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自1992年大學(xué)畢業(yè)進(jìn)入中鐵大橋局工作，參與了十多個大橋的建設(shè)，與混凝土打了一輩子交道，配制和生產(chǎn)過建造橋梁需要的各種混凝土，但直到近一、兩年才學(xué)習(xí)和了解了UHPC。對UHPC所具備的優(yōu)良性能非常感興趣，一直希望有機(jī)會實(shí)踐一下，就報名參加了“全國UHPC設(shè)計(jì)定制大賽”，親手制作UHPC彈性球，檢驗(yàn)和體驗(yàn)UHPC的性能。

01、UHPC材料

從競賽規(guī)則及條件分析，欲使質(zhì)量3.5公斤UHPC彈性球從2米高度自由下落，撞擊鋼板后回彈高度達(dá)70厘米，估算沖擊力將達(dá)到380公斤左右，球體著地部位瞬間受壓150兆帕左右右，同時承受很高的彎拉應(yīng)力。保證UHPC球良好的抗沖擊性能，需要UHPC材料具備很高韌性、抗壓和抗拉強(qiáng)度。我們配制UHPC的性能目標(biāo)：抗壓強(qiáng)度等級不低于UC150，抗拉強(qiáng)度等級不低于UT10（標(biāo)準(zhǔn)T/CBMF 37/T/CCPA 7-2018《超高性能混凝土基本性能與試驗(yàn)方法》的UHPC性能等級）。采用混合鋼纖維增強(qiáng)增韌，總體積摻量為3%。其中，短纖維長13mm，直徑0.18一0.20mm，體積摻量2%；長纖維長20毫米，直徑也是0.18一0.20mm，體積摻量1%。希望摻入更多纖維，但所使用的小攪拌機(jī)有點(diǎn)難攪拌開。

02、UHPC彈性球設(shè)計(jì)

將UHPC彈性球制作成空心輕質(zhì)球體，設(shè)計(jì)目標(biāo)：球體表觀密度控制在0.80一0.85g/cm3，空心球壁厚10mm左右。為能夠成型這樣薄壁的結(jié)構(gòu)并保障成型質(zhì)量，采用預(yù)制兩個空心半球再用濕接縫連接成整球的方式制作。亦可以此檢驗(yàn)UHPC的粘結(jié)與濕接縫性能。

03、UHPC彈性球制作方法

模具：外膜采用直徑220mm、長110mm圓鋼，加工成直徑200mm、深90mm圓碗狀模具；內(nèi)膜采用直徑180毫米充氣皮球（見圖1）。

圖1  鋼外模和充氣皮球內(nèi)模

半球成型：精準(zhǔn)定位控制內(nèi)、外模形成壁厚10mm半球；按預(yù)混料配比加水拌制UHPC，坍落度在75mm左右，手工插搗密實(shí)，成型空心半球；然后，沿半球環(huán)向頂口每隔15mm植入直徑1.0mm鋼絲，植入深度20mm，外露15mm，作為濕接縫連接筋（見圖2）。

圖2  兩個半球之間的濕接縫

養(yǎng)護(hù)與球體拼接：常溫養(yǎng)護(hù)36小時后拆模，打磨兩個空心半球頂口，除去表面浮渣；用直徑180mm充氣皮球作為定位裝置及內(nèi)芯，將兩個半球拼接到位固定（見圖2）；濕接縫寬度為20mm，用與球體材質(zhì)一致的UHPC拌合物手工澆注，厚度略高于球面1~3mm。然后，在25℃水中養(yǎng)護(hù)10天，取出打磨濕接縫至與球面平順（見圖3），再在72℃恒溫水箱中養(yǎng)護(hù)6天。風(fēng)干后，稱重及標(biāo)識，制作完成了UHPC彈性球。

圖3  濕接縫處打磨平整

04、制作UHPC彈性球與參賽的體會

分兩個半球成型、然后用濕接縫連接制作空心球的嘗試是比較成功的。采用這種方法，可以成型薄壁空心球，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的輕質(zhì)目標(biāo)（球表觀密度0.80一0.85g/cm³），實(shí)際制作的UHPC球重量在3.5kg左右。其次，這種成型方法纖維分布的均勻性相對容易得到保證。但是，這樣薄壁UHPC空心球，對于彈高是不是最佳，還是一個疑問。

將充氣皮球用作內(nèi)模，不是一個好的選擇，使空心球壁厚不易控制精準(zhǔn)，可能影響了球的勻質(zhì)性。皮球?qū)椄咚坪跻矝]有多少幫助。我們自己測試的回彈高度（見圖4）高于比賽結(jié)果，原因應(yīng)該是成型質(zhì)量的差異。

圖5  彈后球的狀態(tài)

實(shí)際比賽的結(jié)果我們只彈起37cm，沒有達(dá)到設(shè)想的高度，從回彈測試后的球體的著地部位觀察到了放射狀微裂紋，也說明我們的制作成型質(zhì)量不穩(wěn)定、UHPC基體材料強(qiáng)度不足等（見圖5）。按設(shè)計(jì)定制的要求制作出一個自己滿意的產(chǎn)品，整個過程比預(yù)想的艱難很多，但親身體驗(yàn)了UHPC材料，是非常有意思的過程。對于改進(jìn)UHPC彈性球的性能，現(xiàn)在已經(jīng)有了新的想法，試制成功的話，下屆比賽后再與大家分享經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)和體會。