中國建材總院活性粉末混凝土（RPC）預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)業(yè)化發(fā)展之路

圖為RPC仿古磚天安門地面改造工程

圖為RPC地鐵疏散平臺工程

圖為RPC電纜槽蓋板工程

  活性粉末混凝土(RPC) 是一種具有超高強(qiáng)度、高耐久性、高韌性、良好的體積穩(wěn)定性等性能的新型水泥基復(fù)合材料，能夠滿足大跨度輕型結(jié)構(gòu)及在嚴(yán)酷環(huán)境條件下結(jié)構(gòu)物的需要，是符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求的環(huán)保材料。中國建筑材料科學(xué)研究總院（以下簡稱“中國建材總院”）針對RPC材料發(fā)展現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢，結(jié)合國家工程建設(shè)發(fā)展需要，積極推進(jìn)RPC材料研究及制品產(chǎn)業(yè)化，建立起適合我國國情的、以企業(yè)為主體、以市場為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合集科研開發(fā)、產(chǎn)品生產(chǎn)、工程應(yīng)用等為一體的RPC 技術(shù)創(chuàng)新體系與成果轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)化平臺，全面提升高速鐵路用RPC系列產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用的整體技術(shù)水平，促進(jìn)我國工程材料的可持續(xù)發(fā)展。

  以創(chuàng)新為引領(lǐng)

  支撐技術(shù)體系建設(shè)

  中國建材總院依托轉(zhuǎn)制科研院所技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目——“國家重大工程用RPC研究與產(chǎn)品開發(fā)”深入開展RPC材料基礎(chǔ)研究，對RPC材料設(shè)計(jì)思路、配合比設(shè)計(jì)與優(yōu)化、養(yǎng)護(hù)制度及制備工藝等進(jìn)行了深入研究，成功研發(fā)了高性能RPC關(guān)鍵制備技術(shù)與自動(dòng)化生產(chǎn)工藝，并針對高速鐵路、市政工程、電力系統(tǒng)等國家重大工程建設(shè)領(lǐng)域發(fā)展需求，形成了具有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)的包括RPC電纜槽體系、地鐵疏散平臺、仿古磚、橋梁掛檐板等多種產(chǎn)品，為今后RPC技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程的順利推進(jìn)奠定了良好基礎(chǔ)。

  1.RPC電纜槽體系

  RPC電纜槽體系是由RPC預(yù)制槽體、RPC蓋板配套組合而成。這一體系結(jié)構(gòu)最突出的特點(diǎn)是完全用RPC制造，而未使用傳統(tǒng)的受力鋼筋，充分發(fā)揮RPC基于密實(shí)的微觀結(jié)構(gòu)所具有優(yōu)越的力學(xué)性能，在極大減輕結(jié)構(gòu)自重的同時(shí)保證了結(jié)構(gòu)的整體剛度。在具有相同抗彎能力的前提下，RPC電纜槽體系的重量僅為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的1/2左右，大大降低了橋面的二期荷載，且RPC材料有較高的抗拉強(qiáng)度，使得材料本身在結(jié)構(gòu)中直接承受剪力，從而在設(shè)計(jì)中能夠采用更薄、更加新穎合理的截面形式。經(jīng)檢測，RPC電纜槽體系抗壓可達(dá)130~150MPa，抗折可達(dá)18~20MPa，彈性模量大于48GPa，抗?jié)B性大于P50，28碳化深度0mm，600次抗凍融無變化，800次抗凍融彈性模量損失3.9%質(zhì)量損失為零，完全符合超高強(qiáng)、高韌性、耐久性強(qiáng)、極低滲透性和體積穩(wěn)定性良好等技術(shù)指標(biāo)。另外，RPC電纜槽體系采用工廠化預(yù)制生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，外形尺寸規(guī)整統(tǒng)一，施工簡便，大幅度降低工程造價(jià)，降低維護(hù)費(fèi)用，環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益顯著。

  2.RPC仿古磚

  RPC仿古磚是中國建材總院響應(yīng)天安門地面改造工程代建單位北京市公聯(lián)公路聯(lián)絡(luò)線有限責(zé)任公司技術(shù)支持專門進(jìn)行試驗(yàn)、開發(fā)的。天安門地面改造工程要求地面鋪裝材料不僅具有高性能，還要保持磚材質(zhì)的傳統(tǒng)特色。由于RPC制品對制備技術(shù)和生產(chǎn)工藝等有較高要求，在試驗(yàn)階段就遇到地磚蜂窩麻面、孔洞多、色差大等瓶頸問題，直接影響到工程能否在45天工期內(nèi)順利完成。中國建材總院迎難而上，積極響應(yīng)，迅速進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，僅用10天時(shí)間就研制出符合技術(shù)指標(biāo)要求的RPC仿古磚。通過調(diào)整振搗工藝與蒸養(yǎng)制度等技術(shù)改造，解決了前期孔洞多、色差大的技術(shù)難題，并針對工期緊、任務(wù)重的困難，開發(fā)出高強(qiáng)模具，克服鋼模成本高、施工不便的缺陷，極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

  RPC仿古磚，長478mm，寬238mm，厚度為80mm，抗壓強(qiáng)度>100MPa，抗折強(qiáng)度>11MPa，耐磨度>2.0，防滑性能>70。由于RPC中不含粗骨料具有高密實(shí)性和低孔隙率，使其具有高耐久性與良好的耐磨性，且RPC中著色劑的組分也不易向外析出，能保證產(chǎn)品顏色均一、持久，定期進(jìn)行打磨拋光，即可保證長久如新，這一特點(diǎn)對天安門地面以后翻新、維護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

  3.RPC掛檐板

  傳統(tǒng)掛檐板一般是采用C40混凝土進(jìn)行預(yù)制，制成的掛檐板自重大，耐腐蝕性能差，施工效率較低，頻繁出現(xiàn)松動(dòng)、脫落等現(xiàn)象，對經(jīng)過橋梁下的車輛、行人造成了很大的安全隱患。

  RPC掛檐板是在傳統(tǒng)混凝土掛檐板的結(jié)構(gòu)及使用功能上， 結(jié)合RPC的性能特點(diǎn)及掛檐板更換施工要求，對掛檐板尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)而成的。掛檐板單塊長度為50cm，高度為55cm，面板厚度為2.0cm，在掛檐板面板內(nèi)側(cè)面設(shè)置雙條加強(qiáng)肋，以防止在運(yùn)輸、安裝過程中面板發(fā)生脆斷。為了保持安裝效果美觀和施工簡便性，僅在掛檐板上部加強(qiáng)肋處按照設(shè)計(jì)孔徑設(shè)置預(yù)留孔。

  RPC掛檐板混凝土的力學(xué)性能、耐久性能均要優(yōu)于普通高強(qiáng)混凝土，且單塊RPC掛檐板制品重量僅為20kg，為傳統(tǒng)鋼筋混凝土掛檐板的1/2，通過預(yù)制掛板和緊固錨栓與主梁連接，安裝方便快捷，施工效率高，安全可靠，適合于替代傳統(tǒng)混凝土掛檐板。目前RPC掛檐板已成功應(yīng)用于北京市朝陽區(qū)四惠立交東向北匝道橋掛檐板更換工程。

  4.RPC地鐵疏散平臺

  地鐵疏散平臺是為應(yīng)對火災(zāi)、恐怖襲擊等突發(fā)事故設(shè)計(jì)配套的區(qū)間隧道內(nèi)逃生疏散平臺。RPC地鐵疏散平臺采用RPC疏散平臺板和支架的組合結(jié)構(gòu)形式。其中，RPC疏散平臺板為矩形板，長度為1100~1500mm，寬度為550~900mm，厚度為30~60mm；設(shè)計(jì)要求疏散平臺的均布荷載為5kPa，集中荷載為每延米6個(gè)0.65KN，支架錨栓的技術(shù)要求為最大扭緊力矩為100N·m，抗拉承載力≥20kN。

  采用RPC材料制作地鐵疏散平臺強(qiáng)度高、耐久性好、防火性能好，能有效減輕結(jié)構(gòu)自重，克服普通混凝土構(gòu)件笨重、施工安裝速度慢的缺點(diǎn)，同時(shí)造價(jià)僅為鋼結(jié)構(gòu)的2/3，對地鐵工程建設(shè)具有很好的經(jīng)濟(jì)、社會效益。

  以市場為導(dǎo)向

  推進(jìn)應(yīng)用體系建設(shè)

  創(chuàng)新難，把創(chuàng)新產(chǎn)品推廣應(yīng)用到市場上更難。如何把創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)對接，是中國建材總院進(jìn)行RPC技術(shù)成果轉(zhuǎn)化過程中思考的重要命題。所謂轉(zhuǎn)化，是對RPC技術(shù)成果進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)、開發(fā)、應(yīng)用、推廣，直至形成新產(chǎn)品、新工藝、新材料、新產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力水平大提升。而圍繞產(chǎn)業(yè)鏈打造創(chuàng)新鏈，使得中國建材總院的 “RPC技術(shù)”這一創(chuàng)新主體迸發(fā)活力。

  如今，RPC電纜槽已經(jīng)完成中試生產(chǎn)和試驗(yàn)段示范工程，而RPC蓋板在高速鐵路中已進(jìn)行全面推廣應(yīng)用，包括京石客運(yùn)專線、津秦客運(yùn)專線、杭長客運(yùn)專線、鄭徐客運(yùn)專線、青榮城際鐵路、柳南城際鐵路等高鐵工程，RPC蓋板的總面積達(dá)到100萬平方米。RPC蓋板在國內(nèi)高鐵工程中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了鐵路橋梁路基輔助設(shè)施材料技術(shù)的升級換代，也是迄今為止世界上最大規(guī)模的單項(xiàng)工程應(yīng)用案例，在RPC 技術(shù)發(fā)展歷史上具有里程碑式的意義。與此同時(shí)，RPC技術(shù)在城市軌道交通領(lǐng)域的研究開發(fā)也取得不俗的進(jìn)展。中國建材總院與設(shè)計(jì)院、施工單位緊密聯(lián)系，積極以市場為導(dǎo)向開展產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合，研發(fā)出的RPC地鐵疏散平臺以其優(yōu)異的性能實(shí)現(xiàn)了地鐵疏散平臺的升級換代，已在長沙市軌道交通1號線、2號線、南昌市軌道交通1號線、深圳市軌道交通11號線、北京地鐵14號線、天津地鐵6號線等項(xiàng)目中成功應(yīng)用，僅2015年創(chuàng)造銷售收入3000萬元。憑借過硬的技術(shù)支持，中國建材總院研發(fā)出的RPC仿古磚、RPC掛檐板、防護(hù)板、電力蓋板、漏縫地板等新產(chǎn)品也已試驗(yàn)成功，以優(yōu)異的性能得到工程界的認(rèn)可，逐見效益，預(yù)計(jì)將在未來3~5年內(nèi)得到更廣泛的推廣應(yīng)用。

  經(jīng)過近幾年的發(fā)展，中國建材總院已初步建立了RPC高鐵工程、城市軌道交通、市政工程應(yīng)用技術(shù)體系，產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域包括高速鐵路、城市軌道交通、市政工程等，實(shí)現(xiàn)銷售收入超億元，科技成果轉(zhuǎn)化和技術(shù)創(chuàng)新有了很大突破，形成產(chǎn)業(yè)新亮點(diǎn)。

  創(chuàng)新不停歇，科研不止步。中國建材總院將始終以市場為導(dǎo)向，以創(chuàng)新為動(dòng)力，注重基礎(chǔ)研究、原始創(chuàng)新和核心關(guān)鍵技術(shù)突破，注重成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，大力培育戰(zhàn)略性新技術(shù)新產(chǎn)品，占據(jù)行業(yè)的制高點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)跨越式的產(chǎn)業(yè)新生，為建材工業(yè)的發(fā)展、國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)及國防建設(shè)做出更大貢獻(xiàn)。