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中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 134 混凝土施工技术中的超高性能混凝土工程技术研究 曾燕林 九江市建设工程质量检测中心，江西 九江 332000 摘要：摘要：超高性能混凝土是一种具有卓越力学性能和耐久性的先进建筑材料。其特点包括高强度、高韧性、低渗透性和抗冻融性等。在施工技术方面，关键点包括浇筑技术与模板设计、确保混凝土均匀性与流动性、表面处理与养护技术以及压实与振捣的方法。通过合理运用这些技术，可以确保 UHPC 结构的性能，并推动其在建筑领域的广泛应用和推广。关键词：关键词：超高性能混凝土；施工；工程技术 中图分类号：中图分类号：U655 1 超高性能混凝土的定义与特点 1.1 超高性能混凝土的概念 UHPC（Ultra-High Performance Concrete）超高性能混凝土，又称超高强度混凝土，是一种新型的建筑材料，具有卓越的力学性能、耐久性和工艺性，被广泛应用于桥梁、隧道、建筑物等重要结构中。超高性能混凝土采用特殊的配方和施工技术，以实现超强的抗压、抗弯和抗裂性能。1.2 超高性能混凝土与传统混凝土的区别 与传统混凝土相比，超高性能混凝土在多个方面具有显著的优势。在强度和韧性方面，超高性能混凝土的抗压强度通常在 150 MPa 以上，远高于传统混凝土的强度水平。超高性能混凝土不仅具备高强度，还表现出较好的韧性，能够承受较大的变形和冲击负荷。在耐久性方面，超高性能混凝土具有优异的耐久性能，耐久性指标如抗氯离子渗透、抗硫酸盐侵蚀等明显优于传统混凝土。在结构上，超高性能混凝土的微观结构中含有细小的颗粒和纤维，使其具备出色的致密性和耐久性。在施工性能上，超高性能混凝土具有较低的流动性，需要采用振捣或压实等特殊施工方法。1.3 超高性能混凝土的材料组成 超高性能混凝土的配方通常包括水泥、矿物掺合料、高性能粉状填料和水。常用的水泥类型包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或者添加剂改性的水泥。矿物掺合料一般为硅灰和石英粉，用于增加混凝土的致密性和强度。常用的细集料包括砂、石子等，确保混凝土的强度和耐久性。高性能粉状填料一般采用二氧化硅和二氧化钛，用于改善混凝土的力学性能和耐久性。2 超高性能混凝土结构设计与应用 2.1 结构设计原则与考虑因素 超高性能混凝土具有卓越的抗压强度、抗拉强度和耐久性。结构设计应充分发挥超高性能混凝土的材料性能，确保结构在承受荷载时具备足够的强度和稳定性，并能够抵御外界环境的侵蚀和损害。合理的配筋和截面尺寸设计是提高结构强度和耐久性的关键。由于超高性能混凝土具有高流动性和自流平特性，可以制造复杂形状和小尺寸的构件。结构设计应充分利用这一特点，实现更加灵活和创新的构件形式。通过精确的模具或 3D 打印技术，可以生产出各种曲线、空洞和细节丰富的构件，从而实现更具艺术性和美观性的建筑设计。超高性能混凝土可通过粘结或机械连接方式与其他材料进行连接，也适用于预应力设计。在结构设计中，需要合理选择连接方式和预应力方案，确保连接的可靠性和结构的整体性。粘结连接能够实现无缝传力，机械连接则提供了可拆卸和调整的灵活性。预应力设计可以进一步提高结构的承载能力和稳定性。此外，在结构设计中还应考虑疲劳荷载和裂缝控制。超高性能混凝土具有出色的抗裂性能，但仍需采取适当的措施来防止和控制裂缝的形成和扩展。可以通过纤维增强、预应力等手段来改善结构的抗裂性能，并进行疲劳寿命评估和监测，以确保结构在长期使用和变动荷载下的性能。同时，选择环境友好的材料和生产工艺，减少对资源的依赖和消耗，降低碳排放和中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 135 环境影响。同时，优化结构设计，使得建筑物在使用阶段能够节约能源、减少废物和排放，实现可持续发展目标。2.2 超高性能混凝土在建筑工程的应用 在桥梁工程中，超高性能混凝土可以用于制造各种高性能桥梁连接件，如桥面铺装、伸缩缝和悬索索。这些连接件需要具备出色的耐久性和抗震性能，而超高性能混凝土正好满足这些要求，能够提供长期稳定的连接效果。超高性能混凝土也可用于修复受损或老化的桥墩和梁端。桥墩和梁端是桥梁结构中容易受到环境侵蚀和荷载影响的部位，而超高性能混凝土具有优异的耐候性和抗腐蚀性，能够提供持久的保护和加固效果，延长桥梁的使用寿命。此外，超高性能混凝土的流动性和自流平特性使其成为制造新型桥梁构件的理想材料。通过采用超高性能混凝土，可以制造出更轻巧、更创新的桥梁构件，如超薄板和空心构件。这些构件不仅具有出色的力学性能和耐久性，还能够实现更高的设计灵活性和施工效率。在建筑结构中，超高性能混凝土可以用于制造立面装饰板，这些板材轻薄、细节丰富，能够提供高品质的外观效果。由于超高性能混凝土具有出色的耐候性和抗老化性能，这些装饰板能够长时间保持美观，并且不易受到环境因素的影响。另一方面，超高性能混凝土适用于制造各种预制构件，如梁、柱、墙板等。这些构件在制造过程中可以充分利用超高性能混凝土材料的流动性和自流平特性，实现更高的生产效率。而且，超高性能混凝土所具备的优异力学性能和耐久性，使得这些预制构件能够承受高荷载并保持稳定性能，为建筑结构提供可靠的支撑和强度。除此之外，超高性能混凝土还可以用于制造硬质地板和台阶。由于超高性能混凝土具有卓越的耐磨性和抗冲击性，所制造的硬质地板和台阶表面坚硬、耐久且易于维护。这种类型的地板和台阶适用于高流量区域，如商业中心、公共建筑和交通枢纽等场所，其优越的性能能够满足人们对于强度和耐用性的要求。3 超高性能混凝土工程施工技术 3.1 浇筑技术与模板设计 3.1.1 浇筑过程控制 在超高性能混凝土的浇筑过程中，需要注意以下关键点进行控制。首先，施工速度要适中，既能充分填满模板，又避免过快导致分层、分离或渗漏的问题。同时，选择合适的喷射机、扬子砂枪等工具，确保混凝土能均匀填充到模板中，并注意喷射/振捣时的角度和力度，以避免气泡产生和模板损坏。防止空气包裹和泡沫的方法包括使用振动或冲击来排除混凝土中的气泡，可通过高频振动器、钢棒或橡胶锤轻轻敲打或振动模板，有助于气泡的释放。此外，在温度控制方面，避免过早脱模和水分蒸发过快，可控制浇筑后的温度并进行适当的养护，以促进混凝土的强度发展和耐久性。在低温施工情况下，需采取预热模板、混凝土和水的措施，以防止混凝土受冻害并满足设计要求的强度和耐久性。3.1.2 模板设计 超高性能混凝土的模板设计在成型效果方面起着至关重要的作用。模板的选择和制作需要考虑到超高性能混凝土的流动性和自流平特性，以避免出现孔洞、缺陷或表面凹凸不平的问题。为确保结构的准确性和稳定性，一般采用刚性材料如钢板、胶合板或玻璃钢作为模板材料，并确保模板具有足够的强度和刚性来承受超高性能混凝土的自身重量和施工过程中的振动力。此外，模板表面应光滑平整，可使用适当的防黏涂料或脱模剂来减少与超高性能混凝土之间的黏附，并在浇筑后容易地拆卸模板。对于模板支撑和连接，需要确保支撑结构稳定可靠，能够有效分担混凝土浇筑时的荷载，并选择适当的连接方式以实现牢固连接且方便拆卸。最后，在混凝土浇筑过程中，需控制施工速度以避免分层、分离或渗漏问题，喷射/振捣方式要合适，避免气泡的产生和模板损坏，并注意温度控制以防止过早脱模和水分蒸发过快。3.2 确保混凝土的均匀性与流动性 为了确保超高性能混凝土的均匀性和流动性，可以采取以下措施。在施工前对原材料进行预处理。这包括搅拌和筛分原材料，以消除颗粒结块并确保各种原材料的均匀性。使用适当的搅拌设备将水泥、细砂、细骨料等原材料进行充分搅拌。这可以确保颗粒之间没有团聚或结块，并使其能够均匀地混合在一起。搅拌时间应足够长，以确保达到良好的均匀性。经过搅拌后，将原材料通过筛网进行筛分。这样可以去除过大或过小的颗粒，使得材料的尺寸分布更加均匀。筛分还可以进中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 136 一步消除可能残留的结块或团聚，确保原材料的整体均匀性。在这一过程中，为了实现有效的材料预处理，需要选择合适的搅拌设备和筛网，以适应材料的特性和施工规模。同时，应根据设计要求和标准规范，严格控制搅拌和筛分过程中的工艺参数，以确保每个原材料的比例符合要求。选择高速搅拌器或专用的混凝土搅拌设备进行混凝土的配制和搅拌。在搅拌过程中，关键是准确控制水灰比和混凝土的湿度。水灰比是水与水泥的重量比，直接影响混凝土的流动性和可塑性。通过调整水的添加量，可以控制水灰比，确保混凝土具有适当的流动性。混凝土的湿度也是需要注意的因素。湿度主要由水固比来表示，即水与水泥固化所需的最小水量之比。适当的湿度可以保证混凝土的流动性和可加工性，同时不会影响其强度和耐久性。为了实现准确的水灰比和湿度，需要根据设计要求和标准规范，在混凝土的配制过程中严格控制水的添加量和混凝土的配比。可以通过实验室测试和试验来确定适当的配比，以确保混凝土具有所需的性能。通过控制搅拌时间和搅拌速度，可以改善混凝土的均匀性。适当延长搅拌时间有助于混凝土中各个成分的充分混合。在搅拌过程中，不同的材料需要一定的时间才能达到最佳均匀状态。延长搅拌时间可以确保颗粒之间的结聚得以打破，使其更好地混合。具体的搅拌时间应根据混凝土配方和搅拌设备的特性来确定。增加搅拌速度也可以改善混凝土的均匀性。较高的搅拌速度可提供更强的剪切力和搅拌力，使混凝土中的不同组分更好地相互作用和分散。然而，需要注意的是，过高的搅拌速度可能导致混凝土中空气孔隙的产生，影响混凝土的密实性和强度。此外，还需要使用粉体添加剂和纤维。超细粉体添加剂通常是一种微细颗粒的材料，如二氧化硅、二氧化钛等，具有较大的比表面积和高吸附能力。当这些添加剂与水泥颗粒接触时，会形成胶凝体，增加混凝土的黏附性和内聚力。这使得混凝土更易于流动和充填，从而提高了其工作性能和均匀性。纤维可分为短纤维和连续纤维两种类型，如钢纤维、玻璃纤维、聚合物纤维等。将纤维添加到混凝土中可以有效抑制裂缝的发展，提高混凝土的韧性和抗拉强度。纤维在混凝土中形成的网状结构可以阻止裂缝的扩展，并使裂缝间的应力转移更加均匀。这种增加的韧性有助于防止混凝土的破坏和抗震性能的提升。3.3 表面处理与养护技术 在施工完成后，应及时对超高性能混凝土结构的表面进行处理。通过刷洗、冲洗或使用专用的清洁剂，去除附着在混凝土表面的杂质和污垢，确保表面干净无障碍物。为了提供更好的附着力，需要对超高性能混凝土表面进行粗糙化处理。常见的方法包括喷砂、刷涂或喷涂等。这些方法能够增加表面的粗糙度，提高与涂层材料或胶粘剂之间的粘结力，从而增强涂层的附着性能。在根据具体要求时，可以对超高性能混凝土表面进行涂层或防护处理。可以涂覆适当的防水剂、防腐剂或颜色涂层。防水剂可提供额外的保护，防止水分侵入混凝土内部并引起损害。防腐剂可以延长混凝土的使用寿命，防止腐蚀和氧化。而颜色涂层能够赋予混凝土表面美观的外观，满足设计需求。浇筑完成后应立即采取养护措施来确保超高性能混凝土保持湿润。这可以通过表面覆盖物、喷水养护、湿布覆盖等方法实现。保持湿润有助于防止水分过早蒸发，促进混凝土早期强度的发展。覆盖物可以防止水分流失，喷水养护可以补充混凝土内部的水分，湿布覆盖可以保持表面湿润。在养护期间需要控制超高性能混凝土的温度，以确保其正常硬化和成熟。遮阳、喷水降温、采用保温措施等方式可实现温度控制。遮阳可以减少直接日光照射，降低温度升高的速率。喷水降温可以通过水的蒸发吸收热量，降低混凝土的温度。保温措施可以防止温度的过快下降，维持适宜的硬化温度。超高性能混凝土的养护时间通常为 7 至 14天，具体根据混凝土配方和环境条件而定。在养护期间，需要定期检查混凝土的湿度和温度，并根据需要进行调整。湿度的监测可以使用湿度计或表面饱和干燥法进行，确保养护效果良好。同时，温度的监测可以通过温度计或感应器来实施，以维持合适的养护温度。3.4 压实与振捣方法 压实和振捣是确保超高性能混凝土内部均匀性和致密性的关键步骤。对于较小的结构件或细节部分，手工压实工具如钢棒、橡胶锤等可以使用，以确保混凝土充分填充模板并排除气泡。通过有序而均匀的敲击和推动，可将混凝土均匀地压实到每个角落。这种方法一般适用于中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 137 较小的区域，需要人工操作来达到均匀性和致密性的要求。对于大型结构或需要更高致密性的部分，机械振捣器可用于振动压实。振捣过程中应注意控制振捣力度和频率，以避免破坏混凝土的成分和纤维分布。机械振捣器通过振动作用使混凝土颗粒间产生相互排斥和重新排列，从而提高混凝土的密实度和均匀性。适当的振捣操作可以提高混凝土的力学性能和耐久性。除了压实和振捣，非破坏性检测技术也可用于评估超高性能混凝土的致密性和均匀性。超声波或雷达技术可以通过扫描混凝土结构表面并分析返回信号，定量地检测混凝土内部的空隙、裂缝或其他缺陷。4 结语 超高性能混凝土在混凝土施工技术中的研究和应用取得了显著的进展。在工程施工技术方面，浇筑技术与模板设计、均匀性与流动性的保证、表面处理与养护技术以及压实与振捣方法等都是其施工的关键要素。未来超高性能混凝土工程技术的研究将继续推动其在建筑领域的应用。随着技术的不断发展和创新，可以预见 UHPC 的性能将得到进一步提升，并且在更广泛的结构类型中得到应用，包括高层建筑、桥梁、海洋工程等。此外，随着对可持续建筑材料的需求增加，研究人员还将致力于开发更环保和经济可行的UHPC制造方法和配方，促进其可持续发展并为建筑行业带来更大的益处。参考文献 1丁沙,张国志,游新鹏,等.现浇超高性能混凝土在桥梁工程中的应用J.施工技术,2016,45(17):30.2杜加伟,郭康,华新,等.钢桥面铺装超高性能混凝土施工技术研究J.江苏建材,2023(1):31-33.3高继伟.建筑工程中高性能混凝土施工技术研究J.建筑工程技术与设计,2018,40(15):2089.4樊占东,刘元炜,姚冬冬,等.超高性能混凝土在桥面铺装中的施工应用技术研究J.公路交通科技：应用技术版,2020(3):31-33.