，并且黏合度高，能夠降低后期使用過程中產(chǎn)生的空隙，可減輕橋梁自重，提高其抗壓性，增大橋梁的跨越幅度，可廣泛應用在我國各個地區(qū)的施工工作中，在橋梁道路的建設中也極具應用價值[1]。

2 抑菌活性粉末混凝土的基本設計原理

ARPC 的原理是：在加工和設計步驟中通過增加材料的細度和活性，提升其黏合度，減少了諸如空隙、裂縫等問題，并且提升了材料在使用后的抗壓水平和耐久性。與一般混凝土不同的是，活性粉末混凝土（RPC）制作過程更加嚴格，所運用的材料的空隙和微裂縫等一些問題也就迎刃而解，也不存在對環(huán)境污染性高等缺陷，后期使用過程中出現(xiàn)的問題非常少，這些優(yōu)勢決定了其具有廣闊的應用前景，而且活性粉末混凝土表現(xiàn)出比較高的耐久性，所以使用年限較長，而且抗壓能力很強，具有巨大的承載力。正因如此，抑菌活性粉末混凝土能最大限度地規(guī)避后期施工完成之后存在的裂縫問題，使混凝土中的孔隙間距更加合理，確保拌和物能夠達到相關的使用標準，而且密實度高，構成活性粉末混凝土的各種原料都經(jīng)過精心檢測，原材料的顆粒平均尺寸都被嚴格地規(guī)定和核查，被控制在11μm～1mm 之間，而且許多混凝土澆筑公司為了進一步增強其性能，在制備活性粉末混凝土時，還仔細分析現(xiàn)有的澆筑技術從而制定了以下四項措施，以期增強其質(zhì)量。

2.1 消除材料加工過程的缺陷，增強材料的均質(zhì)性

在制作混凝土材料的過程中，水泥水化最初的反應會使泥漿與水泥界面之間出現(xiàn)微小裂縫，裂縫會對后期的使用產(chǎn)生不小的影響，該裂縫收到負荷后，會隨著時間的流逝慢慢變大，會引起結構破壞，影響使用的安全性，而且裂縫的長度還會受到材料的影響，取決于骨料的粒度半徑，所選擇的原材料顆粒越細小，后期出現(xiàn)的裂縫越小。而在加工步驟中，ARPC是操作人員篩選了其中不高于1mm 粒徑的材料，而對其余材料予以處理，只留下了細骨料，不僅使得水泥之間的顆粒度較為接近，還降低了骨料的粒徑，因提高了粒子之間的黏合度，縮小了水泥生產(chǎn)和加工步驟中裂縫出現(xiàn)的數(shù)量。

由于普通混凝土在加工和處理過程中比較粗放，與抑菌活性混凝土除了骨料與彈性方面優(yōu)于普通混凝土之外，還在使用壽命方面表現(xiàn)極佳。抑菌活性混凝土的彈性模量是一般混凝土的3 倍，還加入了較多的硅元素材料，硅灰含量較多，在混凝土制造過程中的化學反應會出現(xiàn)高濃度的水化硅酸鈣凝膠，提升熱處理中石英粉與水化產(chǎn)物結合的穩(wěn)定性，不僅提高混凝土的強度，改善漿體的力學性能，還能使其抑菌效果得以提升，增加混凝土活性，減少結合處的裂縫數(shù)量。

2.2 優(yōu)選級配，提高材料密實度

操作人員在配置抑菌活性混凝土時采用最優(yōu)級配優(yōu)化顆粒比，仔細分析各種混凝土材料在不同條件下的使用數(shù)量，將顆?；旌虾螽a(chǎn)生的空隙問題大大改善，使用功能全面的減水劑，保持混凝土結構與活性組分有效融合，分析各種添加劑的特點，保證用水量合理，確保各種原材料混合攪拌后密度得以提升，空隙變小，保持其最密實的狀態(tài)，為了提高抑菌活性粉末混凝土的性能，不少操作員在材料與水的互相攪拌步驟中予以一定的壓力，通過施加的壓力將攪拌活動中的水分擠壓出去，也將氣泡通過外力作用予以排出，降低混凝土材料在后期使用過程中的裂縫問題，也使得空隙出現(xiàn)的概率大大降低，消除一般混凝土在使用過程中因材料變化引發(fā)的裂縫，優(yōu)化其使用壽命，提高材料整體的抗壓水準[2]。

2.3 成型后加強熱養(yǎng)護，改良微觀結構

ARPC 混凝土在成型之后還會注重熱處理環(huán)節(jié)。材料凝固后對其開展科學合理的熱養(yǎng)護，不僅降低混凝土材料由于溫度變化過快產(chǎn)生費用的裂縫，還可提升水泥水化的速度，促進水泥火山灰作用的凸顯，使得混凝土微觀結構得以改良。與此同時，操作人員也注重在熱處理過程中根據(jù)抑菌活性粉末混凝土強度的不同、抗壓極限強度的差異，施加針對性的熱養(yǎng)護溫度，例如，ARPC200 級在成型之后的熱養(yǎng)護溫度是100oC，這種溫度不算高，屬于常壓養(yǎng)護的范疇，而ARPC800 級在后期養(yǎng)護過程中，所施加的溫度可高達400oC，處理溫度明顯大于常溫，屬于高壓養(yǎng)護的范疇，抑菌活性粉末混凝土在后期養(yǎng)護時會生成凝膠類物質(zhì)，促進硬硅鈣石結晶，使得各種粒子之間的結合更加緊密，改善了混凝土的強度，水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性更強。

2.4 使用鋼纖維，改良混凝土韌性

分析一般的混凝土后不難發(fā)現(xiàn)，許多普通混凝土在制作和加工時未摻鋼纖維，混凝土的抗拉強度較低、韌性也不強，而且材料還具有較大的脆性，使用價值有限，應用前景不佳。而為了改善混凝土的上述種種問題，通過在ARPC 材料中有意識地增加新型物質(zhì)，摻入粒徑約0.1mm 的鋼纖維，不僅能使混凝土的強度有所改變，還可提升混凝土材料內(nèi)部結構的韌性，改善混凝土由于壓力太大導致的結構破損問題，保證基體在受到外界高壓力作用時依然能夠正常使用，大大規(guī)避材料因脆性過大導致的使用壽命較低的問題。

3 抑菌活性粉末混凝土的優(yōu)勢

為使拌和物具有較高的密實度，達到相關使用要求，混凝土公司一方面吸取國內(nèi)外先進的制作工藝，改善抑菌活性粉末混凝土的顆粒半徑，另一方面，在拌和物尚未成功凝固時以及拌和物凝固過程中，對其開展加壓處理；為增強活性混凝土的均勻性，不少混凝土制造企業(yè)在制備之前，將原材料的粗骨料進行篩選，在拌和物凝結成塊以后，設計和制定熱養(yǎng)護措施，保證內(nèi)部結構得以改善。在生產(chǎn)活性粉末混凝土過程中，選擇摻加鋼纖維的策略，最大程度地增強其抗壓水平。相較一般的混凝土制作過程而言，選擇前三條措施，可顯著優(yōu)化提高混凝土的內(nèi)部微結構和耐久性，但其韌性沒有經(jīng)過特殊操作得以改善，并未得到有效提高，而在制作過程中增加鋼纖維之后，除了能夠增強混凝土的柔韌度的同時，使得混凝土具有良好的抗壓能力。相較一般的混凝土或其他高性能混凝土來說，抑菌活性粉末混凝土主要具有如下優(yōu)勢：抑菌活性粉末混凝土在制作過程中加入了許多新型材料，不但具有非常好的塑性，在柔韌度和抗壓性方同樣可圈可點，承載能力強。同時，一般的混凝土與抑菌活性混凝土進行對比發(fā)現(xiàn)，若在兩者抗彎水平相同的條件下，抑菌活性混凝土的重量僅為一般混凝土的1/3～1/2，這就彰顯出其優(yōu)越的抗壓性和施工便利性，活性粉末混凝土在施工工作中呈現(xiàn)出抗壓能力強的特點，同時還可減少自重，這對混凝土質(zhì)量的提高和重量控制至關重要[3]。

4 ARPC 混凝土在道路橋梁工程中的應用性能研究

4.1 承載力強，節(jié)約成本

ARPC 材料具有許多普通混凝土所不具備的優(yōu)點，在道路橋梁工程中的具有極為明顯的應用價值，對我國建筑事業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。

ARPC 混凝土由于所采用的材料密度不高，而且抗壓能力強，所以同等性能下的重量是普通混凝土重量的30%～50%，因此，它的應用不僅使橋梁和道路的使用性能大大優(yōu)化，還可有效降低橋梁自重，使得橋梁更加穩(wěn)固安全，減少了橋梁中過多使用鋼筋的矛盾沖突，不僅可以減少后期維修過程中的防銹處理問題，還可減少鋼筋材料的使用，從而降低橋梁建筑成本，使得我國道路橋梁工程大大推進，還能提升橋梁的跨越幅度。

普通鋼筋混凝土具有密度大、抗壓能力有限的劣勢，在后期使用過程中，很有可能導致橋梁因重量大而引發(fā)一系列坍塌、損毀等問題，而APRC 由于在制作過程中選擇的材料比較先進，材料成分具有較大抗壓性能，根據(jù)相關數(shù)據(jù)表明，同等條件下使用抑菌活性粉末混凝土建筑的橋梁的橫截面只有一般橋梁的1/3，有些超高性能的抑菌活性混凝土材料設計的橋梁甚至可單獨承重，它的應用除了改善橋梁重量過大問題，還可減少橋梁在設計和制作過程中的承重鋼筋的使用量，降低橋梁由于承重鋼筋配置不合理導致的安全隱患，減輕設計截面厚度，使得橋梁看上去更加簡約從而提高橋梁整體的美觀性，由于施工材料自身的輕密度特點可降低混凝土橋梁的重量，顯著提升道路橋梁的跨越能力。

4.2 抗壓能力強，可靠性高

由于ARPC 類型的混凝土在加工和制作過程所選擇的材料具有高抗壓水平、彈性高且抗彎能力強，因此不僅在一般的建筑施工過程中得到大力倡導，而且在道路橋梁領域得到了大規(guī)模的認可和應用。由于抑菌活性粉末混凝土在加工過程中會摻加細鋼纖維，且粒子之間的黏合性高，所以在橋梁建設時不需要加入非預應力鋼筋，而且因抑菌活性粉末混凝土具有高彈性的特點，可使橋梁在后期使用過程中的壓縮變形問題得以大大緩解，也降低收縮變形的概率，ARPC類混凝土由于所選擇的材料具有高韌性，抗壓能力高，在超載情況下也能夠保證正常工作，所以用抑菌活性粉末混凝土建設的橋梁具有較高的可靠性，此外加入抑菌活性粉末混凝土生產(chǎn)的預制構件用料不多，可降低生產(chǎn)成本，不僅能夠大大優(yōu)化構件的使用性能，還提高構件使用壽命，而且由于重量的減輕提高了安裝的便捷度，為操作工人的工作予以方便，縮短施工時間，所以深受橋梁工程施工單位的認可。

4.3 耐久性強，可延長道路橋梁的使用周期

ARPC 材料由于在加工過程中添加了新型材料，所以具有較佳的抗凍融水平，而且耐腐蝕性較好，還具備相當高的抗碳酸化性，可大幅度提高橋梁的耐久性，延長橋梁的使用期限。抑菌活性粉末混凝土可承受超過30MPa 的拉力，所以柔韌性極高，使建筑施工組織設計人員在設計橋梁結構外形時可以著重考慮其它方面，為橋梁外觀的改善提供了更多的選擇空間。此外，抑菌活性粉末混凝土材料呈現(xiàn)出的耐久性使其能在較多的場景使用，提高了橋梁的環(huán)境適應性，建成后的橋梁在各種惡劣條件下仍然不受影響，增強其長期使用的能力，而且由于減少了鋼筋的使用，在橋梁維護成本方面的壓力也較低，所以采用抑菌活性粉末混凝土建造的橋梁使用周期會大大增加[4]。

4.4 減少鋼筋用量，便于后期維護

一般來說，抑菌活性粉末混凝土設計和制作的橋梁，在后期維護時比較方便。與一般混凝土相比，抑菌活性粉末混凝土在加工和制作過程中所使用的水泥與骨料的不多，而且由于其具有比較好的抗壓能力和耐腐蝕性，所以減少鋼筋等一系列高成本材料的用量，不僅降低橋梁建設成本，還可大幅度降低后期出現(xiàn)的問題，優(yōu)化人工維護成本，所以經(jīng)濟性較高。在提高橋梁施工進度的同時，減少了非必要材料的使用，降低橋梁對周圍環(huán)境的危害，大大增加橋梁建設的經(jīng)濟效益與使用價值。

以位于巴卡爾海峽的巴卡爾橋的實際建設情況為例，該橋在設計和施工過程中增加了抑菌活性粉末混凝土。在建設過程中主要考慮跨越巴卡爾海峽，為了實現(xiàn)這個目標，當時負責施工的人員提出的方案是拱高70m，最后建成了跨度超過400m 的抑菌活性粉末混凝土拱橋，橋梁單聯(lián)共22 跨。巴卡爾橋在建設過程中使用的鋼筋量不多，雖然該橋沒有縱向加勁助，但由于使用了韌性極高的抑菌活性粉末混凝土，從而使該橋結構得以簡化，連接更加簡單。抑菌活性粉末混凝土應用于巴卡爾橋中，不僅顯著改善了橋梁的使用壽命，而且使橋梁節(jié)段之間能夠以更加簡潔的方式進行連接，橋梁的截面性質(zhì)以及構件的厚度等各方面參數(shù)大大改變，質(zhì)量得以改善，性能得以優(yōu)化，使用壽命和使用便捷度大大優(yōu)化。

5 結語

由于抑菌活性粉末混凝土在加工過程中所采用的原材料、材料配比更加合理，使得ARPC 成為一種新型的道路橋梁材料，不僅能夠提高道路橋梁的耐久性和使用壽命，而且降低了橋梁的自重，所以在現(xiàn)代橋梁的設計和建造過程中展現(xiàn)出了較高的應用前景。抑菌活性粉末混凝土的推廣與普及，為道路橋梁質(zhì)量和性能的提升改善發(fā)揮出極大的作用，具有極高的經(jīng)濟效益與使用價值。