新型混凝土

活性粉末混凝土

活性粉末混凝土，是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。主要应用于桥梁等建筑工程。

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，出现的一种力学性能、耐久性能都非常优越的新型建筑材料。

RPC是在20世纪90年代同法国一个实验室开发研究出的新型超高性能材料。它是在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。

2、优点

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。

从而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

RPC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。

3、技术性能指标

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。

宏观无缺陷水泥是指一种综合性能优异的抗压强度高达300MPa，抗折

强度更高达的200MPa，在电学、磁学、声学和低温使用性能方面也有某些性能的新型水泥制品。

宏观无缺陷水泥是1979年，英国牛津大学与帝国大学合作，率先开发出的。

制备方法:

将一定量高聚物、无机颜料、外加剂掺入542.2m2/kg、低水灰比的铝酸盐水泥浆料中，拌匀，喂入双辊开炼机，进行～5min的高效剪切搅拌，得到的胶泥状物料继而用辊压、挤出等多种塑料成型工艺制成各种形状的坯材，经150℃×25MPa的热等静压、12h常温和24h80℃养护，即得到形状色彩丰富、性能优异的MDF水泥。

应用:

MDF水泥抗折强度高韧性好，可用于制造各种管

道尤其是用其他材料不易制作的大直径管道，及对抗折强度有较高要求的支撑材料。

——MDF水泥绝缘性好，体积电阻率和击穿电压高，可代替陶瓷、塑料用作力学性能好的经久耐用电绝缘材料；

——经微细化处理的MDF水泥，可用作唱片、音箱材料以及制作水泥弹簧等；

——MDF水泥还有望成为一些金属材料、木材和陶瓷材料的廉价代用品。

毫不夸张地说，MDF水泥擈一登场，就以其天生丽质（优异的综合力学和物理性能）和婀娜多姿（丰富的成型手段），盛装（颜料织就的亮丽色彩）惊艳示人，引得无数科技英豪竞折腰（纷纷投身MDF研究），上演着一幕幕（各种新型MDF层出不穷）科技版的“ 窈窕淑女，君子好逑”！。

MDF水泥的优异性能和巨大研发潜力（高材与水泥品种、纤维增强、添加剂、工艺技术手段）已引起各国，尤其是发达国家材料学界的高度关注，美国甚至专门建立了“高级水泥基材料科技中心”。

最近日本曾展出过用MDF水泥作车身材料的太阳能轿车也许不久的将来，您钟爱的坐骑、家用电器和日用品领域也随处能见到MDF的身影。

自感应混凝土混凝土材料本身并不具备自感应功能，但在混凝土基材中复合部分导电相可使混凝土具备本征自感应功能。目前常用的导电组分可分3类：聚合物类、碳类和金属类，其中最常用的是碳类和金属类。美国的D．D．L Chung 等在1989年首先发现将一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺人混凝土材料中，可以使材料具有自感知内部应力、应变和损伤程度的功能。通过对材料的宏观行为和微观结构变化进行观测，发现水泥基复合材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的，如电阻率的可逆变化对应于可逆的弹性变形，而电阻率的不可逆变化对应于非弹性变形和断裂。而且这种复合材料可以敏感有效地监测拉、弯、压等工况及静态和动态荷载作用下材料的内部情况。当在水泥净浆中掺加0．5％(体积)的碳纤维时，它作为应变传感器的灵敏度可达700，远远高于一般的电阻应变片。在疲劳试验中还发现，无论是在拉伸或是压缩状态下，碳纤维混凝土材料的体积电导率会随疲劳次数发生不可逆的降低。因此，可以应用这一现象对混凝土材料的疲劳损伤进行监测。大量的试验表明，碳纤维混凝土压应力和电阻率之间存在着一定的对应关系。当压应力较小时，由于混凝土内原有裂缝在压应力下闭合，纤维间势垒变窄所致的电阻率随压应力的增加而减小，此时混凝土材料处在正常工作范围内。随着压应力的增大，一方面混凝土开始产生损伤核心的裂纹；另一方面原有裂纹还在闭合之中，它们处在一种动态平衡。因此，此阶段电阻率基本没有变化，但混凝土材料已开始出现损伤。随着压应力的继续增大，混凝土的损伤和新的裂纹加剧，碳纤维的电阻率迅速增加。试验还表明，