超高性能混凝土（UHPC）现场施工控制要点
超高性能混凝土(UHPC)现场施工控制要点
摘 要：结合近几年超高性能混凝土(UHPC)项目的前期试验研究成果和现场施工技术要求，分析了UHPC施工配合比的影响因素，指出了UHPC施工质量通病，并提出了相应的防治措施，总结了UHPC低温和高温现场施工的关键技术要点，并对UHPC现场检测方法进行了展望，可为UHPC现场施工提供参考。
关键词：超高性能混凝土;施工配合比;质量通病;防治措施;施工控制要点;现场检测
0 前言
超高性能混凝土(以下简称UHPC)是由水泥、矿物掺合料、外加剂、细骨料、纤维等以特定工艺混合而成的材料，具有抗压强度高、耐久性能好等特点。随着现代建筑结构不断向超重载、超大跨、超高层、轻量化等方向发展，UHPC在我国的应用越来越多。据不完全统计，仅UHPC在我国箱梁湿接缝施工中的用量就已超过5万m3。
近年来，随着UHPC配制技术不断完善，越来越多的研究人员将关注点从UHPC的“配方”研制扩展到其工程应用效果上。为了更好地推广UHPC在建筑领域中的应用，笔者根据近几年参与的UHPC相关项目的实际工程情况(项目地点涵盖新疆、山西、内蒙古、上海、浙江、湖北、湖南、福建等地，工程类型包括预制装配式结构湿接缝、轻型钢桥面摊铺、水利大坝加固、轨道交通预制件、桥梁加固等)，分析UHPC施工配合比的影响因素，指出UHPC施工质量通病并提出相应的防治措施，介绍UHPC低、高温施工要点，并对UHPC现场检测方法进行展望，以期为UHPC的现场施工提供参考。
1 UHPC施工配合比的影响因素
自我国实行预拌混凝土管理政策以来，混凝土的供应和质量都得到了很好保证。UHPC作为近年来新兴的一种混凝土材料，其价格比普通混凝土高很多，这在一定程度上限制了其大规模应用，目前主要用在混凝土结构的关键受力部位、混凝土及钢结构加固等方面。因此，UHPC暂不具备作为预拌混凝土供应的规模条件，大部分UHPC还处于现场搅拌、现场施工阶段，这对UHPC施工配合比的设计要求较高。
UHPC的水胶比很低，在0.18左右，远低于普通混凝土0.40左右的水胶比，水对UHPC性能的影响不容忽视。高温、大风、干燥等环境因素均会加大现场UHPC拌合水的损失，故在现场配制UHPC时，必须采取相应措施严格控制拌合水损失，保证浇筑入模前的配合比与试验配合比一致。
笔者根据多次现场工艺试验发现，实际工程对UHPC扩展度的要求一般≥700 mm，在试验室严格按照试验配合比可设计出扩展度满足要求的UHPC，但在施工现场时，当外部环境温度为30 ℃、湿度为50%时，现场UHPC的出机扩展度<600 mm，若运输、浇筑不及时，UHPC的入模扩展度可能低于550 mm，这说明拌合水损失对UHPC的施工性能影响很大。
笔者结合施工现场工艺试验数据和经验，总结了影响UHPC拌合水的因素，包括温度、湿度、风速、天气、原材料堆放时间、原材料温度、搅拌机温度、运料方式、运料时间、入模温度、材料配比、原材料包装袋防潮性能等。试验室和施工现场影响UHPC拌合水的因素见表1。
由表1可知，在试验室环境下，UHPC拌合水的影响因素基本可控，而在施工现场环境下，这些因素变化较大。笔者根据经验得知，当施工现场环境条件在表1范围内时，可根据施工现场实际情况和工程要求对UHPC施工配合比进行适当调整，或者采取一定措施使施工现场环境条件尽量接近试验室环境条件。但是，当施工现场环境条件超出表1中的范围时，不建议施工。
1.1 UHPC拌合水损失的预防措施
1.1.1 原材料温度
高温季节要注意防晒，低温季节要注意保温，使现场原材料温度尽量接近试验室环境温度。
1.1.2 搅拌机温度
在搅拌过程中，UHPC中的骨料、纤维等会与搅拌机侧壁发生摩擦，导致搅拌机温度不断升高。当现场环境温度为25 ℃时，连续搅拌4 h的搅拌机温度能升到60 ℃以上。搅拌机温度升高会加速UHPC拌合物中的水分蒸发，从而影响UHPC的施工性能。以下为笔者根据施工经验给出的降低搅拌机温度的措施。
(1)对于1 m3搅拌机，每搅拌8盘或者每搅拌3 h左右(可根据搅拌机规格适当增大或减小)测量一次搅拌机外壁温度，若温度超过50 ℃，倒入拌合水空搅一次给搅拌机内部降温。
(2)每盘搅拌时，用高压水枪给搅拌机外部喷洒水雾降温。
(3)条件允许时，尽量在室内搅拌或者搭建遮阳棚，以避免阳光直射搅拌机。
1.1.3 运料方式及运料时间
采用泵送方式运料时，UHPC拌合物经过输送泵加压后，由于其与泵管侧壁长距离摩擦，温度会升高。采用敞开式运料车或者料斗运料时，运料时间越长，水分损失越多。UHPC拌合物从出机到浇筑完成，建议时间尽量控制在30 min内。针对不同的运料方式，可采用以下措施减少UHPC拌合水损失。
(1)对于泵送，在泵管上盖上湿润的土工布，给泵管及内部UHPC拌合物降温。
(2)对于运料车或者料斗送料，在UHPC拌合物表面覆膜可有效减少水分损失。
1.1.4 入模温度
钢模板会因为太阳直射而导致温度升高，当环境温度为30 ℃时，钢模板表面温度能升至50 ℃以上。因此，采用钢模板时，在UHPC浇筑入模前，对钢模板洒水降温可减少因钢模板温度过高而引起的UHPC拌合水损失。另外，若采用木模板，建议用浅色木模板。
1.1.5 UHPC配合比
材料配合比主要影响UHPC的水化热，这也是UHPC拌合物温度升高的内在原因之一。水化热与胶凝材料的活性、掺量等有关，选择低水化热的胶凝材料，如低热水泥和粉煤灰、矿粉等矿物掺合料，或者掺入适量能够降低水化放热速率、延缓水化放热峰出现时间的外加剂，可以有效降低UHPC拌合物的出料温度，减少水分损失。
1.1.6 原材料防潮及堆放时间
一般来说，原材料在现场露天堆放的时间越长，其质量越差，例如，粉料受潮吸湿会影响其性能和UHPC施工配合比，外加剂对温度的敏感性较高，长期存放容易导致其效用下降。对于现场堆放时间超过1个月的原材料，施工前应进行施工性能及相关力学性能测试，测试合格后方可使用。
综上，笔者根据近年来的UHPC现场施工经验，给出了如表2所示的不同温度、湿度环境下的UHPC拌合水损失量，可为类似环境下的UHPC现场施工提供参考。
表2中的现场UHPC拌合水损失量是相对于试验室用水量而言的，同时也是现场配制UHPC需要额外加入的附加水量。值得注意的是，实际工程中，应根据UHPC拌合物状态确定实际加水量，当UHPC拌合物工作性满足设计要求时，应适时停止加水。另外，当现场环境温度在40 ℃以上或者5 ℃以下时，不建议施工。
2 UHPC施工质量通病及防治措施
2.1 常见质量通病及原因
UHPC施工常见的质量问题主要集中在界面处理、上道工序处理和搅拌三个方面，其中，上道工序处理主要出现在预制装配式结构中的UHPC湿接缝施工中。UHPC施工常见质量通病及原因如表3所示。
2.2 防治措施
2.2.1 界面处理质量通病的防治措施
2.2.1.1 UHPC表面微裂纹
UHPC的水胶比很低，表面容易失水引起干缩裂缝。现场控制措施为：UHPC入模后及时喷洒水雾保湿，同时在30 min内完成覆膜，根据当地环境气候确定合适的养护时间。一般情况下，保湿养护不少于7 d，每天洒水次数不少于3次，保证UHPC表面处于湿润状态。
2.2.1.2 UHPC表面结皮
UHPC暴露在阳光下或者干燥的空气中，其表面容易因失水而出现“假凝”现象，发生起皮，若及时处理不会影响UHPC表观质量。处理措施为：在UHPC浇筑过程中，用高压水枪喷洒水雾进行保湿处理，频次根据UHPC表面湿润程度确定，夏季一般10 min喷洒一次，且在浇筑完成后的15 min内完成覆膜。
2.2.1.3 UHPC表面不平整
UHPC表面不平整的处理措施为：在UHPC终凝前(12 h内)加强现场巡查，对轻微漏浆引起的表面塌陷或者钢筋凸起痕迹明显的位置，及时进行收面处理，若情况较重，则进行补浆处理。
2.2.2 UHPC湿接缝施工质量通病的防治措施
2.2.2.1 UHPC与侧壁界面裂缝
UHPC与侧壁界面裂缝的处理措施为：施工前或者箱梁出厂前，对箱梁侧壁进行凿毛处理并冲洗干净，以保证新旧界面的黏结强度。接着，在UHPC浇筑前，对箱梁侧壁浇水进行充分湿润，但需注意湿润无明水。最后，采用企口式UHPC接缝形式，以增强接缝位置的机械咬合力。
2.2.2.2 漏浆
湿接缝模板采用吊模，漏浆主要原因是模板密封不到位。处理措施为：模板吊装前采用密封条对接缝位置进行密封，吊装完成后及时检测，并对缝隙采用泡沫胶进行密封。在UHPC浇筑施工前，先灌水进行模板密封性检查，对漏水处及时进行封堵。最后，在UHPC施工期间，木工跟踪浇筑情况，发现漏浆及时进行处理，否则在UHPC初凝后难以处理，影响工程质量。
2.2.2.3 湿接缝两侧高差
UHPC湿接缝两侧箱梁的高差最大有10 cm以上。处理措施为：用方木封堵较低一侧，保证湿接缝两侧浇筑面平整。
2.2.2.4 湿接缝内钢筋露出或者钢筋保护层不够
箱梁吊装过程中，为防止钢筋碰撞影响箱梁就位，往往将钢筋弯起，在箱梁吊装结束后却忘记将弯起的钢筋归位。处理措施为：湿接缝浇筑之前检查钢筋情况，特别是两侧箱梁有高差的地方，将高出的钢筋掰回原位。另外，设计时尽量采用大间距、粗钢筋的优化形式，不仅可以降低箱梁装配难度，而且可以降低现场UHPC浇筑难度。
2.2.3 搅拌质量通病的防治措施
2.2.3.1 钢纤维结团
钢纤维太细、太长或者掺量太大都会导致钢纤维在搅拌过程中结团。处理措施为：根据原材料性能要求选用合适的钢纤维形状和掺量。建议钢纤维长度控制在8~20 mm之间，体积掺量控制在3.0%以内。此外，笔者根据施工经验发现，采用立轴搅拌机搅拌对钢纤维的分散性较好。
2.2.3.2 钢纤维沉淀
钢纤维沉淀的处理措施为：控制出料时间，待UHPC拌合物搅拌均匀且满足扩展度要求后，应在15 min内及时出料。
2.2.3.3 拌合物结团
UHPC拌合物结团的处理措施为：现场原材料堆放要做好防雨防潮，首选室内堆放;室外堆放时应选择地势较高处，先铺设一层方木，然后在方木上铺设一层雨布，在雨布上堆放原材料，并用厚雨布覆盖严实，四周压牢。同时，控制现场原材料堆放量，尽量当天用完。另外，施工之前，对于现场存放超过一周的原材料进行检查，对有结块的原材料进行返厂处理。
3 UHPC低温施工要点及措施
以乌鲁木齐、呼和浩特地区为例，介绍UHPC低温施工要点及措施。乌鲁木齐、呼和浩特3~4月、10~11月份白天最高气温10 ℃，夜晚最低气温-10 ℃，施工时间宜选在白天高温时段。施工关键点包括原材料选择、施工保温措施和养护保温、保湿措施。
3.1 低温施工时的原材料选择
低温施工时，宜选择能够适应低温施工的UHPC原材料。例如，水泥可选用高铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥等快凝、快硬型水泥，具体可根据工程所在地的资源情况选择。另外，可掺入适量前期水化放热较快的矿物掺合料，如硅灰、大比表面积的矿粉等，同时适当减少粉煤灰、石粉等水化较慢或者火山灰效应较低的掺合料。值得注意的是，如果温度低于-10 ℃，需考虑加入适量的防冻剂。
3.2 施工保温措施
施工前，对搅拌机及料斗进行覆盖保温处理，搅拌机采用负35度柴油、负20度防冻液。拌合水采用电加热或者现场加热方式加热到50 ℃，保证UHPC拌合物出机温度不低于15 ℃，入模温度不低于5 ℃。
3.3 养护保温、保湿措施
UHPC浇筑完成后，立即覆膜保湿养护。现场保温措施优先选用暖棚进行保温，保证UHPC浇筑环境温度不低于10 ℃。无法搭设暖棚时，可采用内置电热丝、浇筑面外包电热毯、模板外部喷涂泡沫聚氨酯等方式进行保温。保温、保湿养护时间根据现场同条件试块强度满足设计要求的时间来确定。
4 UHPC高温施工要点及措施
以乌鲁木齐、上海和宁波地区为例，介绍UHPC高温施工要点及措施。乌鲁木齐5~9月、上海和宁波7~8月的白天最高气温40 ℃，夜间气温比白天普遍低10~15 ℃。特别是2022年，我国大部分地区的夏季气温都很高，地表温度最高达70 ℃，给UHPC施工带来了很大困难。因此，在高温环境下，应避免在白天高温时段施工，最好在夜间或者早、晚温度较低的时段施工，而利用白天高温进行蒸养。施工关键点包括原材料选择、施工降温保湿措施和养护保湿措施。
4.1 高温施工时的原材料选择
水泥一般选用硅酸盐水泥，大体积施工时选用中低热水泥;矿物掺合料选用水化放热缓慢的粉煤灰;另外，根据现场情况，可加入适量的缓凝剂。
4.2 施工降温保湿措施
施工现场搅拌机最好置于室内，或者搭建临时遮阳棚，避免阳光直射。拌合水可加入冰块降温至5 ℃左右时再使用，保证UHPC拌合物出机温度不高于15 ℃、入模温度不高于25 ℃。UHPC浇筑时要保证浇筑位置的空气湿度，覆膜保湿前可采用喷洒水雾方式保湿，或者在浇筑后及时喷洒混凝土养护剂以减少水分蒸发。
4.3 养护保湿措施
覆膜完成后，在UHPC终凝前，对其表面进行覆盖遮阳处理，避免阳光直射导致温度过高而影响原材料水化。待UHPC终凝后可撤掉遮阳物，利用白天高温进行蒸养，但仍要进行洒水湿养护，湿养护时间不少于3 d。
5 UHPC现场检测
目前，普通混凝土的现场检测方法有回弹法、超声-回弹法、钻芯法等， 而UHPC还没有有效的现场直接检测方法，一般采用测试现场同条件试块的性能来表征现场UHPC的性能，但该方法时效性较差，往往发现问题后现场UHPC已施工完成，难以处理。鉴于UHPC比普通混凝土更加致密均匀，传统的超声法或超声-回弹法经改进后有望应用于UHPC现场检测。
6 结束语
(1)UHPC不同于普通混凝土，要保证其工程质量，需要从原材料选择、配合比设计、结构设计、现场施工、后期检测等方面综合考虑，并根据施工环境合理调整施工措施。原材料选择应因地制宜，选用当地原材料以降低工程成本，同时应根据气候环境合理调整UHPC施工配合比。结构设计要综合考虑UHPC与周边接触材料及结构的适应性，如UHPC和普通混凝土结合面、UHPC和防水材料及钢材性能的匹配等。UHPC现场施工要及时、连续，施工后要及时采取合理措施养护，否则容易出现质量问题，这就需要配备专业的施工设备、有经验的施工队伍、专业的技术指导人员等。对UHPC进行现场检测主要是考虑到UHPC施工完成后强度太高难以拆除，目前，UHPC施工要求“只许成功不许失败”，所以亟需找到一种合适的UHPC现场检测方法。
(2)UHPC现场问题的处理原则为早发现早处理、前期预防为主、后期处理为辅。施工准备要充分、施工控制要严格细致、养护要及时有效，现场检测方法也要合适且及时有效。
