活性粉末混凝土RPC的研究现状

我国第一座RPC全预制桥梁在湖南长沙投入使用,这座位于湖南长沙北辰三角洲的过街天桥,由湖南大学设计研究院设计。


超高强度活性粉末混凝土,最初是在1993年由法国PierreRichard首先研制出来的,并研究了不同原材料、成型方法对RPC性能的影响,自那时此便开始了全世界范围的关于超高强度活性粉末混凝土的研究。

RPC是基于最大致密度填充理论设计出来的,通过材料颗粒的紧密堆积排列得到最致密的堆积,简单讲来就是最小粒径的颗粒填满上一级别粒径颗粒的堆积间隙,依次类推,即可得到最大堆积密度。国内外科研工作者在RPC研制方面进行了不断探索[7~8],利用各种材料对RPC胶凝材料进行改性研究,从不同角度展开了探讨。

1998年8月在加拿大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材料的原理、性能和应用进行了广泛的讨论,专家一致认为:作为一种新型混凝土,RPC材料具有十分广阔的应用前景[9]。

我国关于RPC的研究起步较晚,目前的研究大多瞩目于配合比的设计以及RPC的性能提升等方面。近几年,国内许多科研院校和科研机构基本可以得到最优化设计的配比,可以得到超高强度、高韧性、高弹性模量的RPC。尽管目前我们可以制作出的RPC性能非常优异,但是想要将其投入市场仍然困难,这是我们应当去探索的一个关键方向。

ShuguangHu基于最紧密堆积数学模型Dinger-Funk方程确[10]定了粒径分布,在该设计思路和设计理论的基础上,建立了钢渣粉RPC微观结构的理想模型。

龙广成在2004年发表文章认为,抗压强度达200MPa的活性粉末混凝土,宜采用52.5号普通硅酸盐水泥,硅粉和磨细粉煤灰复合使用可进一步提高其强度,高效减水剂DSF-2的最佳掺量约为水泥重量的2%~3%,采用100℃蒸汽对RPC200进行养护,适宜的蒸养时间为72h[11]。

2002年,清华大学覃维祖采用水泥、硅灰和粉煤灰这种三元胶凝材料体系对RPC开展了试验研究,制备出的RPC抗压强度达到230MPa,抗折强度达50MPa[12]。

2002年9月,湖南大学何峰等人在200℃的高温养护条件下分别获得了抗压强度达229MPa的无纤维RPC和抗压强度达298MPa的掺纤维RPC,实验对比研究了标准养护、热水养护(90°C)和高温养护(200°C)这三种养护制度以及热养护后的静置室内(20°C)和浸入水中(20℃)两种处理对RPC混凝土和不掺或单掺硅灰或石英粉掺台料的混凝土强度的影响[13]。

2010年,刘娟红、王栋民研究了不同的养护制度下对大掺量的矿物细粉活性粉末混凝土性能的影响,扫描电镜试验表明:大掺量矿物细粉活性粉末混凝土经过蒸养及干热养护后,C-S-H的形貌发生了变化,凝胶体的结构蒸养时密实,且分布均匀[14]。

随着我们对RPC研究逐渐的深入,使RPC开始由实验室试验向社会应用转变,尤其在桥梁建造、防震建筑和核电站建筑领域等领域得到了广泛的使用。

1997年,加拿大Sherbrooke的Magog河上长达60米的人行桥建成,该桥全部采用RPC预制构件现场拼装而成,桥身全部采用RPC材料从而大大降低了桥身的自重,RPC优良的耐久性能也使得该桥能够在恶劣环境下耐久性能大幅度提高,这座桥的建成标志着RPC从理论到实践的飞跃[15]。

2006年美国建成的“WapelloCountryMarsHillBridge”是首座高等级的RPC单跨简支梁桥,该桥荣获当年度波特兰协会桥梁奖,被誉为幵创“未来桥梁”的重要一步[16]。

2016年9月5日,我国第一座RPC全预制桥梁在湖南长沙投入使用,这座位于湖南长沙北辰三角洲的过街天桥,由湖南大学设计研究院设计,桥面厚度只有20厘米,桥墩也只有两个,看起来非常轻薄、苗条,但因为采用的是超高活性的粉末混凝土材料,承载能力非常强。该桥梁也是国际上首座采用全预制拼装工艺建成的超高性能混凝土车行箱梁桥,是超高性能混凝土这种新型建筑材料在桥梁结构中的首次全面应用[17]。