活性粉末混凝土

简介： RPC是活性粉末混凝土的简称，是新近开发出来的一种超高强、高韧性、极低渗透性的新型混凝土。它克服了高强混凝土（HSC）抗弯拉强度不高，因配筋增强所带来的施工浇注困难、混凝土的开裂等特点，是根据最少缺陷原理而配制的具有超高力学性能和耐久性的新型混凝土，有广阔的应用前景。 技术指标

RPC的抗压强度是HSC的3倍（RPC200）到12倍（RPC800），抗折强度达50~60Mpa，是HSC的10倍。其断裂能达30000J/M2（钢的断裂能为105J/M2，普通混凝土NC的断裂能只有130J/M2），所以，PRC具有优良的韧性。同时，PRC具有极小的孔隙率，渗透性非常低，具有超高的耐久性。其氯离子扩散系数仅为0.02×10-12m2.s-1，而HSC和NC分别为0.6×10-12m2.s-1和1.1×10-12m2.s-1。RPC具有极好的耐磨性能，其磨耗系数为1.3，而HSC和NC分别为2.8和4.0。

实施条件,市场前景：

因rpc具有极高的抗压抗折强度，在工程应用时，可以有效地减少结构自重，节省工程的综合造价。rpc具有极高的抗剪强度，在梁的设计中可减少或完全去除辅助配筋，从而设计更薄的截面和更具创新性的截面形状。rpc优越的性能使其在市政、石油、核电、海洋等工程及军事设施亦有广阔的应用前景。prc的渗透性极低，是制备新一代核废料储存容器的理想材料；由于prc良好的耐磨性和低渗透性，它还可以用于生产各种耐腐蚀的压力管和排水管道。

活性粉末混凝土简介

活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，以下简称RPC）是继高强、高性能混凝土之后20世纪90年代开发出的超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定性良好的新型材料。它是 DSP(Densified System containing ultra-fine Particles)材料与纤维增强材料相复合的高技术混凝土。根据其组成和热处理方式的不同，这种混凝土的抗压强度可以达到200MPa 至800MPa；抗拉强度可以达到20MPa至50MPa；弹性模量为40Gpa至60Gpa；断裂韧性高达40000J/m2，是普通混凝土的250倍，可与金属铝媲美；氯离子渗透性是高强混凝土的1/25，抗渗透能力极强；300次快速冻融循环后，试样未受损，耐久性因子高达100%；预应力活性粉末混凝土梁的抗弯强度与其自重之比接近于钢梁。RPC在工程结构中的应用可以解决目前的高强与高性能混凝土抗拉强度不够高、脆性大、体

积稳定性不良等缺点，同时还可以解决钢结构的投资高、防火性能差、易锈蚀等问题RPC的强度等级可分为200MPa级、500MPa级和800MPa级。其中200MPa级RPC已在工程中应用，500MPa级RPC尚处在试验室研究阶段，800MPa级RPC则处在试验室试配阶段。 从工程应用角度来看，活性粉末混凝土有以下的优点：

⑴ RPC可以有效地减轻结构物的自重。RPC具有很高的抗压强度和抗剪强度，在结构设计中可以 采用更薄的截面或具有创新性的截面形状，从而使结构自重比普通混凝土结构轻得多。 ⑵可以大幅度提高结构物的耐久性。RPC材料减小了界面过渡区的厚度与范围。骨料粒径的减小 ，其自身存在缺陷的机率减小，整个基体的缺陷也减少。RPC十分密实，孔隙率极低，它不但能够阻止放射性物质从内部泄漏，而且能够抵御外部侵蚀性介质的腐蚀，从整体上提高了体系均匀性、强度和耐久性。

⑶采用RPC设计的构件，可以极大地减少箍筋和受力筋的用量，甚至可以不设置箍筋。

⑷RPC结构的高耐久性极大地减少或免除了维护费用，延长了使用寿命，因而具有很高的性能价格比。

⑸RPC材料的高韧性和结构自重的减轻有利于提高结构的抗震和抗冲击性能。 ⑹RPC材料的耐高温性、耐火性以及抗腐蚀能力远远高于钢材。

由上述RPC材料的优点可以看出，采用RPC材料可以延长结构寿命，免除维护费用，降低工程建设和使用的综合造价。 RPC材料技术性能 RPC材料的突出技术性能主要表现在硬化体的高强度、高韧性、高耐久性，拌合物的良好施工性 能，原材料组成的环保性能。

RPC材料技术性能

RPC材料的突出技术性能主要表现在硬化体的高强度、高韧性、高耐久性，拌合物的良好施工性能，原材料组成的环保性能。 一、力学性能

RPC材料的强度可按抗压强度分为200MPa级、500MPa级和800MPa级。200MPa级的RPC材料已在工 程中应用，500MPa级尚处在试验室研究阶段，800MPa级RPC材料则处在试验室试配阶段。不同强度等 级的RPC所用的原材料与生产工艺有较大的差异。RPC材料同HPC相比，显著的特点是强度高、韧性大 ,抗拉强度尤为高。200MPa级RPC材料的抗压强度为170-230MPa，是高强混凝土的2-4倍，同时具有很 高的变形能力。抗折强度为20-40MPa，是高强混凝土的4-6倍，掺入纤维后拉压比可达1/6左右。

该强度级别的RPC材料断裂韧性高达20000-40000J/m-2,比普通混凝土与高强混凝土高出100倍，可与金属铝媲美.加拿大的工业化试验表明：优选的地方材料通过混凝土搅拌车或固定搅拌机可生产200MPa级RPC材料。 二、耐久性能

RPC材料内部结构致密、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结构桥梁（行人/自行车桥）所用的200MPa级RPC材料耐久性试验表明：300次快速冻融循环(最高温度4℃、最低温度-18℃、温度变化速度6℃/h)后，试样未受损，耐久性因子高达100%；RPC板的50次含除冰盐的冻融试验结果，重量损失率平均低于8g/M2，而Quebec省的允许标准为600g/M2，因此可忽略不计；测定的氯离子渗透性在6-9库仑间波动，而30MPa普通混凝土的氯离子渗透性为5000库仑、80MPa高性能混凝土的氯离子渗透性为约500库仑，由此可见它的抗渗透能力非常好，能有效地阻止有害介质的侵入。600次快速冻融试验RPC试件的动弹性模量无损失、质量无损失。 三、施工性能

RPC拌和物不仅流动性好，而且粘聚性良好，在运输、浇注和捣实过程中不发生离析现象。在窄小的模板内和钢筋间隙的通过性能良好，浇注后不需要振捣。 四、环保性能

RPC材料具有良好的环保性能。分别采用RPC材料、钢结构及钢筋混凝土的同等抗弯能力的工字型梁，截面尺寸如图3所示，可见RPC材料所制成的构件截面尺寸可等同于钢结构构件。表1给出了同等承载力条件下， 30MPa引气型普通混凝土、60MPa的HPC及RPC材料的等效体积、水泥用量、生产水泥过程CO2排放量及骨料用量。由表1可见，同等承载力条件下RPC材料的水泥用量几乎是普通混凝土与HPC的1/2，因此同等量水泥生产过程CO2排放量也只有一半左右。生产过程不可再生的自然资源骨料的用量RPC材料只占HPC与30MPa混凝土的1/3与1/4。

图.RPC材料、钢材及钢筋混凝土在同等抗弯能力下的截面比较

表1同等承载力条件下不同混凝土材料的生态性能比较

品种 30 MPa引气型混凝土 60 MPa级HPC 200 MPa级RPC 等效体积（m3） 126 100 33 水泥用量(t) 44 40 23 CO2排放量(t) 44 40 23

60 骨料用量(t) 230 170

2.4 良好的经济效益

按当地（福州地区）可比价格计算，尽管FRPC的价格是普通混凝土的2.4倍，是

高强混凝土的1.95倍，采用FRPC200粉末混凝土仍比普通混凝土节省37.2%，比高强混凝土节省35.6%，经济效益是十分巨大的，这里还不包括因为重量减轻节省的施工成本、加快资金周转等间接的经济效益，也不包括因为FRPC可以直接承受剪力，取消构件中的附加抗剪钢筋。 3 RPC的工程结构应用[7] 3.1 预应力结构领域

RPC200有极高的抗压强度、弹性模量和开裂强度使预应力筋的强度得以充分利用，无需配防止预拉应力下发生开裂的预应力筋，并使锚具下的承压面不致发生过大的压缩变形，可大大减少预应力损失。RPC200的另一显著特性是徐变和收缩现象极其微小，这使其预应力构件中由于材料收缩、徐变引起的预应力损失值降至最大。可以说RPC200在预应力利用中有良好的应用前景。为解决在铁路轨道接头处和小半径曲线段预应力轨枕破坏较严重的问题，用RPC试制的预应力轨枕，静载抗裂度有明显提高，疲劳性能明显改善。 3.2 预制结构产品领域

使用RPC200可以有效减小结构自重，在具有相同抗弯能力的前提下，RPC200结构的重量仅为钢筋混凝土结构的1/2～1/3，几乎与钢结构相近。因此，完全可以用RPC来代替铸铁，生产现有许多铸铁制品，如井盖、水算子、模具等，可以大幅度降低制品的自重，而不影响使用效果[8]。

工程实例有世界上第一座以RPC为材料的步行/自行车桥（图1）位于加拿大魁北克省的谢布洛克（Sherbrooke）市。该桥于1996~1997年期间建成的。采用RPC钢管混凝土桁架桥结构。桥跨度60m，桥面宽4.2m。桥面板厚为30mm，每隔1.7m设置高70mm的加强肋。桁架腹杆市直径为150mm、壁厚为3mm的不锈钢管、内灌RPC200。下弦为RPC双梁，梁高380mm；均按常规混凝土工艺预制。每个预制段长10m、高3m，运到现场后用后张预应力拼装。采用RPC的桁架桥，大大减轻了自重，提高了在高湿度环境、频繁承受冰盐腐蚀与抗冻融循环作用下的耐久性能。 3.3 抗震结构领域

RPC200可以作为一种很有前途的抗震结构材料。这是由于更轻的结构系统降低了惯性荷载；结构构件横截面高度的减少允许构件在弹性范围内发生更大的变形；极高的

断裂能及高韧性使结构构件可以吸收更多的地震能。应用于框架节点将极大提高节点的抗震承载力，并彻底解决节点区钢筋过密、箍筋绑扎困难和混凝土难以浇筑密实等问题。 3.4 钢管混凝土领域

无纤维RPC制成的钢管混凝土，具有极高的抗压强度、弹性模量和抗冲击韧性，用它来做高层或超高层建筑的支柱，可大幅度减少截面尺寸，增加建筑物的使用面积与美观。利用钢管侧限无纤维RPC，使其在凝固前受到压缩，夹杂其中的空气及早期的化学收缩大都被排除，此外在压缩期间，某些拌合水也被挤出，使RPC的水胶比得以降低，从而提高了密实度。此外，由于影响RPC成本的主要因素是钢纤维的价格，故无论是从力学观点，还是从经济角度考虑，无纤维RPC钢管混凝土都具有很大发展潜力。

3.5 覆面镶板领域

因RPC中不含粗骨料而具有高密实性与良好的工作性能，使其与模板相接触的表面具有很高的光洁度，外界的有害物质很难侵蚀到RPC中，而且RPC中的着色剂等组份也不易向外折开利用，这一特点可制作5~15mm厚的建筑物覆面镶板，这一类型的产品目前在色彩、构造及外形上都具有多样性。在市政工程中可以利用RPC200的高强度制成井盖，厚度差不多在30mm，比起一般的铸铁井盖更为经济实用，且力学性能更好。RPC比HSC的内部结构更为密实，且空隙率与多余水分也都较少，所以抗火性能比HSC强，可用于抗高温材料制作。但其高温下的破坏现象和机理目前还没有相关研究，急需开展初步的实验研究，以核定RPC的抗火能力。 3.6 核电站工程领域

由于RPC的空隙率极低，它不但能够防止放射性物质从内部泄漏，而且能够抵御外部侵蚀性介质的腐蚀，因此是制备新一代核废料储存容器的理想材料。法国就利用RPC这一性能对一座核电厂的冷却塔进行了改造。冷却塔的内部结构是由横纵梁交错构成的桁架支撑引导废液的倾斜面板。因为废料的侵蚀性极强，所以利用RPC材料抗渗透性能好的特点，来替换原来已被严重腐蚀的桁架梁。 3.7 大跨圆形屋顶结构领域

在房屋建设中，采用RPC200设计建造的大跨球形圆顶，可制成直径为120m的净空，这一建筑的设计原则是：由RPC200预制的后张法预应力拱形梁连接其周围的预应力梁而组成环形伞状支撑结构。

用30mm厚的RPC200硬化板覆盖于拱梁上形成屋顶。梁板间像瓦那样相互交叠，预制板间留出空隙排放雨水。这一建筑结构中由梁和板组成的屋盖纵平均厚度仅为0.10m。

3.8 下水道系统工程领域

由于RPC良好的耐磨性能和低渗透性，可用于生产各种耐腐蚀的压力管和排水管道，在美国的下水道系统工程中得到广泛的发展和应用。为适应各种不同特点和用途的压力管道，已开发出多种施工技术和方法。对于水平压力管道，采用离心浇注法，充分

利用了RPC的高抗压强度、水密性和低渗透性。在竖直压力管道中采用湿法浇注有效地利用了RPC的气密性，减小了空气渗透。用于制造涵洞和下水道的施工方法“干法浇注”和“顶部顶进灌浆浇注法”正在进一步的完善中。 3.9 水工建筑物领域

在水工建筑物中，主要将RPC用于提高坝面的抗渗性能和抗裂性能，以及高速水流作用的部位，如溢洪道、泄水孔、有压输水道、消力池、闸底板等。在国外许多坝用RPC进行修补，纤维体积掺量一般在1.5%~3.0%，在经过一年运行后检查，没发现严重的磨蚀和剥落。工程实现表明RPC有很强的抗气蚀能力和抗冲磨能力。可以抵抗严酷条件下的气蚀和冲磨作用。例如在葛洲坝二江泄水闸和映秀湾电站拦河闸底板修补中试用，效果突出。 3.10 港口和海洋工程领域

人们最担心的是海水环境中RPC的腐蚀问题，所以对这一领域中的应用持慎重态度。然而日本和挪威的试用经验是令人鼓舞的。在日本用RPC做钢管桩防蚀层，在海水中浸泡实验表明RPC有很强的防蚀能力，刚管桩表明无锈蚀仍有金属光泽。在国外还用于海底输气管道的隧洞衬砌、海底核废料库的支护、海上采油平台后张预应力管道孔的封堵以及码头混凝土受海水腐蚀部位的修补等。 4 RPC的应用前景与当前存在的关键技术问题

RPC集钢材强度大、韧性高和传统混凝土抗火、抗腐蚀性强的优点于一体。目前，它的应用已经进入到桥梁与路面工程、建筑工程、水利工程、特种结构多个领域。历史已经多次证明，一种新材料的问世，必然伴随着从本构关系、计算方法、到测试技术，新理论新技术的发明或发现，必然伴随着一个产业链的诞生，同时，也重新排列着各国的技术位置。我国的当务之急必须首先在实际工程中成功应用。