楊洪磊，鄭渝，班鵬輝，朱濤，林瑋

（1.中交路橋華南工程有限公司，廣東 中山 528403；2.江蘇蘇博特新材料股份有限公司 高性能土木工程材料國家重點實驗室，江蘇 南京 211103）

0 前言

超高性能混凝土（UHPC）是指兼具超高抗?jié)B性能和力學性能的纖維增強水泥基復合材料。UHPC具有較高的抗彎拉強度及應變硬化特性，在鋼橋面薄層鋪裝中展現(xiàn)出獨特的結構應用優(yōu)勢[1-4]。通過鋼橋面的UHPC薄層鋪裝，增加結構剛度，并協(xié)助鋼橋面承受彎拉疲勞荷載，可大大提升鋼橋面及其鋪裝層的服役性能及壽命。

超高性能輕型組合橋面結構技術規(guī)程指出[5]，密配筋對于鋼橋面UHPC鋪裝層開裂前抗拉強度具有顯著效果，鋼筋間距有可能僅有33 mm。但是，由于UHPC的制備技術特點[6-9]，包括極低的水膠比、大量微細膠材粉體、以及高體積摻量的鋼纖維等，導致UHPC拌合物粘聚性高、流動緩慢，密配筋通過性亟需考察與解決。

UHPC拌合物對密配筋的通過性，直接影響實際鋪裝工程施工的效率與質量。針對特定性能要求的UHPC拌合物的密配筋通過性開展針對性實驗研究，通過實驗設計，考察了鋼筋間距、UHPC拌合物流動性、以及振動等對密配筋通過性及密實填充效果的影響，為類似工程的UHPC拌合物流動性調控及相應施工工藝選擇提供參考。

1 原材料、配合比與實驗方法

1.1 原材料與配合比

本研究UHPC原材料系由江蘇蘇博特新材料股份有限公司提供的超高性能混凝土預混料SBT-UDC(II)產品，其包含核心干混料、液料與微細鋼纖維三個組分，加入自來水拌合后使用。其中核心干混料為依據最緊密堆積原則的各種膠材與洗骨料的精細配伍；液料為具有大減水、降粘與減縮作用的功能性液體外加劑；微細鋼纖維為直徑0.18～0.22 mm、長度12～14 mm的微細鍍銅鋼纖維，單絲抗拉強度≥2 500 MPa。

本研究使用的基準實驗配合比如表1所示，水膠比為0.16，膠砂比為1∶1，鋼纖維體積摻量為3.5%。

表1 UHPC基準實驗配合比 單位：kg/m3

1.2 試驗方法

本研究UHPC基本性能測試依據《超高性能混凝土基本性能與試驗方法》（T/CBMF 37—2018）進行，包括抗壓強度、抗折強度及坍落擴展度等。

UHPC拌合物的流動性通過在基準實驗配合比基礎上，適當增減液料用量調整。

為考察UHPC拌合物的鋼筋間距通過性，分別采用J環(huán)擴展度試驗方法、不同孔徑方孔篩篩余及模擬構件鉆芯取樣的方式開展研究。

其中J環(huán)擴展度試驗方法遵照《自密實混凝土應用技術規(guī)程》（JGJ/T 283—2012）進行。

采用滿足《試驗篩技術要求和檢驗第2部分金屬穿孔板試驗篩》（GB/T 6003.2—2012）要求的，篩孔邊長分別為31.5 mm、37.5 mm、53 mm、63 mm，以及篩盤直徑30 cm的方孔篩，量取5 L的UHPC拌合物，1 min內經自重作用通過方孔篩，并計算其通過率。

采用Φ10的HRB400螺紋鋼筋制作間距為35 mm間距鋼筋網片，置于相應模具中，采用墊塊使網片距離底模15 mm，澆筑UHPC拌合物，并標準養(yǎng)護后鉆芯取樣，觀測內部密實情況。鋼筋布置及試件尺寸情況如圖1所示。

圖1 UHPC密配筋通過性試驗的試件尺寸與鋼筋配置

所有測試與成型工作均在拌合1 h內完成。

2 實驗結果與討論

2.1 強度及流動擴展度

通過調整液料的用量，分別得到三種不同坍落擴展度的UHPC拌合物，其流動性能、力學性能等基本情況見表2。

表2 實驗UHPC基本性能

從表2中可以看出，隨著液料摻量的遞增，UHPC拌合物U1、U2、U3的流動性逐步提高，分別控制在650 mm、750 mm與850 mm坍落擴展度水平。同時，在拌合1 h內，各UHPC拌合物的流動性能基本保持不變。表2還顯示出，隨著UHPC拌合物流動性的增加，其含氣量略有下降，但基本保持在同一水平。隨著含氣量的降低，標準養(yǎng)護28 d的UHPC抗壓試件強度也隨著增長，但由于含氣量的變化不大，其抗壓強度也在同一水平。UHPC的抗折強度主要受到纖維摻量與“基體-纖維”粘結強度的影響，因此，在纖維摻量相同與基體強度相當?shù)那闆r下，拌合物U1、U2、U3 28 d的UHPC抗折試件強度均約為29 MPa。

2.2 J環(huán)擴展度實驗

采用J環(huán)擴展度實驗方法，對UHPC拌合物U1、U2、U3的測試結果如表3所示。

表3 實驗UHPC的J環(huán)擴展度實驗結果

J環(huán)擴展度實驗方法所測得的間隙通過性指標（PA）為拌合物坍落擴展度與J環(huán)坍落擴展度的差值。從表3中可以看出，在鋼纖維體積摻量3.5%時，盡管拌合物U1、U2和U3的坍落擴展度處于不同水平，但其PA值均小于等于25 mm，達到間隙通過性最高的PA2等級，并在數(shù)值上沒有顯著差異，即J環(huán)并未對這三種UHPC拌合物的流動形成明顯的阻礙。

去粗骨料化是UHPC的傳統(tǒng)制備理念之一，因此，本研究的UHPC拌合物實際上是極低水膠比的大流態(tài)高鋼纖維摻量水泥基砂漿體系。表3的結果表明，在UHPC拌合物具有較高流態(tài)的情況下，均勻分散在漿體內部的高摻量的短微細鍍銅鋼纖維，并未在J環(huán)兩站腿的間隙（間距58.9 mm）處形成滯留、搭接或團聚，從而未進一步阻擋UHPC拌合物的流動。

2.3 方孔篩通過率實驗

不同流動性的UHPC拌合物對于不同邊長篩孔的方孔篩的通過率實驗結果如表4和圖2所示。由表4可以看出，拌合物的方孔篩通過率隨著流動性的增大而增加；同時，隨著方孔篩邊長的增加，拌合物的通過率也相應增加。值得注意的是，當方孔篩篩孔邊長變?yōu)?1.5 mm時，流動性最小的U1拌合物的通過率僅為14.2，大部分拌合物無法順利通過篩孔，流動性最大的U3拌合物的通過率也不超過50%；當方孔篩篩孔邊長為53 mm時，所有拌合物的通過率均高于85%，其中流動性最大的U3拌合物的通過率達到了92.2%。

表4 UHPC拌合物的方孔篩通過率實驗結果

另一方面，從圖2可以看出，當篩孔邊長分別為31.5 mm、37.5 mm和53 mm時，流動性與通過率線性相關的斜率分別為0.176、0.208和0.034。這說明，當篩孔邊長為53 mm時，本方法對于不同流動性的UHPC拌合物的間隙通過性區(qū)分度較差。這也印證了J環(huán)擴展度實驗未能較好地區(qū)別不同流動性UHPC拌合物間隙通過性的實驗結果。而當篩孔邊長為37.5 mm時，區(qū)分度最好；當篩孔邊長進一步縮小至31.5 mm時，線性相關斜率相較37.5 mm篩孔邊長時略有下降，這意味著進一步縮小篩孔邊長，將導致該方法的區(qū)分度下降。

圖2 UHPC拌合物對于方孔篩的通過率

2.4 鋼筋網片模擬澆筑試驗

表5顯示了鋼筋網片模擬澆筑試驗的基本情況。由表5可知，一次布料澆筑后，不同流動性的UHPC拌合物在鋼筋網片上的堆料高度隨著拌合物流動性的降低而增加。這也反映出UHPC拌合物的鋼筋間隙通過性能隨著流動性的減少而減少。其中，流動擴展度為650 mm的UHPC拌合物U1的堆料高度達到43 mm，流動擴展度為755 mm的UHPC拌合物U2的堆料高度達到21 mm，而流動擴展度為845 mm的UHPC拌合物U3的堆料高度僅為16 mm。如以試件制作高度60 mm計算，分別有28.3%的U1拌合物、48.3%的U2拌合物、63.3%的U3拌合物通過密配筋鋼筋網片，進入鋼筋網片下層的模具空間。該計算結果與表4中37.5 mm方孔篩的UHPC拌合物通過率測試結果最為接近。同時，為密實成型，采用手持式平板振動器振動UHPC拌合表面致其密實填充整個模具，由于流動性的不同及堆料高度的不同，流動性最大的拌合物U3僅需8 s，而流動性最小的拌合物U1需要30 s。這也說明，即便在振動的作用下，較小流動性的UHPC拌合物的密配筋通過依然困難。

表5 UHPC鋼筋網片模擬澆筑試驗情況

3 結論

（1）UHPC拌合物的密配筋間隙通過性能隨著其流動性的提高而增加。

（2）J環(huán)擴展度試驗方法未能較好的區(qū)分本研究中三種不同流動性UHPC拌合物的密配筋間隙通過性。

（3）篩孔邊長與實際配筋間隙接近的方孔篩通過率試驗可以較好的反應UHPC拌合物的密配筋間隙通過性。

（4）較小流動度的UHPC拌合物需要配合較長的平面振動時間實現(xiàn)密配筋間隙通過與模板空間的密實填充。