活性粉末混凝土
RPC(Reactive Powder Concrete)是一種新型超高強(qiáng)的水泥基復(fù)合材料，屬于典型的超高性能混凝土。具有先進(jìn)的力學(xué)性能，優(yōu)越的物理特性，空前的延性和極低的滲透性。RPC是由普通的混凝土材料配制而成，這些材料具有特定的化學(xué)成分、顆粒尺寸和水化能力。RPC的原材料可以在一般的施工環(huán)境中混合和放置，并能適應(yīng)特別的澆注要求。
RPC是法國(guó)的Bouygues公司在九十年代初首先發(fā)明的，已經(jīng)成功用于許多重大工程。加拿大Sherbrooke大學(xué)的混凝土學(xué)會(huì)主任Pierre-Claude Aitein致力于將RPC從試驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到應(yīng)用中，從而在加拿大魁北克省的Sherbrooke市用RPC建造了一座步行及自行車兩用橋。Bouygues公司是這座橋梁的主要設(shè)計(jì)者。
RPC的基本原理包括：
一是去除粗骨料。
將砂的尺寸控制在600μm以內(nèi)，摻加超細(xì)活性微粉，改善勻質(zhì)性。RPC是由細(xì)石英砂、水泥、硅粉以及石英粉等顆粒混合物組成。通過(guò)以下方法來(lái)優(yōu)化RPC的顆粒級(jí)配：由不同粒級(jí)組成的混合物在每一粒級(jí)中有嚴(yán)格的粒級(jí)范圍；對(duì)于相鄰的粒級(jí)選擇高的平均粒徑比；研究水泥．高效減水劑的相容性，并通過(guò)流變學(xué)分析決定最佳摻量；優(yōu)化攪拌條件；通過(guò)流變學(xué)和優(yōu)化相對(duì)密度來(lái)決定需水量。
提高密實(shí)度和抗壓強(qiáng)度的一個(gè)有效的方法是在新拌混凝上的凝結(jié)前和凝結(jié)期間加壓。這一措施有三方面的益處：其一，加壓數(shù)秒就可以消除或有效地減少氣孔；其二，在模板有一定滲透性時(shí)，加壓數(shù)秒可將多余水分自模板間隙排出，這樣RPC的水膠比降低，密實(shí)度提高了；其三，如果在混凝土凝結(jié)期間(通常為拌和后6h～12h)始終保持一定的壓力，可以消除由于材料的化學(xué)收縮引起的部分孔隙。
二是硬化后通過(guò)熱處理來(lái)改善混凝土的微結(jié)構(gòu)。
根據(jù)組分和制備條件不同，RPC分為RPC200和RPC800兩級(jí)，其中RPC200抗壓強(qiáng)度達(dá)170MPa～230MPa，而RPC800達(dá)500MPa～800MPa。RPC200的熱養(yǎng)護(hù)是在混凝土凝固后加熱進(jìn)行，90℃的熱水養(yǎng)護(hù)可以顯著加速火山灰反應(yīng)，同時(shí)改善水化產(chǎn)物形成的微結(jié)構(gòu)，但這時(shí)候形成的水化物仍是無(wú)定形的；250℃～400℃的干熱養(yǎng)護(hù)用于獲得RPC800，較高的溫度使水化產(chǎn)物CSH凝膠大量脫水，形成硬硅鈣石結(jié)晶。
三是加入微細(xì)鋼纖維提高混凝土的延性和韌性。
未摻加鋼纖維的RPC呈線彈性，斷裂能低，為進(jìn)一步提高其韌性，必須摻入微細(xì)的鋼纖維。典型RPC200中摻的鋼纖維長(zhǎng)度約為13mm，直徑約0．15mm～0.20mm，體積摻量為1.5%～3.0%；對(duì)于在250℃以上更高溫度養(yǎng)護(hù)的RPC800，其力學(xué)性能(抗壓強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度)的改善是通過(guò)摻入更短的(長(zhǎng)度<3mm)R形狀不規(guī)則的鋼纖維來(lái)獲得的。這時(shí)，抗壓強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度大幅度提高。
目前RPC的研究中主要存在以下幾個(gè)主要問(wèn)題：
一是RPC使用磨細(xì)石英砂取代普通骨料，最大粒徑只有600μm，粉磨過(guò)程的能耗大：所摻活性混合材品種單一，硅灰摻量大(≥30％)，價(jià)格昂貴；微細(xì)金屬纖維用量大，價(jià)格高(2萬(wàn)/t以上)，國(guó)內(nèi)使用依賴于進(jìn)口。單方RPC的價(jià)格遠(yuǎn)高于普通混凝土的原因就是因?yàn)槌?xì)超高強(qiáng)鋼纖維高額的價(jià)格，為RPC的工程應(yīng)用帶來(lái)困難；
二是為使RPC的強(qiáng)度得以充分發(fā)展，目前主要采用90℃熱水養(yǎng)護(hù)和200℃以上的高壓養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，能耗高，且經(jīng)高溫養(yǎng)護(hù)的RPC在長(zhǎng)期潮濕環(huán)境下存在強(qiáng)度下降的缺點(diǎn)、生產(chǎn)中不易控制。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)或自然養(yǎng)護(hù)下RPC的長(zhǎng)齡期力學(xué)性能還沒有詳細(xì)報(bào)道；
三是RPC材料優(yōu)異力學(xué)性能產(chǎn)生的機(jī)理問(wèn)題。盡管國(guó)內(nèi)外近年來(lái)對(duì)高性能水泥基復(fù)合材料的基本特性進(jìn)行了多方面的試驗(yàn)研究和探索，但研究工作集中在高效減水劑與硅灰等高活性摻合料復(fù)合，降低水膠比，提高基體硬化密實(shí)度，同時(shí)摻加鋼纖維提高抗彎拉強(qiáng)度，獲得所需要的高強(qiáng)度、高韌性和延性等方面，而對(duì)骨料的顆粒級(jí)配優(yōu)化等方面關(guān)注較少。
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