一.  研究背景

　　隨著我國基礎(chǔ)工程的大規(guī)模興建和城市化的高速推進，為解決大跨度、薄壁、高耐久、長壽命結(jié)構(gòu)的實施，高性能水泥基復(fù)合材料的發(fā)展已是迫切急需，為節(jié)省資源、節(jié)約能源、保護生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化材料性能，高性能水泥基復(fù)合材料走生態(tài)化與環(huán)保型已是社會可持續(xù)發(fā)展的重中之重。

　　研究生態(tài)型高性能水泥基復(fù)合材料是提高工程耐久性和服役壽命的重要舉措，也是提高特種結(jié)構(gòu)各種抗力的必由之路。

　　二. ECO-RPC（生態(tài)型活性粉末混凝土）力學(xué)行為研究

　　RPC（Reactive Powder Concrete）活性粉末混凝土是90年代發(fā)展起來的新材料，其組成材料主要是水泥、超磨細石英粉和大摻量硅灰、高效減水劑，不用粗集料，細集料為磨細石英砂（粒徑為0.6mm）。其等級有RPC800、RPC400和RPC200。由于其具有自流平優(yōu)勢、力學(xué)性能高、動態(tài)行為優(yōu)異和超高耐久性，已是當今最活躍的可與金屬媲美與高分子材料抗衡的跨世紀超高性能水泥基復(fù)合材料，而且RPC基體必須與纖維復(fù)合才能發(fā)揮其優(yōu)勢。

　　1.RPC存在的主要問題

　　超細粉體材料價格昂貴、要經(jīng)過超磨細而導(dǎo)致能耗大，國外微細金屬纖維價格高，從而性價比低，不僅RPC800、RPC400難以在工程中推廣應(yīng)用，即使RPC200在工程中大規(guī)模應(yīng)用也十分艱難。

　　基于RPC目前的問題中冶建研院致力于解決RPC造價較高，性價比過低的問題，采取的方式是采用活性礦物的摻合料，充分利用超細工業(yè)廢渣自身各種物理與化學(xué)優(yōu)勢，取代更多水泥熟料，改善組成材料與微結(jié)構(gòu)，優(yōu)化纖維尺度與外形，優(yōu)化養(yǎng)護方法與制度，充分發(fā)揮其高耐久性、長期服役壽命和高動態(tài)效應(yīng)特點，提高性價比，擴大應(yīng)用領(lǐng)域，在重大工程和特種制品中高效能利用其優(yōu)勢。

　　經(jīng)過試驗研究得出下表的材料基體

　　ECO-RPC200優(yōu)化后材料基體

　　ECO-RPC200的制備工藝

　　優(yōu)選高效減水劑保證具有自流平（SCC）特征 ，保證有很強的流動性，滿足混凝土的要求，

　　采用自然養(yǎng)護方式（實驗室用標準養(yǎng)護）替代常用的熱養(yǎng)、蒸養(yǎng)，節(jié)省高溫高壓而造成能源消耗劇增。

　　2.標準養(yǎng)護條件下力學(xué)行為

　　3.ECO-RPC200或ECO-UHPFRCC200的抗腐蝕性能與抗凍性能

　　4.ECO-RPC200與國外RPC200的對比

　　經(jīng)過實驗研究發(fā)現(xiàn)ECO-RPC（生態(tài)型活性粉末混凝土）性能得到了進一步的提升，并且成本上節(jié)約10%-15%。

　　三. 超高性能纖維混凝土（UHPFRC)

　　1.超高性能纖維混凝土材料基體配比

　　采用的細集料：最大粒徑Dmax為2.38mm天然級配的尾礦砂粗集料：最大粒徑Dmax為5mm、10mm、15mm、20mm連續(xù)級配當Dmax>15mm時 鋼纖維尺度按標準相應(yīng)改變。

　　2.纖維特性

　　3.抗折抗壓強度測試

　　超高性能纖維混凝土的研究還在進行，下一步研究方向是動力性能和初級性能，探索在港口工程，軍事工程，和巖體工程的應(yīng)用。

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　　四. 纖維增強聚合物混凝土

　　高速鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)現(xiàn)在主要有倆種混凝土形式，一種是主要應(yīng)用于Ⅳ、Ⅴ高等級圍巖的鋼筋網(wǎng)護面混凝土結(jié)構(gòu)，但是結(jié)構(gòu)造價高、施工困難、工序耗時長。一種是主要應(yīng)用于Ⅰ、Ⅱ級圍巖素混凝土結(jié)構(gòu)，但對混凝土的塑性沉降裂縫和塑性收縮裂縫的抑制作用不利。只能應(yīng)用于低等級圍巖，所以中冶建研院開發(fā)研究可以在Ⅱ、Ⅲ級圍巖替代鋼筋網(wǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的纖維混凝土，這樣可以大大降低工程造價和施工周期等。使用低摻量有機纖維，對混凝土的塑性裂縫的有一定的抑制作用。

　　1.聚合物的選擇

　　在選用聚合物時要考慮到:聚合物本身穩(wěn)定性要好，聚合物在水泥水化時不能與鈣離子和氯離子發(fā)生反應(yīng)，要有良好的玻璃化溫度和最低成膜溫度。

　　2.纖維的選擇

　　3.配合比設(shè)計

　　膠凝材料總量為450kg/m3，粉煤灰等量取代30%水泥

　　水膠比0.32、砂灰比1.6，砂率0.42

　　纖維最終體積摻量為：0.8%

　　聚合物最終摻量為膠凝材料用量的15%

　　基準配合比（質(zhì)量比）為水泥：粉煤灰：砂：石子：水= 315: 135: 690: 1035: 160（kg/m3）

　　在最佳的養(yǎng)護條件下使水泥充分的水化，同時聚合物充分的成膜對纖維增強聚合物混凝土做一些性能的檢測

　　彎曲韌性實驗結(jié)果

　　4.斷裂性能實驗結(jié)果

　　5.纖維增強聚合物混凝土工程應(yīng)用實例

　　隧道全長8531m，是貴廣客運專線中挖掘較長、施工難度較大，設(shè)計要求使用壽命為100年。襯砌層厚度為45 mm

　　后期通過三個方面對纖維增強聚合物混凝土工程進行了監(jiān)測，一個是襯體表面的檢測，從表面的裂縫來看720天隧道內(nèi)部沒有出現(xiàn)裂縫；襯體表面強度在720天檢測來看表面強度略有增長，斷裂韌性變化不大，維持一定的等級，總的來說纖維增強聚合物混凝土在性能上表現(xiàn)出了一定的優(yōu)越性，