建 筑 技 术 开 发
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Building Technology Development
第47卷第7期
2020年4月
超高性能混凝土诞生于1993年，法国率先将其研制出来，其被广泛运用到多种大型的工程项目建设中。我国对于这种材料的研究从初始阶段至今，总结出其优势。对某些相对专业且质量要求较高的建筑工程，超高性能混凝土具有极为优良的应用前景。
1 研究超高性能混凝土的意义
在很长的一段时间，我国始终处于大建设的阶段，在对节能减排和可持续发展理念不断践行的过程中，混凝土的性能要求得到了有效的提升。超高性能混凝土的推广及合理的运用，对巩固节能减排和防治大气污染的成果有较为深刻的影响，对建筑物质量提升帮助极大，可适当延长建筑物本身的使用寿命，对于强化其自身的防灾和减灾能力意义重大，可推动水泥工业结构实现有序调整。
2 UHPC 制备原理
UHPC 属于高强度和高韧性的超高强水泥基复合材料，其主要的制备原理是借助于提升组分细度和活性的手段，不应用粗骨料，使材料本身的缺陷得以减少，由此获取超高的强度和耐久性。相对于普通的混凝土而言，组成的材料重点包括水泥、硅灰掺合料、级配优良的石英砂等。对韧性有着较为严格的要求时，还需适当地掺入高强度微细钢纤维或有机合成纤维。
2.1 提升均质性
针对于多数的固体材料进行分析，理论抗压强度值往往是其弹性模量值的0.1~0.2倍，但是实测值仅占弹性模量的（0.1~0.2）×10–3倍。两者之间的差距较大，主要的原因是材料内部的结构存在不完善和较多缺陷的情况。为使材料的性能充分发挥，需重视对缺陷的合理控制，提升基本的均质性。普通的混凝土在硬化前，水泥浆体中的水分往往会向亲水的骨料表面不断迁移，之后在其上方形成一层水膜，在硬化后
的混凝土中留下多种缝隙。为了及时消除上述影响，重点是通过去除粒径中大于1 mm 的粗骨料改善内部结构的均匀性，此外就是改善浆体本身的力学性质，促使浆体以及骨料的界面适当强化。
2.2 提升堆积密度
根据晶体结构的研究分析，具有相同直径的原子进行排列时，体心立方结构的紧密系数就是0.68，即便是最为密集的排列，其紧密系数也只有0.74。为使堆积的密度稳步提升，一般是在较大且单一的颗粒中适当地加入粒径比较小的颗粒。这样可以保证填充的状态得当，剩下的空隙按照具体的排序，达到整体最密实的状态。2.3 改善微观结构
在超高性能混凝土凝固后，还需要进行热养护的操作，这样可以加速水泥水化反应的整体进程，同时又能充分彰显火山灰的效应。
针对200 MPa 级的超高性能混凝土，还需要落实20~90℃的常压养护，此时形成的水化物并未定形。在温度逐步升高的过程中，火山灰的效应稳步提升，超高性能混凝土的微观结构也发生明显的变化，重点表现为有害孔体积逐步降低，孔隙也可逐步细化。
3 UHPC 的制备
3.1 制备阶段配合比的设计3.1.1 基本原则
经过合理地提升组分的细度以及相应的活性，促使材料内部的缺陷可以适当减小至最少，其中涵盖着多种材料颗粒间的孔隙填充，在塑性状态下，孔隙可以相互挤压，排出浇筑时产生的气体和水分，由此达到强度超高且超强耐久性的目标。
3.1.2 制备方案
（1）精选原材料。经比对选择水泥，宜采用硅酸盐或普通硅酸盐水泥。在选择骨料的过程中，需要考虑坚硬且不含有杂质的硅质含量较高的石英砂，应根据强度等级选择合理的级配范围，必须具备抗渗及抗冻性，粒度级配应以分布均
［摘 要］超高性能混凝土是一种具有着超高力学性能、良好耐久性能且体积相对稳定的新型水泥基复合材料，其良好的性能现已成为学术界争相讨论的话题，同时也是建筑行业关注的焦点问题。重点阐述其具体的制备过程，分析养护工艺对于超高性能混凝土的抗折强度和抗压强度产生的影响，确定最合理的配合比，了解其在预应力结构工程中的具体应用。［关键词］超高性能混凝土；配合比；制备［中图分类号］TU 528 ［文献标志码］A ［文章编号］1001–523X （2020）07–0145–02
Preparation and Application of Ultra -high
Performance Concrete(UHPC)
Yan Xing-wei
［Abstract ］Ultra-high performance concrete belongs to a new type of cement-based composite material with ultra-high mechanical properties ，good durability ，and relatively stable volume. Its good performance has become a topic of debate in academic circles ，and it is also a building industry focus issues. The specific preparation process is emphasized ，the influence of curing process on the flexural strength and compressive strength of ultra high performance concrete is analyzed ，the most reasonable mix ratio is determined ，and its specific application in prestressed structural engineering is understood.［Keywords ］UHPC ；mix ratio ；preparation 超高性能混凝土（UHPC ）制备与
应用研究
闫荥伟
（云南交投集团云岭建设有限公司，昆明 650051）
收稿日期：2020–01–07作者简介： 闫荥伟（1979—），男，山西忻州人，高级工程师，主要研究
方向为高速公路施工与试验检测。
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匀为主。精选掺合料应分析颗粒本身的密集情况，同时关注纯度和颗粒的粒径，选择二氧化硅含量较高的硅灰及调节混凝土和易性的活性剂微珠，来强化后期的抗压、抗折强度和弹性模量等。高性能减水剂即超塑化剂属于一种表面活性剂，其对于调节改善混凝土和易性起到重要的作用。在具体运用的过程中，往往需要对水泥以及相应的减水剂等做出相对科学的调试，保证其能相互适应。在混凝土强度逐步提升的过程中，混凝土极限力的破坏显得较为突然，属于一种没有任何征兆的破坏，对结构造成严重的伤害。为使混凝土本身的抗折性能及韧性稳步提升，需要适当添加一部分微细高强钢纤维，这样可以强化混凝土本身的韧性，同时又能促使抗冲击能力稳步提高，保证整体性破坏可以发生适当的转变，转变为局部微裂纹的形式，对于结构承受的破坏起到有效的缓冲效果。（2）具体的生产工艺。在很多的文献中，对于生产工艺均进行了有效的探讨，同时提及热养护这一重要的举措，其对于超高性能混凝土内部结构的改善有着较大的帮助，同时也能促使材料本身的活性充分地释放出来，在最初的工艺实践中，选取了热养护手段，同时还试验了多种方案。试验主要分析在自然养护的条件下，相同的配合比下具体的抗压强度和抗折强度的变化情况。3.2 制备阶段的配合比3.2.1 配合比设计理念UHPC 配合比设计应考虑现场结构或构件形式特点、施工工艺及环境作用等因素，应根据混凝土工作性能、强度、耐久性及其他必要性能要求计算初始配合比。设计配合比应经试配、调整，得出满足工作性能要求的基准配合比，并经强度等技术指标验证后确定。采用多种优化后的配合比进行试拌，
检测其工作性能满足施工自流平混凝土要求。根据模拟现场实际施工浇筑情况，并为便于配料搅拌等做出多方面的比对，从而实现目标强度。3.2.2 试验过程
（1）称重。依照预想的配合比，将实际收集的原材料合理的运用起来，比如水泥、硅灰、微珠、石英砂、石英粉、
镀铜钢纤维、高效外加剂等，按照相应的质量完成称重操作，将所有干粉材料合理地放入至搅拌机中，将其搅拌均匀。
（2）搅拌。应采用强制式混凝土搅拌机，将称量好的干
混料先搅拌2 min →加称量好的3/4水和全部外加剂后再搅拌
4 min →加剩下的1/4水搅拌约9 min ；搅拌完成后检测其工作
性能，满足设计要求及施工和易性指标：达到现场浇筑UHPC
相关工作性能要求。从而满足其保证现场UHPC 自密实、自
流平施工相关工作性能要求。搅拌必要时可选用可调速度强
制式搅拌机，依据混凝土状态调整拌和速度。
3.2.3 成型
根据配合比设计扩展度要求，采取不同的成型方式。混
凝土试件成型后，应覆盖表面薄膜，减少散发表面水分。
3.2.4 养护
针对已经成型的试模，待将其进行自然养护48 h 之后（根
据实际情况可调整脱模时间），对其进行拆模处理。可采用标
准蒸汽养护、蒸汽蒸压养护、热水养护、标准常温养护等。
标准养护：将脱模的混凝土试件立即放入温度20℃±2℃，
相对湿度大于95%的标准养护室中养护，试件应放在养护架
上，彼此间隔10~20 mm ，试件表面应保持湿润，避免直接被水冲淋。标准蒸汽养护：将脱模后的试件放入蒸汽养护箱，以不超过15℃/h 的速率升温至90℃±1℃，保持恒温72 h ，要注意减小试件表面温差，再以不大于15℃/h 的速率降温至20℃±5℃。蒸汽养护可快速反映检测结果，有助于指导后期超高性能混凝土的调试应用。 4 UHPC 的具体应用某市特大桥UHPC 桥面连续后浇段施工应用概况如下。该特大桥为40 m 跨度、总长度超过2 km ，本桥主梁采用“开口钢板梁+混凝土桥面板”的钢混组合梁，按先简支后桥面连续结构设计。横向每2片工字钢主梁组成一榀吊装结构，两榀间横向采用湿接头（C50微膨胀混凝土）连接。每2榀间钢横撑10 m 左右设一道。榀内横撑每5 m 左右设一道。混凝土桥面板（C50混凝土）按钢筋混凝土构件设计，桥面板厚23 cm ，榀间组合梁吊装就位后，通过现浇微膨胀混凝土湿接头形成整体，钢梁和钢筋混凝土桥面板通过布置在钢梁顶板处的焊钉剪力键形成组合梁，端横梁混凝土板设伸缩缝安装预留槽（C50聚丙烯合成纤维混凝土），组合梁桥三跨一联，一联中2个支座段采用后浇筑连接，桥面连续后浇带工程量小但却是组合梁的薄弱和关键。处理不好会出来现裂缝或连续端断裂等问题。采用HUPC 是解决该问题的可靠手段和较前沿技术。组合梁桥采用简支梁，桥面上缘结构无负弯矩预应力，但运营后必然由于汽车荷载和温度效应等原因导致支座桥面连续处出现应力变化，因此必须采用一种抗拉强度、韧性较高的混凝土作为有效连接体。UHPC 具有超高抗渗性、高冲击韧性、超高抗压强度、超高抗弯拉性能、优异的耐久性及非常强的裂缝自愈能力。有效代替该组合梁桥桥面连续负弯矩预应力的作用。通过现浇
桥面连续后浇段形成连续结构体系。从而节省了施工时间、缩短工期、提高经济效益（图1）。C50混凝土
钢板螺栓
理论跨径线
160
UHPC 0.1L
图1 UHPC 桥面连续后浇段使用部位5 结束语
本文重点概述了超高性能混凝土的制备和应用，综合相应的制备过程和试验过程做出了细致的分析，明确其具体的制备原理和应用成效。相较于普通的混凝土，这种混凝土的优势是代替部分钢结构，合理地降低成本，尤其是在预应力产品结构之上，能适当地减轻结构自身的重量，稳步提升产品的安全性能。还能被合理地运用至预制薄壁构件上，或其他有着特殊结构形式的构件，这种混凝土对于降低生产造价有着明显的作用。在大型的民用建筑中，超高性能混凝土可以较大幅度地缩减结构本身的尺寸，适当地增加使用空间，保证结构更加美观。参考文献[1] 苏骏，李磊，吴鹏，等.钢纤维与PV A 纤维对超高性能混凝土强度及抗冲磨性能影响研究[J].混凝土与水泥制品，2019（11）：39–42.[2] 赵筠.超高性能混凝土（UHPC ）研究与应用进展——美国第二届超高
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