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RPC（活性粉煤灰混凝土）材料简介
北京惠诚基业工程技术有限责任公司

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年代初开发出的超高强度、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（图1）。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。

图1. RPC与高性能混凝土(HPC)抗压强度－应变曲线的对比

图2.各种常用材料的断裂能和抗弯强度的比较 
由图2可知，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。无纤维的RPC拌和物注入钢管内，通过90℃蒸汽养护，很容易获得300MPa的抗压强度。

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。
我公司研究开发的RPC材料其抗渗性大于P16,说明其抗渗性相当好，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，这表明我公司开发的RPC材料具有优秀的抗冻融能力。

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3.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
骨料用量(t)
230
170
60

RPC材料作为高技术混凝土,具有高强度、高韧性、高耐久性、高抗腐蚀性、高耐冻融性及高耐水性等特点，其性能同普通混凝土和现有的高性能混凝土相比有了质的飞跃，并且在经济性和环保性方面优于钢材。
法国Bouygues公司于1994年在美国旧金山由ACI召开的春季会议上首次公布了RPC。该材料兼具有高强度、高韧性、高密实性与高耐久性，在一般情况下可不配钢筋，即可用作结构材料，故对工程界有很大的吸引力。在1994—1998年期间RPC已在土建工程中初露头角。例如，法国在一核电站的冷却系统中耗用823立方米的RPC制作了2500多根尺寸不等的梁，并用以制作大量核废料储存容器。美国CPAR计划及法国与美国陆军工程师团合作生产的RPC制品包括：大跨度预应力混凝土梁、压力管道及放射性固体废料储存容器。加拿大在地处恶劣环境的加拿大魁北克省Sherbrooke用RPC预制构件现场组装了一座供行人和自行车通行的桁架桥。该桥采用RPC材料构件后不仅大大减轻了自重,施工极其简便，而且大幅度提高了结构在高湿度环境、频繁受除冰盐腐蚀与冻融循环作用下的耐久性能。另外,加拿大银行系统利用RPC材料的高强度与高韧性,开始制作银行的保险柜。
利用RPC的超高强度和高韧性，可以替代钢材制造薄壁制品、细长构件，如市政桥梁和大型工业厂房的桁架、梁、屋面板、桥面板等，可大大减小截面尺寸和制品自重，增加桥梁净高和厂房使用空间。
RPC与钢管、型钢相结合，以钢管混凝土或劲性混凝土结构的形式替代钢结构，可建造超高层建筑物，并降低工程造价。
利用RPC的高抗渗性能，可制造压力管道和容器，用来作输送油气、腐蚀性液气体的输送管道和固体废料（如核废料等）处理容器。
北京惠诚基业工程技术有限责任公司经研究试验，已开发出RPC材料作为非结构件的应用产品，如RPC空心板、铁路桥梁上的人行道板、声屏障、电缆沟槽盖板及人行道栏杆等，大大的降低了施工难度，并解决了钢结构造价高、易锈蚀等问题。所开发的RPC产品已得到了实际工程应用，并取得了良好的工程效果。
由于其优越的物理力学性能，使RPC在交通、石油、核电、市政、海洋等工程及军事设施方面有着广阔的应用前景。目前,RPC已成为国际工程材料领域一个新的发展热点。1998年8月在Sherbrooke召开的高性能混凝土与活性粉末混凝土国际研讨会上，就RPC的原理、性能和应用进行了广泛的讨论。

北京惠诚基业工程技术有限责任公司研究开发的200MPa级活性粉末混凝土。通过试验优选目前常用的国内混凝土原材料，结合常规的搅拌与热养护工艺已制备出高性能活性粉末混凝土。并进行了材料综合性能的测试与基本构件的结构性能试验。目前正致力于开发适用于高耐久性压力管道、桥梁、轨道结构、房建结构的各种活性粉末混凝土构件。

实验室配制RPC材料的基本性能试验结果
项目
抗压强度（Mpa）
抗弯强度(Mpa)
弹性模量
（Gpa）
表观密度
（Kg/m3）
坍落度
（mm）
3d
28d
3d
28d
结果
169.4
168.6
18.4
20.6
46.8
2460
120
工厂生产的RPC材料的基本性能试验结果
项目
抗压强度(Mpa)
抗弯强度(Mpa)
弹性模量
（Gpa）
6d
28d
6d
28d
结果
157.0
158.3
18.0
21.1
48.5
其它性能测定值为：抗渗性大于P50，28d碳化深度为0mm，800次快速抗冻融动弹性模量损失为3.9%、质量损失为零。导电性能测定结果均大于250MΩ。板厚40mm的空气隔声指数为38.0dB。