楊成軍 李錫松 韋建孫 韋 琛 余楊赟

（1 廣西壯族自治區(qū)建筑工程檢測中心有限公司；2 南寧市中小企業(yè)服務(wù)中心）

混凝土具有原材料來源廣、生產(chǎn)工藝簡單、成本低廉以及應(yīng)用方便等特點(diǎn)，從建筑市場的發(fā)展需求及技術(shù)進(jìn)步方面來看，混凝土在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)仍是應(yīng)用最廣、使用量最大的人造材料。隨著超高層建筑、高速鐵路、橋梁、隧道及特殊結(jié)構(gòu)的建筑的設(shè)計(jì)建造的迅猛發(fā)展[1]，混凝土朝著更高耐腐蝕性、更高耐久性、更高強(qiáng)度的方向發(fā)展，在此背景下，具有優(yōu)異的力學(xué)性能、超高耐久性和超高韌性等特點(diǎn)的超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete,UHPC）應(yīng)運(yùn)而生。

2015 年，發(fā)布實(shí)施的清華大學(xué)、北京交通大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)編制的GB/T 31387《活性粉末混凝土》[2]，成為我國UHPC/RPC 領(lǐng)域首部國家標(biāo)準(zhǔn)。隨著國家標(biāo)準(zhǔn)體系改革的不斷推進(jìn)，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)在UHPC 領(lǐng)域正發(fā)揮著越來越重要的作用。2018 年后，中國建材聯(lián)合會、中國混凝土與水泥制品協(xié)會、中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會等相繼發(fā)布實(shí)施了6 部UHPC 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，目前尚有20 多部UHPC 標(biāo)準(zhǔn)正在制定中。為深入了解我國UHPC領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展水平，本文整理了我國UHPC 領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題，并提出相關(guān)發(fā)展對策。

1 UHPC 標(biāo)準(zhǔn)化工作現(xiàn)狀及分析

1.1 標(biāo)準(zhǔn)制定現(xiàn)狀

作為相對新的工程材料，UHPC 產(chǎn)業(yè)發(fā)展尚處于初級階段，與之相適應(yīng)的政策還不完善，缺乏完善的應(yīng)用技術(shù)規(guī)程、設(shè)計(jì)規(guī)范、試驗(yàn)方法及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，限制UHPC工程應(yīng)用瓶頸相當(dāng)突出。圍繞UHPC 工程應(yīng)用，中國建材聯(lián)合會、中國混凝土與水泥制品協(xié)會等社會團(tuán)體相應(yīng)成立了標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)委員會，負(fù)責(zé)UHPC 試驗(yàn)、產(chǎn)品推廣、工程應(yīng)用相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)制定工作。截止2022 年3 月，已發(fā)布了國家標(biāo)準(zhǔn)1 部，中國建材聯(lián)合會和中國混凝土與水泥制品協(xié)會聯(lián)合頒布的標(biāo)準(zhǔn)4 部，中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)2 部，中國電力企業(yè)聯(lián)合會標(biāo)準(zhǔn)1 部，中國公路學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)1 部，浙江、廣東、湖南等地方標(biāo)準(zhǔn)或地方團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)7 部。此外，獲批立項(xiàng)、正在制定的標(biāo)準(zhǔn)17 部，部分標(biāo)準(zhǔn)已完成報(bào)批，即將實(shí)施，已發(fā)布及正在編制的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)表見表1。這些標(biāo)準(zhǔn)將成為促進(jìn)UHPC 工程應(yīng)用的重要力量?？梢灶A(yù)想，隨著UHPC 團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)體系的快速發(fā)展，困擾UHPC 工程應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范“瓶頸”將不斷減少，將加快UHPC 在中國進(jìn)入“黃金發(fā)展期”。

表1 已發(fā)布/在編的UHPC 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)

1.2 檢測方法和指標(biāo)體系分析

2015 年，GB/T 31387《活性粉末混凝土》頒布[2]，成為我國首部UHPC/RPC 國家標(biāo)準(zhǔn)，對推動UHPC 應(yīng)用研究極具意義。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定UHPC 了性能等級、配合比設(shè)計(jì)、制備與運(yùn)輸、養(yǎng)護(hù)、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則等，對抗壓強(qiáng)度的要求為≥100MPa，抗折強(qiáng)度≥12MPa、彈性模量≥40GPa，但未對拌合物性能及試驗(yàn)方法作出要求。

2018 年后，相繼發(fā)布了T/CBMF 37-2018/T/CCPA 7-2018《超高性能混凝土基本性能與試驗(yàn)方法》[3]、T/CBMF 96-2020/T/CCPA 20-2020《超高性能混凝土預(yù)混料》[4]、T/CECS 10107-2020《超高性能混凝土（UHPC）技術(shù)要求》[5]、T/CECS 864-2021《超高性能混凝土試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[6]、T/CCPA 23-2021/T/CBMF 128-2021《超高性能混凝土現(xiàn)場澆筑施工技術(shù)規(guī)程》、T/CCPA 22-2021/T/CBMF 127-2-21《超高性能混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》等6 部團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，其中4 部屬試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、2 部屬產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，對UHPC 拌合物性能、力學(xué)性能、耐久性分級、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、現(xiàn)場澆筑及預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)等方面作了較為全面的描述，各類技術(shù)指標(biāo)及等級劃分詳見表2。

表2 各標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)要求及分級情況

（續(xù)表1）

不同于GB/T 31387 以抗氯離子滲透性（電通量法）評價抗?jié)B透性能，上述團(tuán)體標(biāo)均采用測試氯離子擴(kuò)散系數(shù)評價抗?jié)B透性能。另外，T/CECS 10107 還有關(guān)于UHPC干燥收縮、早期自收縮的分級及技術(shù)要求，其中干燥收縮按養(yǎng)護(hù)條件分為熱養(yǎng)護(hù)及自然養(yǎng)護(hù)，其技術(shù)指標(biāo)要求分別不大于100×10-6、300×10-6。對于抗壓強(qiáng)度測試試件尺寸，均要求采用100mm 立方體試件，不同于普通混凝土采用150mm 立方體為標(biāo)準(zhǔn)試件，這點(diǎn)得到國內(nèi)大部分UHPC 學(xué)者的認(rèn)可，國內(nèi)目前廣泛采用的2MN、3MN 試驗(yàn)機(jī)依然可以滿足測試要求[7]。與傳統(tǒng)材料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不同的是，T/CBMF 96-2020/T/CCPA 20-2020 給出了預(yù)混料使用說明書參考模板，對預(yù)混料攪拌、養(yǎng)護(hù)、包裝作了詳細(xì)說明，對推廣應(yīng)用UHPC 具有較好的指導(dǎo)意義。筆者重點(diǎn)對比了UHPC 標(biāo)準(zhǔn)體系中較為重要的幾個技術(shù)指標(biāo)及試驗(yàn)方法。

⑴抗拉性能：T/CECS 10107-2020 規(guī)定的抗拉性能等級評定指標(biāo)為抗拉強(qiáng)度ftu、殘余抗拉強(qiáng)度/彈性極限抗拉強(qiáng)度ftr/fte、抗拉強(qiáng)度/彈性極限抗拉強(qiáng)度ftu/fte與抗拉應(yīng)變的要求。T/CBMF 37-2018/T/CCPA 7-2018 規(guī)定的抗拉性能等級評定指標(biāo)為彈性極限抗拉強(qiáng)度fte或變形達(dá)到0.15%時所對應(yīng)的抗拉力強(qiáng)度ftr與抗拉強(qiáng)度/彈性極限抗拉強(qiáng)度ftu/fte、抗拉應(yīng)變作為試驗(yàn)值。T/CBMF 96-2020/T/CCPA 20-2020 僅規(guī)定了彈性極限抗拉強(qiáng)度。雖然T/CECS 10107-2020 與T/CBMF 37-2018/T/CCPA 7-2018 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定各等級強(qiáng)度值相同，但前者由加荷過程中的最大荷載計(jì)算所得，后者取線性轉(zhuǎn)為非線性點(diǎn)所對應(yīng)的拉應(yīng)力值，后者較前者要求高。鑒于最大荷載與線性轉(zhuǎn)為非線性點(diǎn)不一定重合，筆者認(rèn)為后者作為評價指標(biāo)更為科學(xué)。

⑵抗?jié)B性能：兩者技術(shù)指標(biāo)要求存在差異原因在于T/CBMF 37-2018/T/CCPA 7-2018 標(biāo)準(zhǔn)是利用Nernst-E instein 方程，由飽鹽試件電導(dǎo)率計(jì)算氯離子擴(kuò)散系數(shù)。T/CECS 10107-2020 以GB/T 50082 快速氯離子遷移系數(shù)法為藍(lán)本進(jìn)行了適當(dāng)修改，基本上等同采用普通混凝土測試方法。

⑶測試方法的全面性：T/CBMF 37-2018/T/CCPA 7-2018 僅給出了UHPC 基本性能相關(guān)的試驗(yàn)方法。而T/CECS 864-2021 借鑒了現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50080、GB/T 50081、GB/T 50082 中的相關(guān)試驗(yàn)方法，針對UHPC性能特點(diǎn)給出了UHPC 較為關(guān)注或常用到的拌合物性能、物理力學(xué)性能、長期性能及耐久性能指標(biāo)的試驗(yàn)方法，既保持了混凝土試驗(yàn)方法的連貫性，注重與現(xiàn)行國標(biāo)、行標(biāo)的協(xié)調(diào)性，也考慮了UHPC 的材料特征。

⑷收縮性：與普通混凝土和HPC 相似，人們在應(yīng)用過程較為關(guān)注UHPC 收縮性指標(biāo)，UHPC 收縮主要有自收縮和干燥收縮，自收縮占總收縮比例較大，干燥收縮則較小[8]，這點(diǎn)從T/CECS 10107-2020 對收縮性能的技術(shù)要求可看出，自然養(yǎng)護(hù)類干燥收縮≤300×10-6、熱養(yǎng)護(hù)類干燥收縮≤100×10-6，自然養(yǎng)護(hù)類要求早齡期自收縮≤1000×10-6，是干燥收縮的3.3 倍。

2 UHPC 標(biāo)準(zhǔn)體系的幾點(diǎn)討論

2.1 UHPC 制備

作為首批UHPC 技術(shù)規(guī)范，CECS 標(biāo)準(zhǔn)體系主要基于傳統(tǒng)混凝土編制形成，CBMF/CCPA 標(biāo)準(zhǔn)著重考慮了預(yù)混料及預(yù)制品的技術(shù)性能。整體而言，標(biāo)準(zhǔn)體系發(fā)展滯后于生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用，還有很多可完善的方面，如UHPC 的骨料、超細(xì)粉、纖維等原材料需要經(jīng)過“精挑細(xì)選”，配合比成分比普通混凝土多且復(fù)雜，如何進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)既能發(fā)揮各組分的性能特征又能符合經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化，尤其是將成本最高的纖維性能最大化。

2.2 UHPC 構(gòu)件結(jié)構(gòu)驗(yàn)收

目前雖有部分文獻(xiàn)報(bào)道了UHPC 在橋梁工程的足尺試驗(yàn)研究，但涉及超高層建筑、異形結(jié)構(gòu)建筑、輕型化結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究報(bào)道還很少。另外，關(guān)于試驗(yàn)室測試及實(shí)體結(jié)構(gòu)取樣檢測對比試驗(yàn)研究至關(guān)重要。試驗(yàn)室研究與工程應(yīng)用實(shí)踐尚未全面掛鉤，尚未系統(tǒng)性開展“試驗(yàn)室試驗(yàn)”、“結(jié)構(gòu)實(shí)體上取樣試驗(yàn)”、“結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)”的關(guān)聯(lián)性研究。國外的實(shí)踐表明[9]，在UHPC 建筑結(jié)構(gòu)工業(yè)化應(yīng)用前進(jìn)行“合適性試驗(yàn)”是必要且有益的，還未經(jīng)過全面性能驗(yàn)證的預(yù)混料和制品需要進(jìn)行耐久性及結(jié)構(gòu)性能驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)UHPC 工業(yè)化前還要更多的研究工作。

2.3 UHPC 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)性

新材料配套標(biāo)準(zhǔn)對其推廣應(yīng)用至關(guān)重要。除《活性粉末混凝土》為國標(biāo)外，余下標(biāo)準(zhǔn)均為近期發(fā)布的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，尚未形成完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，成為UHPC 在中國推廣應(yīng)用的主要阻力之一。近3 年，各類團(tuán)體協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)在UHPC 產(chǎn)品及應(yīng)用領(lǐng)域的制定在不斷推進(jìn)，將成為未來UHPC 應(yīng)用實(shí)踐的重要保證。目前，正在開展制定工作的UHPC 標(biāo)準(zhǔn)接近20 部，不同團(tuán)體協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)制定尚未形成合力，呈現(xiàn)“百花爭鳴，百花齊放”態(tài)勢，對UHPC 應(yīng)用實(shí)踐是否利好，目前難以斷言，值得期待。

3 未來研究方向

結(jié)合UHPC的技術(shù)特征及應(yīng)用場景，從滿足工程應(yīng)用的角度出發(fā)，健立全生命周期和結(jié)構(gòu)功能化需求可作為UHPC 標(biāo)準(zhǔn)體系的未來研究方向。

⑴建議建立覆蓋設(shè)計(jì)、制備、運(yùn)輸、施工、安裝、質(zhì)量驗(yàn)收、檢測、認(rèn)證與評價的標(biāo)準(zhǔn)體系。UHPC 的超高耐久性是其得到推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)，但因成本遠(yuǎn)高于普通混凝土，限制其不能作為普遍適用的工程材料用于現(xiàn)代工程中。應(yīng)基于UHPC 材料特征，考慮延長構(gòu)筑物服役壽命，從生命全周期視角評價UHPC 構(gòu)筑物“從搖籃到墳?zāi)埂睂Νh(huán)境的影響及單位成本，促進(jìn)UHPC 構(gòu)筑物健康可持續(xù)發(fā)展。

⑵現(xiàn)階段，我國鼓勵社會團(tuán)體編制標(biāo)準(zhǔn)，編制單位多而雜、各層級機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)性、互補(bǔ)性較差，導(dǎo)致目前UHPC 標(biāo)準(zhǔn)體系呈現(xiàn)多而散的特點(diǎn)，難以科學(xué)指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。從結(jié)構(gòu)功能化角度來看，UHPC 將繼續(xù)在橋梁工程、電廠、市政工程等領(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)勢，陸續(xù)應(yīng)用在超高層建筑、建筑外立面、樓梯、陽臺、飄窗、創(chuàng)意場景等工程中，因此針對不同應(yīng)用場景應(yīng)盡早把工程應(yīng)用研究成果轉(zhuǎn)化為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

4 結(jié)語

UHPC 制備應(yīng)用技術(shù)經(jīng)過20 余年的研究，憑借其優(yōu)異的力學(xué)性能、韌性、耐久性和體積穩(wěn)定性，應(yīng)用在各種大跨徑橋梁、高速鐵路、核電站、地下空間、海上平臺等大型工程項(xiàng)目中。國內(nèi)UHPC 工業(yè)化應(yīng)用及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范尚處于起步階段，現(xiàn)有的UHPC 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)無法支撐UHPC 結(jié)構(gòu)建筑生產(chǎn)體系及產(chǎn)業(yè)鏈運(yùn)作，后期還需在深入研究的基礎(chǔ)上編制系統(tǒng)、科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)體系。可以預(yù)期，隨著系統(tǒng)研究的深入、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系的建立完善，UHPC 預(yù)混料、UHPC 預(yù)制品將在超高層建筑、橋梁工程、超輕結(jié)構(gòu)、高耐久耐用結(jié)構(gòu)、加固改造工程及各類創(chuàng)意場景中發(fā)揮越來越重要的作用。