潘 松 程东辉

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

0 引言

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，简称RPC)是在20世纪90年代由法国一个实验室开发研究出的一种继高强混凝土和高性能混凝土之后的新型超高性能水泥基复合材料。RPC同常规混凝土相比，根据其组成成分和浇筑成型后热处理方式的不同，这种新型混凝土具备更优异的力学性能，其抗压强度可以达到200 MPa～800 MPa，抗拉强度可以达到20 MPa～50 MPa。除了超高强度之外，RPC还具备高韧性、高耐久性、体积稳定性良好等特点，因此RPC在国内外被广泛的应用于军事、核电、桥梁、海洋和港口等多个工程领域当中。

自RPC问世以来，就得到国内外学者的广泛认可和关注，关于RPC的各项研究也一直是当下我国混凝土研究领域中的热点，我国科研人员基于国外的科研背景下对RPC的力学性能影响因素展开深入研究，并取得了一定的成果。但由于我国现今关于RPC的相关规范也较少，这在一定程度上也阻碍了RPC的研究与发展。为了进一步方便各界学者的研究，本文结合国内外科研工作者的研究成果，对RPC的力学性能研究进行论述。

1 RPC配制理论基础

RPC是一种具有优异的力学性能、高耐久性、高韧性、高体积稳定性的新型超高性能混凝土。其配制基本思想是：通过合理的选用原材料，剔除粗骨料，使得RPC的级配更加合理，提高基体内部的细度与活性，改善内部微观结构，有效减少材料缺陷(内部孔洞和微小裂缝)，增强密实度与连续性，获得超高力学性能和耐久性。基于此原理，RPC在制备过程中主要采取以下措施：

1)将水泥、硅灰和粉煤灰等活性矿物掺合材料、石英砂等细骨料作为主要的组成成分，去除传统混凝土中的粗骨料，消除粗骨料与水泥浆界面的微观缺陷，使得材料的粒径分布更加合理，以提高基体的均匀性。

2)制备过程中加入高效减水剂，减小水胶比，降低孔隙率。

3)RPC成型后，采取热养护方式加速水化反应激发基体内活性粉末的活性，改善微观结构。

4)配制过程中掺入钢纤维来改善RPC的韧性，有效降低破坏过程中的脆性现象。

2 配合比对RPC力学性能的影响

2.1 水泥与矿物掺合料

北京工业大学的邓才宗等[1]通过试验成功的配制出不含硅灰的新型RPC，即超细水泥活性粉末混凝土(SC-RPC)，并对其力学性能进行研究。试验结果表明:超细水泥可以作为粉料来制备SC-RPC；混掺30%(质量分数)粒化高炉矿渣、10%(质量分数)粉煤灰后RPC的抗压强度最高，流动性最好，同时经济性较好。2015年，同济大学朱鹏、李宗阳等[2]基于最紧密堆积理论和最大密实度理论出发，对掺有稻壳灰的活性粉末混凝土配合比进行设计试验，试验研究了不同替代率下的稻壳灰对RPC的流动性、力学性能及耐久性的影响。结果表明：掺有稻壳灰的RPC水胶比宜选择在0.20～0.22之间；随着稻壳灰在RPC中对硅灰的替代率的增加，其收缩率随之降低同时随龄期增加变化缓慢；建议根据不同使用功能采用不同替代率的稻壳灰RPC。

2.2 外掺纤维

北京工业大学王辉等[3]为改善钢纤维的经济性，提高废旧材料利用价值，在RPC中掺入生态钢纤维，通过试验研究原生钢纤维RPC和生态钢纤维RPC增强混凝土的强度、无切口梁4点弯曲韧性和切口梁3点弯曲断裂特征。结果表明：生态钢纤维体积掺量从0%～3%，RPC的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度不断提高；试件断裂韧度是RPC的7倍～10倍，达到理想弹塑性材料水准；适宜体积掺量的生态钢纤维能够使RPC达到较好的增韧、增强、抗裂作用，生态钢纤维可以部分或者全部替换原生钢纤维达到相近的增韧增强效果。2017年，长安大学马恺泽等[4]研究了混合钢纤维的抗拉、抗折、抗压强度，试验结果表明：在RPC中掺入混合钢纤维能够显著改善其韧性，采用0.5%长纤维加1.5%短粗纤维可达到最好的增韧效果。

2.3 水胶比

西北农林科技大学史凯方等[5]采用正交试验设计方法对PRC的配合比进行试验研究，探讨了水胶比等因素对RPC各项力学性能影响规律和机理。结果表明：水胶比对RPC的力学性能影响显著，RPC200水胶比宜取0.18～0.20之间。高于0.20水胶比会使RPC强度明显降低，低于0.18时混凝土成型困难，缺陷增多。

3 其他因素对RPC力学性能的影响

西南科技大学高燕等[6]通过设计正交试验对掺有固硫灰的活性粉末混凝土的力学性能及收缩性能进行研究。试验结果表明：使用固硫灰、硅灰、高效减水剂、石英砂等材料再通过湿热养护可以配制出抗压强度达到140 MPa的RPC；采用湿热养护可以加速RPC的水化反应，形成密实度更高的RPC，其早期强度比标准养护高出30 MPa左右；湿热养护可以提高RPC的早期收缩，同时降低后期干性收缩，整体收缩率大于标准养护条件下的RPC；固硫灰的膨胀特性可以降低活性粉末混凝土自收缩大的缺点。詹国良、林东等[7]对不同养护制度下RPC力学性能进行探究并分析其机理，结果表明：在配合比和工艺条件相同的情况下，相对于标准养护，采用热养护的RPC抗压强度、抗折强度有显著提高。

4 结语

国内外科研工作者对活性粉末混凝土力学性能影响因素已经进行了较为广泛的研究，本文通过现有的理论分析方法及相关设计方法，在配合比、养护制度等多个方面进行总结和归纳。同时，为了进一步推进RPC在实际工程中的应用，还需要对以下问题进行深入研究：1)RPC的抗拉性能与弹性模量；2)RPC的成本控制手段；3)RPC材料的动力效应及抗冲击试验相关研究；4)RPC的应力—应变本构关系试验研究。