0引言

 超高性能混凝土（簡稱UHPC） 是一種具有高強度、高韌性、低滲透性和優(yōu)異耐久性的新型水泥基材料，作為目前國際工程材料領(lǐng)域一個新的研究熱點，已逐步應用到一些重要工程領(lǐng)域,如國外的代表性工程有加拿大魁北克省的Sherbrooke預應力超高性能混凝土結(jié)構(gòu)人行天橋、法國的Cattenom核電站發(fā)電廠冷卻塔、韓國首爾預應力超高性能混凝土結(jié)構(gòu)人行天橋PeaceBridge等。歐洲國家將這種材料應用于隧道內(nèi)的吸音板、危險廢物容器、鐵路軌枕、巖土錨固用的錨座、防撞隔離欄等。美國則用于生產(chǎn)大跨度預應力混凝土梁、壓力管道及放射性固體廢料儲存容器等制品。UHPC在國內(nèi)則主要應用于鐵路電纜線蓋板、橋梁等一些軍事工程和鐵道工程等工程領(lǐng)域，取得了一些寶貴的應用經(jīng)驗，UHPC的應用形式多為預制構(gòu)件。這主要歸結(jié)于UHPC材料組成及配合比設(shè)計原理與普通混凝土截然不同, 對骨料、水泥、摻合料的粒徑和成型及養(yǎng)護條件要求較嚴，流動度不大，常規(guī)制備工藝難以實現(xiàn)其超高性能，為使其強度得以充分發(fā)展，多采用熱水（蒸汽）養(yǎng)護方式制作預制構(gòu)件，在現(xiàn)場澆筑的應用研究較少，與國外相比還存在相當差距，使其工程應用范圍受到一定程度限制。

UHPC的超高性能對一些施工性能要求高的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及其他工程領(lǐng)域非常重要，如用于鋼管混凝土組合、抗震加固等工程，但在實際施工時，這些工程通常無法采用熱養(yǎng)護、特殊的制備工藝，UHPC綜合性能難以發(fā)揮；因此如何結(jié)合工程項目、使用環(huán)境及UHPC的技術(shù)性能特點，考慮實用性和經(jīng)濟性，通過常規(guī)攪拌及成型工藝、常規(guī)自然養(yǎng)護開發(fā)UHPC這一新材料，是拓寬UHPC在國內(nèi)結(jié)構(gòu)工程應用領(lǐng)域的關(guān)鍵所在。近年來國內(nèi)先后開展了UHPC原材料優(yōu)選，配比優(yōu)化，在對常規(guī)制備工藝、養(yǎng)護制度展開一系列試驗研究，其流動性能等施工性能得到極大改善，文獻也證實了UHPC經(jīng)標養(yǎng)、熱養(yǎng)兩種養(yǎng)護方式較長齡期養(yǎng)護后都呈收縮態(tài)勢;標養(yǎng)條件下的收縮率最小，體積穩(wěn)定性好，非常有利于其與鋼材的結(jié)合使用，熱養(yǎng)護對提高抗壓強度非常有利等等；這些研究成果都為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)中UHPC施工提供一定的理論基礎(chǔ)，同時在養(yǎng)護制度的研究方面也存在一些不足。如主要以90℃熱水（蒸汽）養(yǎng)護和200℃以上的高壓熱養(yǎng)護抗壓強度與標準養(yǎng)護28天抗壓強度對比的影響研究較多，對抗折強度及韌性的影響研究較少，尤其對標準養(yǎng)護下不同水膠比UHPC長齡期力學性能的研究更少，缺乏足夠的了解，不利于UHPC現(xiàn)場澆筑應用技術(shù)的開發(fā)。本文以熱養(yǎng)護強度作為對比基準，通過UHPC不同齡期強度和熱養(yǎng)護強度進行對比試驗，對養(yǎng)護制度對強度及韌性的影響進行必要的研究，為UHPC在自然養(yǎng)護下能廣泛應用于結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆施工進行一些初步探索。

1 試驗研究

1.1 原材料及試驗配比

水泥采用P.O42.5；硅粉活性指數(shù)122%；石英粉比表面積264 m²/kg；石英砂細度模數(shù)1.6；高效減水劑減水率35%以上，摻量為膠凝材料總量的0.8%，與膠凝材料有很好的相容性；試驗配比為水泥：硅灰：石英粉：石英砂=1：0.25：0.37：1.36，水膠比0.14~0.20。

1.2 試件制作與養(yǎng)護

（1）將稱好的硅灰、水泥、石英粉以及石英砂、高效減水劑依次倒入攪拌鍋中,攪拌2 min;然后再加入水,攪拌3min;

（2）將拌合物澆注于40 mm×40 mm×160 mm三聯(lián)膠砂試模中,在振動臺上振動3 min，分別成型4組試件。

（3）拌合物成型后3天后拆模。將一組試件放在混凝土快速養(yǎng)護箱中進行熱蒸汽(溫度90±1℃)養(yǎng)護48 h,取出冷卻至室溫進行試驗，另外三組試件放入標準養(yǎng)護箱（溫度為20±3℃，相對濕度為90％以上）分別標準養(yǎng)護3天、7天、28天、60天，然后進行強度試驗（見圖1、圖2）。

1.3 試驗方法

(1)拌合物流動度的測定按采用靜態(tài)膠砂流動度法，該試驗方法是將攪拌后的膠砂一次性裝入水泥膠砂流動度截錐園模 ，刮平后，將試模提起,取膠砂縱向及橫向直徑的平均值作為流動度值。

(2)試件的抗折、抗壓強度按《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO)法》(GB/T 17671-1999)進行。

圖1 UHPC抗壓強度試驗

2 試驗結(jié)果分析

從試驗結(jié)果看，當水膠比在0.16至0.20區(qū)間時，采用常規(guī)攪拌設(shè)備， UHPC流動度在118cm~249 cm之間，能夠滿足現(xiàn)場澆注的要求。標準養(yǎng)護下，不同齡期、不同配比的UHPC對抗壓、抗折強度影響，熱養(yǎng)護對抗壓、抗折強度影響，著重比較兩種養(yǎng)護制度的影響區(qū)別。

2.1齡期對（抗壓、抗折）強度的影響

假定UHPC熱養(yǎng)護強度作為強度發(fā)展終極值，以抗壓強度比（標養(yǎng)強度/熱養(yǎng)強度）表征標準養(yǎng)護下強度發(fā)展規(guī)律，其值越大，強度增長率越大。通過考察UHPC不同水膠比在不同齡期的強度及增長率，掌握標養(yǎng)條件下強度發(fā)展規(guī)律，為其應用提供必要的經(jīng)驗。

圖3 UHPC抗壓強度與齡期的關(guān)系

圖4 UHPC標準養(yǎng)護抗壓強度增長趨勢圖

圖5 UHPC抗折強度與齡期的關(guān)系

圖6 UHPC標準養(yǎng)護抗折強度增長趨勢圖

從圖3-圖6可知，在水膠比0.14~0.20區(qū)間，與熱養(yǎng)護強度相比,3天抗壓強度達到50%~60%、7天強度達到60%~70%，28天強度達到76%~88%,60天強度達到84%~92%；從圖4所知，在水膠比0.14~0.20區(qū)間，與熱養(yǎng)護強度相比, 3天抗折強度達到71%~87%、7天強度達到79%~106%，28天強度達到91%~122%,60天強度達到96%~133%,隨著齡期增長，強度增長率越來越小。當水膠比為0.2時，抗折強度增長率明顯較其他水膠比的偏大。 

UHPC在超過28天齡期后，混凝土的強度增長很少，強度波動變大，甚至出現(xiàn)倒縮或忽高忽低的現(xiàn)象。從圖3-圖6可知，水膠比為0.19時，抗壓強度在28天后出現(xiàn)強度倒縮現(xiàn)象，水膠比為0.17時，抗折強度在28天后出現(xiàn)強度倒縮現(xiàn)象；隨著齡期的增長、水膠比的減小，水化產(chǎn)物不斷增加，毛細孔不斷減少，抗壓強度、抗折強度總體呈增長趨勢，水膠比變化對抗壓強度的影響遠大于抗折強度；水膠比在0.2以下、齡期超過28天時，強度出現(xiàn)倒縮的可能性較大，最佳的臨界性養(yǎng)護齡期為28天。

 產(chǎn)生以上現(xiàn)象的原因可能是由于UHPC水膠比很小，UHPC內(nèi)毛細孔隙數(shù)量很少，毛細孔隙體積很小；在膠凝材料水化過程中，隨著新水化產(chǎn)物繼續(xù)生成發(fā)展，體積不斷增大，不斷填充毛細孔隙，使形成固相水泥石更加密實，獲得更高的結(jié)構(gòu)強度。當養(yǎng)護到一個臨界性齡期，水化產(chǎn)物體積超過毛細孔隙體積時，就會產(chǎn)生內(nèi)壓，撐破原有孔隙，有可能在已定型的水泥石結(jié)構(gòu)中引起微裂缺陷，導致強度倒縮；而隨著水化繼續(xù)進行和水化產(chǎn)物繼續(xù)生成，已出現(xiàn)的微裂結(jié)構(gòu)又有可能重新愈合，促進強度重新增長。

2.2養(yǎng)護制度對強度的影響

理論上講，對于同一水膠比，如果UHPC所有的活性材料充分水化的話，熱養(yǎng)護生成的水化產(chǎn)物數(shù)量大于標準養(yǎng)護的，即表現(xiàn)為熱養(yǎng)護強度大于標養(yǎng)強度。UHPC進行90℃的熱養(yǎng)護可顯著加速火山灰反應,同時改善水化物的微結(jié)構(gòu), 生成低堿性水化硅酸鈣，降低了Ca(OH)₂的含量，其形成的水化產(chǎn)物仍是無定形的，與標準養(yǎng)護形成的水化產(chǎn)物相同，UHPC標準養(yǎng)護時，僅水泥、硅粉產(chǎn)生火山灰反應，隨著齡期增加，水化產(chǎn)物不斷生成，持續(xù)填充毛細孔隙，改善水泥石微結(jié)構(gòu)，使得強度不斷增大。熱養(yǎng)護水化反應速度遠大于標準養(yǎng)護，石英粉不僅能發(fā)揮微集料填充效應，熱養(yǎng)護還具有一定的火山灰效應，其生成的水化產(chǎn)物數(shù)量多，對強度的影響也不一樣。從圖7可知，熱養(yǎng)護抗壓強度均高于標養(yǎng)60天強度， 隨著水膠比的減小、標養(yǎng)齡期的增加，抗壓強度總體呈增長趨勢。

圖7養(yǎng)護制度對UHPC抗壓強度的影響

圖8養(yǎng)護制度對UHPC抗折強度的影響

水膠比在0.14至0.19區(qū)間，熱養(yǎng)護時，抗折強度在24.4MPa至27.4MPa區(qū)間小幅變化；標準養(yǎng)護同一齡期的抗折強度變化規(guī)律不明顯，差別不大。從圖8知，當水膠比在0.14~0.15、0.20時，熱養(yǎng)護抗折強度部分低于標養(yǎng)60天強度，當水膠比在0.16至0.19時，熱養(yǎng)護抗折強度標養(yǎng)60天強度略高于標養(yǎng)強度；當水膠比0.20時，兩種養(yǎng)護方式UHPC抗壓強度相差越接近，熱養(yǎng)護抗折強度則明顯低于標養(yǎng)28天、60天抗折強度，這可能是較高水膠比促進水化反應，生成的水化產(chǎn)物數(shù)量也比較接近的緣故，水化產(chǎn)物數(shù)量對抗壓強度影響較抗折強度明顯得多，熱養(yǎng)護的抗折強度較標準養(yǎng)護的偏低，水膠比0.20水化速度較快可能會造成抗折強度不高，強度增長率卻較大的現(xiàn)象。

2.3養(yǎng)護制度對韌性的影響

圖9 養(yǎng)護制度對UHPC韌性的影響強度的影響

 斷裂韌性以材料單位體積在斷裂時吸收的能量為測量單位，可以用壓折比（抗壓強度與抗折強度的比值）表征，是材料柔韌性物理量的反映。材料的壓折比越小，其抗彎曲性能越好，脆性越小。不同的養(yǎng)護方式對UHPC不同,對韌性的影響也各不相同。

從圖9可知，熱養(yǎng)護的壓折比均大于標準養(yǎng)護的，標準養(yǎng)護的UHPC韌性均好于熱養(yǎng)護；不同水膠比的UHPC標準養(yǎng)護時，韌性差別不大，水膠比0.14時韌性最佳；熱養(yǎng)護時，水膠比在0.14至0.19區(qū)間，隨著水膠比的增加，韌性增加，在水膠比0.19，韌性最好，而熱養(yǎng)護在水膠比0.20時韌性最差。

3 結(jié)語

（1）本文在不摻鋼纖維的情況下，UHPC在保證一定流動度的情況下，采用標準養(yǎng)護及常規(guī)工藝制備的UHPC也能獲得超高強度，抗壓強度可達到140MPa以上，抗折強度20MPa以上采用自然養(yǎng)護應用于現(xiàn)場澆筑是可行的；養(yǎng)護制度對抗折強度的影響遠小于抗壓強度，與熱養(yǎng)護相比，標準養(yǎng)護的抗壓強度略低，60天抗壓強度可達到熱養(yǎng)護強度的84%~92%,抗折強度基本相當，部分略高，60天抗折強度可達到熱養(yǎng)護強度的96%~133%，熱養(yǎng)護對提高UHPC抗壓強度有利，而標準養(yǎng)護則對提高UHPC韌性有利。

（2）標準養(yǎng)護下，UHPC在水膠比為0.2時，60天強度較28天強度增長幅度較大，與熱養(yǎng)護強度最接近，更適合采用標準養(yǎng)護，建議采用60天作為現(xiàn)澆UHPC驗收齡期，以便充分利用其后期強度；當水膠比小于0.2時，UHPC出現(xiàn)60天強度倒縮現(xiàn)象可能性大，最佳的臨界養(yǎng)護齡期是28天。鑒于養(yǎng)護制度對UHPC各種性能的影響是不同的，既有強度性能、韌性方面的，也有耐久性、滲透性能等其他方面的，可根據(jù)具體工程的設(shè)計要求及施工條件，針對不同的應用需求，選擇重要的性能指標進行更多的對比試驗研究，從而選擇適宜的養(yǎng)護方式。

（3）標準養(yǎng)護的UHPC韌性整體好于熱養(yǎng)護，對提高結(jié)構(gòu)的安全性有利，很適合應用于對抗折強度要求高的領(lǐng)域，如用于路面、跑道工程等現(xiàn)場澆筑，并能大幅度減少路面混凝土厚度及配筋量。與普通混凝土相比，UHPC對材料及養(yǎng)護的要求很高，成型工藝復雜，成本較高，UHPC單位立方造價較高，在同等承載力的情況下，其優(yōu)良的技術(shù)性能，可減少構(gòu)件的截面積，減少混凝土用量，增加更多的使用面積或使用空間，如能進行現(xiàn)場澆筑，采用自然養(yǎng)護將有利于大幅降低UHPC造價成本，便于其能廣泛推廣應用。