自1992年大学毕业进入中铁大桥局工作，参与了十多个大桥的建设，与混凝土打了一辈子交道，配制和生产过建造桥梁需要的各种混凝土，但直到近一、两年才学习和了解了UHPC。对UHPC所具备的优良性能非常感兴趣，一直希望有机会实践一下，就报名参加了“全国UHPC设计定制大赛”，亲手制作UHPC弹性球，检验和体验UHPC的性能。

01、UHPC材料

从竞赛规则及条件分析，欲使质量3.5公斤UHPC弹性球从2米高度自由下落，撞击钢板后回弹高度达70厘米，估算冲击力将达到380公斤左右，球体着地部位瞬间受压150兆帕左右右，同时承受很高的弯拉应力。保证UHPC球良好的抗冲击性能，需要UHPC材料具备很高韧性、抗压和抗拉强度。我们配制UHPC的性能目标：抗压强度等级不低于UC150，抗拉强度等级不低于UT10（标准T/CBMF 37/T/CCPA 7-2018《超高性能混凝土基本性能与试验方法》的UHPC性能等级）。采用混合钢纤维增强增韧，总体积掺量为3%。其中，短纤维长13mm，直径0.18一0.20mm，体积掺量2%；长纤维长20毫米，直径也是0.18一0.20mm，体积掺量1%。希望掺入更多纤维，但所使用的小搅拌机有点难搅拌开。

02、UHPC弹性球设计

将UHPC弹性球制作成空心轻质球体，设计目标：球体表观密度控制在0.80一0.85g/cm3，空心球壁厚10mm左右。为能够成型这样薄壁的结构并保障成型质量，采用预制两个空心半球再用湿接缝连接成整球的方式制作。亦可以此检验UHPC的粘结与湿接缝性能。

03、UHPC弹性球制作方法

模具：外膜采用直径220mm、长110mm圆钢，加工成直径200mm、深90mm圆碗状模具；内膜采用直径180毫米充气皮球（见图1）。

图1  钢外模和充气皮球内模

半球成型：精准定位控制内、外模形成壁厚10mm半球；按预混料配比加水拌制UHPC，坍落度在75mm左右，手工插捣密实，成型空心半球；然后，沿半球环向顶口每隔15mm植入直径1.0mm钢丝，植入深度20mm，外露15mm，作为湿接缝连接筋（见图2）。

图2  两个半球之间的湿接缝

养护与球体拼接：常温养护36小时后拆模，打磨两个空心半球顶口，除去表面浮渣；用直径180mm充气皮球作为定位装置及内芯，将两个半球拼接到位固定（见图2）；湿接缝宽度为20mm，用与球体材质一致的UHPC拌合物手工浇注，厚度略高于球面1~3mm。然后，在25℃水中养护10天，取出打磨湿接缝至与球面平顺（见图3），再在72℃恒温水箱中养护6天。风干后，称重及标识，制作完成了UHPC弹性球。

图3  湿接缝处打磨平整

04、制作UHPC弹性球与参赛的体会

分两个半球成型、然后用湿接缝连接制作空心球的尝试是比较成功的。采用这种方法，可以成型薄壁空心球，实现了设计的轻质目标（球表观密度0.80一0.85g/cm³），实际制作的UHPC球重量在3.5kg左右。其次，这种成型方法纤维分布的均匀性相对容易得到保证。但是，这样薄壁UHPC空心球，对于弹高是不是最佳，还是一个疑问。

将充气皮球用作内模，不是一个好的选择，使空心球壁厚不易控制精准，可能影响了球的匀质性。皮球对弹高似乎也没有多少帮助。我们自己测试的回弹高度（见图4）高于比赛结果，原因应该是成型质量的差异。

图5  弹后球的状态

实际比赛的结果我们只弹起37cm，没有达到设想的高度，从回弹测试后的球体的着地部位观察到了放射状微裂纹，也说明我们的制作成型质量不稳定、UHPC基体材料强度不足等（见图5）。按设计定制的要求制作出一个自己满意的产品，整个过程比预想的艰难很多，但亲身体验了UHPC材料，是非常有意思的过程。对于改进UHPC弹性球的性能，现在已经有了新的想法，试制成功的话，下届比赛后再与大家分享经验、教训和体会。