超高性能混凝土（UHPC）現場施工控制要點
超高性能混凝土(UHPC)現場施工控制要點
摘 要：結合近幾年超高性能混凝土(UHPC)項目的前期試驗研究成果和現場施工技術要求，分析了UHPC施工配合比的影響因素，指出了UHPC施工質量通病，并提出了相應的防治措施，總結了UHPC低溫和高溫現場施工的關鍵技術要點，并對UHPC現場檢測方法進行了展望，可為UHPC現場施工提供參考。
關鍵詞：超高性能混凝土;施工配合比;質量通病;防治措施;施工控制要點;現場檢測
0 前言
超高性能混凝土(以下簡稱UHPC)是由水泥、礦物摻合料、外加劑、細骨料、纖維等以特定工藝混合而成的材料，具有抗壓強度高、耐久性能好等特點。隨著現代建筑結構不斷向超重載、超大跨、超高層、輕量化等方向發展，UHPC在我國的應用越來越多。據不完全統計，僅UHPC在我國箱梁濕接縫施工中的用量就已超過5萬m3。
近年來，隨著UHPC配制技術不斷完善，越來越多的研究人員將關注點從UHPC的“配方”研制擴展到其工程應用效果上。為了更好地推廣UHPC在建筑領域中的應用，筆者根據近幾年參與的UHPC相關項目的實際工程情況(項目地點涵蓋新疆、山西、內蒙古、上海、浙江、湖北、湖南、福建等地，工程類型包括預制裝配式結構濕接縫、輕型鋼橋面攤鋪、水利大壩加固、軌道交通預制件、橋梁加固等)，分析UHPC施工配合比的影響因素，指出UHPC施工質量通病并提出相應的防治措施，介紹UHPC低、高溫施工要點，并對UHPC現場檢測方法進行展望，以期為UHPC的現場施工提供參考。
1 UHPC施工配合比的影響因素
自我國實行預拌混凝土管理政策以來，混凝土的供應和質量都得到了很好保證。UHPC作為近年來新興的一種混凝土材料，其價格比普通混凝土高很多，這在一定程度上限制了其大規模應用，目前主要用在混凝土結構的關鍵受力部位、混凝土及鋼結構加固等方面。因此，UHPC暫不具備作為預拌混凝土供應的規模條件，大部分UHPC還處于現場攪拌、現場施工階段，這對UHPC施工配合比的設計要求較高。
UHPC的水膠比很低，在0.18左右，遠低于普通混凝土0.40左右的水膠比，水對UHPC性能的影響不容忽視。高溫、大風、干燥等環境因素均會加大現場UHPC拌合水的損失，故在現場配制UHPC時，必須采取相應措施嚴格控制拌合水損失，保證澆筑入模前的配合比與試驗配合比一致。
筆者根據多次現場工藝試驗發現，實際工程對UHPC擴展度的要求一般≥700 mm，在試驗室嚴格按照試驗配合比可設計出擴展度滿足要求的UHPC，但在施工現場時，當外部環境溫度為30 ℃、濕度為50%時，現場UHPC的出機擴展度<600 mm，若運輸、澆筑不及時，UHPC的入模擴展度可能低于550 mm，這說明拌合水損失對UHPC的施工性能影響很大。
筆者結合施工現場工藝試驗數據和經驗，總結了影響UHPC拌合水的因素，包括溫度、濕度、風速、天氣、原材料堆放時間、原材料溫度、攪拌機溫度、運料方式、運料時間、入模溫度、材料配比、原材料包裝袋防潮性能等。試驗室和施工現場影響UHPC拌合水的因素見表1。
由表1可知，在試驗室環境下，UHPC拌合水的影響因素基本可控，而在施工現場環境下，這些因素變化較大。筆者根據經驗得知，當施工現場環境條件在表1范圍內時，可根據施工現場實際情況和工程要求對UHPC施工配合比進行適當調整，或者采取一定措施使施工現場環境條件盡量接近試驗室環境條件。但是，當施工現場環境條件超出表1中的范圍時，不建議施工。
1.1 UHPC拌合水損失的預防措施
1.1.1 原材料溫度
高溫季節要注意防曬，低溫季節要注意保溫，使現場原材料溫度盡量接近試驗室環境溫度。
1.1.2 攪拌機溫度
在攪拌過程中，UHPC中的骨料、纖維等會與攪拌機側壁發生摩擦，導致攪拌機溫度不斷升高。當現場環境溫度為25 ℃時，連續攪拌4 h的攪拌機溫度能升到60 ℃以上。攪拌機溫度升高會加速UHPC拌合物中的水分蒸發，從而影響UHPC的施工性能。以下為筆者根據施工經驗給出的降低攪拌機溫度的措施。
(1)對于1 m3攪拌機，每攪拌8盤或者每攪拌3 h左右(可根據攪拌機規格適當增大或減小)測量一次攪拌機外壁溫度，若溫度超過50 ℃，倒入拌合水空攪一次給攪拌機內部降溫。
(2)每盤攪拌時，用高壓水槍給攪拌機外部噴灑水霧降溫。
(3)條件允許時，盡量在室內攪拌或者搭建遮陽棚，以避免陽光直射攪拌機。
1.1.3 運料方式及運料時間
采用泵送方式運料時，UHPC拌合物經過輸送泵加壓后，由于其與泵管側壁長距離摩擦，溫度會升高。采用敞開式運料車或者料斗運料時，運料時間越長，水分損失越多。UHPC拌合物從出機到澆筑完成，建議時間盡量控制在30 min內。針對不同的運料方式，可采用以下措施減少UHPC拌合水損失。
(1)對于泵送，在泵管上蓋上濕潤的土工布，給泵管及內部UHPC拌合物降溫。
(2)對于運料車或者料斗送料，在UHPC拌合物表面覆膜可有效減少水分損失。
1.1.4 入模溫度
鋼模板會因為太陽直射而導致溫度升高，當環境溫度為30 ℃時，鋼模板表面溫度能升至50 ℃以上。因此，采用鋼模板時，在UHPC澆筑入模前，對鋼模板灑水降溫可減少因鋼模板溫度過高而引起的UHPC拌合水損失。另外，若采用木模板，建議用淺色木模板。
1.1.5 UHPC配合比
材料配合比主要影響UHPC的水化熱，這也是UHPC拌合物溫度升高的內在原因之一。水化熱與膠凝材料的活性、摻量等有關，選擇低水化熱的膠凝材料，如低熱水泥和粉煤灰、礦粉等礦物摻合料，或者摻入適量能夠降低水化放熱速率、延緩水化放熱峰出現時間的外加劑，可以有效降低UHPC拌合物的出料溫度，減少水分損失。
1.1.6 原材料防潮及堆放時間
一般來說，原材料在現場露天堆放的時間越長，其質量越差，例如，粉料受潮吸濕會影響其性能和UHPC施工配合比，外加劑對溫度的敏感性較高，長期存放容易導致其效用下降。對于現場堆放時間超過1個月的原材料，施工前應進行施工性能及相關力學性能測試，測試合格后方可使用。
綜上，筆者根據近年來的UHPC現場施工經驗，給出了如表2所示的不同溫度、濕度環境下的UHPC拌合水損失量，可為類似環境下的UHPC現場施工提供參考。
表2中的現場UHPC拌合水損失量是相對于試驗室用水量而言的，同時也是現場配制UHPC需要額外加入的附加水量。值得注意的是，實際工程中，應根據UHPC拌合物狀態確定實際加水量，當UHPC拌合物工作性滿足設計要求時，應適時停止加水。另外，當現場環境溫度在40 ℃以上或者5 ℃以下時，不建議施工。
2 UHPC施工質量通病及防治措施
2.1 常見質量通病及原因
UHPC施工常見的質量問題主要集中在界面處理、上道工序處理和攪拌三個方面，其中，上道工序處理主要出現在預制裝配式結構中的UHPC濕接縫施工中。UHPC施工常見質量通病及原因如表3所示。
2.2 防治措施
2.2.1 界面處理質量通病的防治措施
2.2.1.1 UHPC表面微裂紋
UHPC的水膠比很低，表面容易失水引起干縮裂縫。現場控制措施為：UHPC入模后及時噴灑水霧保濕，同時在30 min內完成覆膜，根據當地環境氣候確定合適的養護時間。一般情況下，保濕養護不少于7 d，每天灑水次數不少于3次，保證UHPC表面處于濕潤狀態。
2.2.1.2 UHPC表面結皮
UHPC暴露在陽光下或者干燥的空氣中，其表面容易因失水而出現“假凝”現象，發生起皮，若及時處理不會影響UHPC表觀質量。處理措施為：在UHPC澆筑過程中，用高壓水槍噴灑水霧進行保濕處理，頻次根據UHPC表面濕潤程度確定，夏季一般10 min噴灑一次，且在澆筑完成后的15 min內完成覆膜。
2.2.1.3 UHPC表面不平整
UHPC表面不平整的處理措施為：在UHPC終凝前(12 h內)加強現場巡查，對輕微漏漿引起的表面塌陷或者鋼筋凸起痕跡明顯的位置，及時進行收面處理，若情況較重，則進行補漿處理。
2.2.2 UHPC濕接縫施工質量通病的防治措施
2.2.2.1 UHPC與側壁界面裂縫
UHPC與側壁界面裂縫的處理措施為：施工前或者箱梁出廠前，對箱梁側壁進行鑿毛處理并沖洗干凈，以保證新舊界面的黏結強度。接著，在UHPC澆筑前，對箱梁側壁澆水進行充分濕潤，但需注意濕潤無明水。最后，采用企口式UHPC接縫形式，以增強接縫位置的機械咬合力。
2.2.2.2 漏漿
濕接縫模板采用吊模，漏漿主要原因是模板密封不到位。處理措施為：模板吊裝前采用密封條對接縫位置進行密封，吊裝完成后及時檢測，并對縫隙采用泡沫膠進行密封。在UHPC澆筑施工前，先灌水進行模板密封性檢查，對漏水處及時進行封堵。最后，在UHPC施工期間，木工跟蹤澆筑情況，發現漏漿及時進行處理，否則在UHPC初凝后難以處理，影響工程質量。
2.2.2.3 濕接縫兩側高差
UHPC濕接縫兩側箱梁的高差最大有10 cm以上。處理措施為：用方木封堵較低一側，保證濕接縫兩側澆筑面平整。
2.2.2.4 濕接縫內鋼筋露出或者鋼筋保護層不夠
箱梁吊裝過程中，為防止鋼筋碰撞影響箱梁就位，往往將鋼筋彎起，在箱梁吊裝結束后卻忘記將彎起的鋼筋歸位。處理措施為：濕接縫澆筑之前檢查鋼筋情況，特別是兩側箱梁有高差的地方，將高出的鋼筋掰回原位。另外，設計時盡量采用大間距、粗鋼筋的優化形式，不僅可以降低箱梁裝配難度，而且可以降低現場UHPC澆筑難度。
2.2.3 攪拌質量通病的防治措施
2.2.3.1 鋼纖維結團
鋼纖維太細、太長或者摻量太大都會導致鋼纖維在攪拌過程中結團。處理措施為：根據原材料性能要求選用合適的鋼纖維形狀和摻量。建議鋼纖維長度控制在8~20 mm之間，體積摻量控制在3.0%以內。此外，筆者根據施工經驗發現，采用立軸攪拌機攪拌對鋼纖維的分散性較好。
2.2.3.2 鋼纖維沉淀
鋼纖維沉淀的處理措施為：控制出料時間，待UHPC拌合物攪拌均勻且滿足擴展度要求后，應在15 min內及時出料。
2.2.3.3 拌合物結團
UHPC拌合物結團的處理措施為：現場原材料堆放要做好防雨防潮，首選室內堆放;室外堆放時應選擇地勢較高處，先鋪設一層方木，然后在方木上鋪設一層雨布，在雨布上堆放原材料，并用厚雨布覆蓋嚴實，四周壓牢。同時，控制現場原材料堆放量，盡量當天用完。另外，施工之前，對于現場存放超過一周的原材料進行檢查，對有結塊的原材料進行返廠處理。
3 UHPC低溫施工要點及措施
以烏魯木齊、呼和浩特地區為例，介紹UHPC低溫施工要點及措施。烏魯木齊、呼和浩特3~4月、10~11月份白天最高氣溫10 ℃，夜晚最低氣溫-10 ℃，施工時間宜選在白天高溫時段。施工關鍵點包括原材料選擇、施工保溫措施和養護保溫、保濕措施。
3.1 低溫施工時的原材料選擇
低溫施工時，宜選擇能夠適應低溫施工的UHPC原材料。例如，水泥可選用高鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥等快凝、快硬型水泥，具體可根據工程所在地的資源情況選擇。另外，可摻入適量前期水化放熱較快的礦物摻合料，如硅灰、大比表面積的礦粉等，同時適當減少粉煤灰、石粉等水化較慢或者火山灰效應較低的摻合料。值得注意的是，如果溫度低于-10 ℃，需考慮加入適量的防凍劑。
3.2 施工保溫措施
施工前，對攪拌機及料斗進行覆蓋保溫處理，攪拌機采用負35度柴油、負20度防凍液。拌合水采用電加熱或者現場加熱方式加熱到50 ℃，保證UHPC拌合物出機溫度不低于15 ℃，入模溫度不低于5 ℃。
3.3 養護保溫、保濕措施
UHPC澆筑完成后，立即覆膜保濕養護。現場保溫措施優先選用暖棚進行保溫，保證UHPC澆筑環境溫度不低于10 ℃。無法搭設暖棚時，可采用內置電熱絲、澆筑面外包電熱毯、模板外部噴涂泡沫聚氨酯等方式進行保溫。保溫、保濕養護時間根據現場同條件試塊強度滿足設計要求的時間來確定。
4 UHPC高溫施工要點及措施
以烏魯木齊、上海和寧波地區為例，介紹UHPC高溫施工要點及措施。烏魯木齊5~9月、上海和寧波7~8月的白天最高氣溫40 ℃，夜間氣溫比白天普遍低10~15 ℃。特別是2022年，我國大部分地區的夏季氣溫都很高，地表溫度最高達70 ℃，給UHPC施工帶來了很大困難。因此，在高溫環境下，應避免在白天高溫時段施工，最好在夜間或者早、晚溫度較低的時段施工，而利用白天高溫進行蒸養。施工關鍵點包括原材料選擇、施工降溫保濕措施和養護保濕措施。
4.1 高溫施工時的原材料選擇
水泥一般選用硅酸鹽水泥，大體積施工時選用中低熱水泥;礦物摻合料選用水化放熱緩慢的粉煤灰;另外，根據現場情況，可加入適量的緩凝劑。
4.2 施工降溫保濕措施
施工現場攪拌機最好置于室內，或者搭建臨時遮陽棚，避免陽光直射。拌合水可加入冰塊降溫至5 ℃左右時再使用，保證UHPC拌合物出機溫度不高于15 ℃、入模溫度不高于25 ℃。UHPC澆筑時要保證澆筑位置的空氣濕度，覆膜保濕前可采用噴灑水霧方式保濕，或者在澆筑后及時噴灑混凝土養護劑以減少水分蒸發。
4.3 養護保濕措施
覆膜完成后，在UHPC終凝前，對其表面進行覆蓋遮陽處理，避免陽光直射導致溫度過高而影響原材料水化。待UHPC終凝后可撤掉遮陽物，利用白天高溫進行蒸養，但仍要進行灑水濕養護，濕養護時間不少于3 d。
5 UHPC現場檢測
目前，普通混凝土的現場檢測方法有回彈法、超聲-回彈法、鉆芯法等， 而UHPC還沒有有效的現場直接檢測方法，一般采用測試現場同條件試塊的性能來表征現場UHPC的性能，但該方法時效性較差，往往發現問題后現場UHPC已施工完成，難以處理。鑒于UHPC比普通混凝土更加致密均勻，傳統的超聲法或超聲-回彈法經改進后有望應用于UHPC現場檢測。
6 結束語
(1)UHPC不同于普通混凝土，要保證其工程質量，需要從原材料選擇、配合比設計、結構設計、現場施工、后期檢測等方面綜合考慮，并根據施工環境合理調整施工措施。原材料選擇應因地制宜，選用當地原材料以降低工程成本，同時應根據氣候環境合理調整UHPC施工配合比。結構設計要綜合考慮UHPC與周邊接觸材料及結構的適應性，如UHPC和普通混凝土結合面、UHPC和防水材料及鋼材性能的匹配等。UHPC現場施工要及時、連續，施工后要及時采取合理措施養護，否則容易出現質量問題，這就需要配備專業的施工設備、有經驗的施工隊伍、專業的技術指導人員等。對UHPC進行現場檢測主要是考慮到UHPC施工完成后強度太高難以拆除，目前，UHPC施工要求“只許成功不許失敗”，所以亟需找到一種合適的UHPC現場檢測方法。
(2)UHPC現場問題的處理原則為早發現早處理、前期預防為主、后期處理為輔。施工準備要充分、施工控制要嚴格細致、養護要及時有效，現場檢測方法也要合適且及時有效。
