浅析活性粉末混凝土发展现状

浅析活性粉末混凝土发展现状

高英

山东协和学院 山东济南 250107

摘要：普通混凝土目前仍然是主要的建筑材料之一，特别是高强高性能混凝土的问世，极大地推动了混凝土技术的进步。活性粉末混凝土便是高强高性能混凝土中的一种，本文就活性粉末混凝土的发展现状进行阐述，期望可以为广大研究者提供一定的参考。

关键词：活性粉末混凝土 发展 现状

前言

随着我国建筑事业的发展，现代工程结构形式逐渐向大跨、高耸和轻型化发展，人们对建筑材料性能的要求也越来越高，混凝土由于其特有的性能，仍然是当前应用最为广泛的一种建筑材料，特别是高强高性能混凝土的问世，极大地推动了混凝土技术的进步。然而由于地球环境污染加剧，混凝土的使用环境变得更加严酷，对耐久性的要求越来越高，人们对开发和研制具有良好工作性能、高力学性能、高耐久性能和长期体积稳定性的新型混凝土的愿望更加迫切。活性粉末混凝土正是在这样的背景下，于20世纪90年代出现的超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定性良好的新型建筑材料，因其具有优越的力学性能（强度高、断裂能高、弹性模量大），良好的耐久性能（比如：抗冻融循环能力、抗剥蚀能力、低渗透性、低收缩性、高耐腐蚀性、高耐磨性等）和良好的经济与社会效益，在高层、超高层建筑和大跨度桥梁中得到了广泛的应用。

1钢管活性粉末混凝土

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，其主要通过提高组分的细度与活性，尽量减少材料内部的孔隙与微裂缝，从而获得了超高的强度与高耐久性。超高强混凝土都存在着脆性过大的问题，混凝土强度越高，其脆性越大。在高应力或复杂受力状态下，活性粉末混凝土易产生脆性破坏，导致其工作的可靠性降低。

将活性粉末混凝土灌入钢管，形成钢管活性粉末混凝土，当其受压时，钢管约束了活性粉末混凝土的横向变形，使活性粉末混凝土处于三向受压状态，抗压强度得到很大提高，可延缓其受压时的纵向开裂；同时活性粉末混凝士可以延缓或避免薄壁钢管过早地发生局部屈曲，因此钢管混凝土结构是一种可以有效克服高强混凝土脆性的结构形式。另外，钢管也可以作模板之用，免除了支模拆模的程序，加快了施工速度。钢管和活性粉末混凝土之间的相互作用使钢管内部粉末混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，试件的延性性能明显改善，耗能能力也大大提高，具有优越的抗震性能，且钢管活性粉末混凝土的超高强度能有效减小试件的截面尺寸，减轻结构自重，因而在国内外的高层和超高层建筑中被广泛应用，如芝加哥AT&T Gateway Tower大厦、西雅图Two Union Square大厦、墨尔本Casselden Place大厦、广州新中国大厦以及天津火车站地下交通枢纽等。

2常温下钢管活性粉末混凝土构件

部分学者对常温下活性粉末混凝土结构试件的力学性能开展了研究工作，主要有：杜任远和陈宝春等进行了两根活性粉末混凝土模型拱的L/4 处单点加载的面内受力全过程试验。试验结果表明，活性粉末混凝土拱受力过程和破坏模式与普通混凝土拱相似，其极限承载力也可用极限分析法进行简化计算。活性粉末混凝土拱的开裂荷载、钢筋屈服荷载和极限承载力均较普通混凝土拱有明显的提高。在极限承载力相同的条件下，活性粉末混凝土拱的截面积与自重可以减小到普通混凝土拱的67%左右，表明活性粉末混凝土拱可有效减轻结构自重，提高拱桥跨越能力。

3火灾下钢管活性粉末混凝土构件

火灾作为最常见的灾害，会造成建筑物的严重破坏或者倒塌，带来人员伤亡和经济损失。由于在火灾高温下，建筑试件的材料性能和内部应力状况会发生变化，导致结构发生局部破坏或整体失去承载能力，所以怎样确保结构的火灾安全是当前国内外结构抗火研究领域的热点问题。活性粉末混凝土虽然属于超高强高性能混凝土，但由于其组分和制备工艺的独特性，使得其高温抗火性能不能完全照抄于高强高性能混凝土。

自Richard等人提出活性粉末混凝土概念以来，国内外学者针对RPC常温下应力-应变关系、抗压强度、抗拉强度、抗折强度、弹性模量、极限应变和平均断裂能等力学性能^[1-4]开展了系统的研究工作，取得了丰硕的研究成果。林清研究了纤维类型和养护制度对RPC抗压强度、抗折强度、抗拉强度、峰值应变、弹性模量和横向变形系数的影响。研究表明RPC抗压强度随钢纤维掺量的增加呈先升高再降低的趋势，合理掺加钢纤维可缓解RPC的脆性，提高其韧性、抗折强度及劈拉强度。掺加聚丙烯(PP)纤维对RPC抗压强度提高不明显。

周威和郑文忠等以局压面积、局压面积与核心混凝土面积比和螺旋筋率等参数为研究对象进行了12个高强螺旋筋约束活性粉末混凝土轴心局压承载力的试验研究，研究结果表明螺旋筋对核心混凝土的约束显著，提出了高强螺旋筋约束活性粉末混凝土局压承载力实用计算方法。Muhammad Abid和侯晓萌对活性粉末混凝土的高温蠕变行为进行了研究。根据不同的热机械状态，将蠕变行为进一步分为自由热应变、短期蠕变和瞬态应变。结果表明短期蠕变和瞬态应变随应力水平的增加和温度的升高而增大，150℃以下自由热应变演化缓慢，但在150℃以上自由热应变急剧增加，升温速率对RPC的瞬态应变没有显著影响。

同时，国内外还进行了钢筋和活性粉末混凝土之间粘结滑移性能的试验研究。主要成果有：邓宗才和袁常兴等考虑钢筋埋置长度、保护层厚度、钢筋直径、活性粉末混凝土强度变化和钢纤维掺率等因素对黏结性能的影响，进行了72个高强钢筋与活性粉末混凝土黏结性能的试验研究。得到了极限拉拔荷载、极限黏结应力、自由端初始滑移荷载、峰值荷载对应的自由端滑移量与荷载一滑移全曲线等参数的变化规律。确定了合理埋置长度，建立了计算临界锚固长度的公式，拟合了极限黏结应力与保护层厚度、相对埋置长度之间的关系式。

贾方方和安明喆等人采用梁式试验对活性粉末混凝土与钢筋的黏结性能进行试验研究。研究结果表明：黏结破坏呈两种破坏形式：钢筋拔出破坏和钢筋拔出与混凝土劈裂共同破坏形式。同时得到活性粉末混凝土与钢筋的极限黏结强度及所对应的滑移值分别约为普通混凝土的2倍，并提出用相对保护层厚度及相对埋置长度表示各阶段黏结锚固特征值的拟合计算公式。

4 小结

虽然如高温下活性粉末混凝土组合柱、梁、板等领域，依然很大的研究空间，但总结国内外在活性粉末混凝土领域的研究，已经涉及多个方面，并已取得阶段性的研究成果。

参考文献

[1]邓宗才,袁常兴.高强钢筋与活性粉末混凝土粘结性能的试验研究[J]. 土木工程学报，2014，47(3):69-78.

[2]邹慧辉，陈万祥.火灾后钢管RPC柱抗爆动力响应数值模拟研究[J].振动与冲击，2019，38(21)：155-163,171

[3]牛海成, 曹万林, 周中一. 足尺方钢管高强再生混凝土柱轴压试验[J]. 北京工业大学学报, 2015, 41(3)395-402.