2024年7月2日发(作者：三间平房装修设计图大全)
施工
技术
超高性能混凝土（UHPC）材料施工质量控制
Construction Quality Control of Ultra High Performance Concrete (UHPC) Material
杨雪
（上海住总工程材料有限公司，上海 200333）
摘 要：超高性能混凝土（UHPC）是水泥基材料研究、应用、创新、发展最具活力的领域，近几
年工程应用呈快速增长趋势，其质量好坏将直接影响质量是工程结构服役性能，本从影响UHPC
的原材料因素、生产过程、施工工艺以及养护等各方面探讨其质量控制方法，可为类似工程建设提
供借鉴。
关键词：UHPC；质量控制
中图分类号：U444
文献标志码：B
1 简 述
混凝土是一种以水泥为主要胶结材料，结合各种集料、
外加剂等而制造形成 的价廉物美的建筑材料。与普通混凝
土相比，超高性能混凝土（UHPC）具有S受力性能好、
抗压强度高、优异的韧性及耐久性等诸多优点。UHPC需
要经过原材料的选择、制备生产、浇注施工以及养护等多个
环节后才能具有一定的工程性能并承担其设计服役功能。
UHPC质量是工程结构服役性能的重要保证。因此，从影
响混凝土质量的各方面因素对UHPC生产质量进行有效控
制具有重要意义。本文针对UHPC的特点，从影响UHPC
的原材料因素、生产过程、施工工艺以及养护等各方面讨论
UHPC的生产、施工过程及其质量控制。
众所周知，实际生产获得的混凝土性质并不是完全均
匀、一致的，这种非均匀性主要与以下因素有关：
（1) 组成材料的性质。UHPC的组成材料比普通混凝
土复杂，对原材料的敏感性要高于普通混凝土。
（2) 施工工艺。混凝土的配料、拌合、运输、浇灌和
养护所采用的方法，对UHPC性能也会造成较大影响。例如，
投料顺序错误、拌合不均匀、振捣不密实、养护不充分等问
题都会对UHPC的质量有不同程度的影响。
（3) 试验条件。包括试件的制作、养护等都会给混凝
土性能带来一定的影响。
显然，混凝土质量(性能)的不均匀性是客观存在的。
混凝土的质量波动，也可以从混凝土的抗压强度的波动中反
映出来。例如，在工地从同批混凝土中取 样制出一批试件，
在标准条件下养护至28d后，所测得各试件抗压强度值不会
是 完全一样的，相应测试值波动的大小，既与混凝土所用
的原材料性质及生产施工 过程的稳定性有关，又与试块的
制作和试验条件控制的好坏有关。
为使混凝土的质量波动控制在某一合理的水平，工程
技术人员在长期的生产、 施工实践中形成了控制混凝土质
量的一些方法，对于UHPC这种新型材料的工程应用更加
重视其生产质量的控制。下图1给出了 UHPC在生产、施
工过程中的 质量控制方法的简略示意图，从中可以看到，
为了保证UHPC的质量，在实际生产实践中需要对各个可
能影响UHPC性质的因素进行把关。另外，为掌握实际生
产实践中UHPC质量控制的水平，有时也引入数理统计的
方法对混凝土质 量控制过程进行定量评估分析。该方法一
般通过提取某一反映UHPC质量的关键参数（如工作性和
强度），通过测试相似生产、施工条件下某一连续时间内
UHPC试样的性能值来了解UHPC的质量控制水平。实践
证明，用统计特征值来反映混凝土质量的变异程度，并由此
来评定结构或构件中的混凝土质量是否能够 满足设计要求，
是一个比较合理而有效的方法(见图1）。
2 原材料品质要求
原材料的质量好坏直接影响混凝土的质量，对材料的
严格筛选和检验至关重 要。无论是现场拌制还是商品混凝
土站预拌的混凝土，原材料进厂后都应建立原 材料进货台
账，其内容应包括：材料名称、品种、规格、数量、生产单
位、供货 单位、进货日期、产品标号等内容。按照有关规范、
规程、标准的要求，对所有 使用的原材料按不同规格、批次、
及批量进行复验。原材不合格的不得用于生产。 对于原材
料的取样工作必须严格按照样品取样之管理规定去做。
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图1 UHPC质量控制系统示意图
UHPC的主要组成材料包括：胶凝材料、骨料、拌合水、
外加剂和钢纤维等。UHPC所用原材料与普通混凝土的原
材料基本相同，在符合相关标准的原材料的 基础上有一些
特殊的要求。此外，实践表明，由于UHPC拌合物是通过
紧密堆 积设计而成，使得其对原材料性质的波动较为敏感。
因此，整个UHPC生产过 程中保持原材料的一致性、连续
性显得非常重要。
为了使得制备出的UHPC材料达到相应的性能要
求,UHPC使用的原材料除了应该满足国家相关规范、技术
标准要求外，还必须符合以下要求：
（1）胶凝材料
胶凝材料的组成将会直接影响UHPC浆体的初始堆积
密实程度和水化反应，进而影响到 UHPC的性能发展、体
积稳定性和耐久性。正是基于上述的影响和设计理论，在原
材料选择时选用相邻两级平均粒径差较大，但同级内级配连
续的粉末材料，利用堆积模型对组分比例进行优化，使颗粒
混合料体系达到最密实的堆积状态。因此，在UHPC中除
了采用水泥和硅灰外，还通常粉煤灰、矿渣、石英粉和偏高
岭土等材料。
水泥应水泥品质稳定、强度等级不低于42.5低碱硅酸
盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥。水泥的熟料相中硅酸二钙和
硅酸三钙含量高可以明显改善UHPC的强度，铁铝酸四钙
对UHPC的性能无有利影响，故而建议不含该熟料相最佳，
铝酸三钙含量控制在9%左右最为适合。
粉煤灰检验项目根据其等级包括细度、需水量、烧失量、
含水量、三氧化硫、安定性等，对于外观质量要求较高时应
控制粉煤灰中碳质杂质的含量。磨细矿粉的检验项目包括密
度、比表面积、活性指数、含水量、烧失量、玻璃体含量等
项目，宜采用S95及以上等级高炉矿渣；偏高岭土应选区具
有较高活性的产品；胶凝材料应按品种、级别分别储存，并
应有明显标识；严禁与水泥等其他粉料混杂。
（2）骨料
UHPC对骨料有严格的要求，除了应满足国家相关规
范、技术标准的要求外，还应满足其质地坚硬，不宜含有轻
物质或是云母等杂质，故而优先选用石英砂。选用不同级配
的石英砂进行复配。对于强度等级低于120MPa的UHPC
可以选用级配二区的中砂，沙中公称粒径大于5mm的颗粒
含量应小于1%。
（3）外加剂
UHPC其水胶比极低，且含有大量超细粉体，为了使
得UHPC具有良好的工作性和力学性能，需要掺入高效减
水剂和消泡剂，不得使用会导致钢筋或钢纤维锈蚀的外加剂。
减水剂分子吸附在水泥颗粒表面产生静电斥力作用、解絮作
用、空间位阻作用以及润滑作用效应，达到改善工作性能的
目的。消泡剂主要是降低拌合物中裹入气泡的含量，提高拌
合物的密实度，进而对力学性能有所改善。此外，可以根据
实际工程的需求改变减水剂的组成，来调节其工作性的经时
损失和凝结硬化的时间。
（4）钢纤维
钢纤维对UHPC材料的抗拉强度和韧性具有极为显著
的影响。主要应从UHPC的工作性以及力学性能两方面来
优选钢纤维的种类和掺量。一般而言，UHPC采用的钢纤
维长度应不大于15mm，长径比不宜小于50,纤维抗拉强度
不宜小于1500MPa,其它性能应满足JG3064-1999中的要
求。
3 UHPC材料生产过程控制
由于生产环节对超高性能混凝土质量影响环节比较多，
任何一个环节产生偏差，都会对超高性能混凝土的质量留下
隐患，造成重大损失。因此，生产过程是制备合格UHPC
的重要一环，其涉及到原材料性质的均一性和稳定性、配合
比计量的准确性、投料程序的正确性和搅拌分散过程的均匀
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性等问题。
3.1 原材料的储存与分散均匀性
与普通混凝土相比,UHPC在原材料储存、批次处理
上并不需要太大的改变，遵从与普通混凝土相同的材料储存
方法，保持原材料储存后性质的稳定性即能保 证正常可靠
的生产。不同的是，UHPC通常采用的原材料组份较多，
如包括多种粉体材料、多种化学外加剂等，因而需要更多的
原材料储存设备，并且应做好对应的标示，防止不同材料之
间的混杂。另外，为使这么多组份在拌合时能够分散均匀，
搅拌系统的搅拌效率有必要进行合适的改进。这主要是因为，
相对于较少组份的混合料，多组份存在的混合料在搅拌过程
中更加难以搅拌、分散均匀，故需要更加有效的拌合、分散
系统。
原材料性质的稳定性是进行大规模工业化连续生产的
前提条件。一般而言，对于水泥及其他矿物粉体、化学外加
剂等原材料都储存在室内，而且在其生产过程中经过了严格
的质量检验，其性质在储存期内基本可保持稳定。
如前所述，UHPC拌合物性能对原材料性质的波动较
为敏感，并且UHPC的水胶比极低，骨料的含水量将会显
著影响UHPC的性能，当含水量过高时将给UHPC的正常
生产带来极大的困难。因此，骨料也应全部做到储存在室内
干燥的环境下。
3.2 投料和拌合系统的要求
拌合系统是UHPC生产的关键设备，拌合系统的性能
不仅影响生产效率，也影响UHPC的生产质量。搅拌系统
对新拌混凝土性能的影响涉及到多方面的因素，如搅拌系统
类型、每次搅拌的数量（与搅拌器的容量比）、搅拌时间、
原材料的添加顺序等等都可能影响拌合物的质量，这些因素
主要是影响混凝土拌合物的均匀性。针对UHPC组成及材
料的特点，应采取强制式搅拌系统，每次搅拌的拌合物数量
占搅拌器容量的1/3-2/3时更有利于拌合物均匀。相比于
混凝土而言,UHPC的搅拌设备应具有较快的搅拌速率和搅
拌功率。进行UHPC生产时,宜采用相对于普通混凝土更
长的拌合时间。这是由于UHPC中的超细粉体和减水剂含
量极高，其搅拌均匀所需要的时间显著增加。投料顺序为先
加入骨料后在加入全部粉体，在干燥状态下搅拌均匀后加入
全部的水和减水剂，待搅拌成均匀浆体后再加入纤维。采用
首先添加骨料的投料方式能够增加搅拌效率，减少粉体粘结
在搅拌器壁上；强制式搅拌器通过内部叶片转动，与原材料
发生较好的剪切作用，因而搅拌效率提高，缩短搅拌时间。
先加入纤维将会使得UHPC拌合物中出现搅拌不均匀而产
生结块的现象，如图2所示，这种结块内部为未分散均匀的
半干半湿粉料，外部为润湿的浆体，钢纤维穿插于整个结块
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图2 纤维与未搅开浆体成团现象
形成骨架。当采用后加入纤维的方式，能够提高纤维的分散
均匀性，结块现象将会消失。纤维的加入会增加拌和物内部
屈服应力，当拌合物搅拌均匀后，拌合物内部屈服应力将达
到最低，此时再加入纤维相比于先加入纤维而言，可以有效
降低对搅拌设备的最大功率的需求。
3.3 UHPC材料制备质量控制要求
通常的混凝土拌合过程是由机械完成的，一旦人工设
置好了，机器就会按照相应的程序完成搅拌过程。然而，由
于各种因素的影响，如气候的变化，含水量的变化或是原材
料性质的变化等等，有可能导致搅拌后的混凝土拌合物并不
总是满足要求，而需要人工进行适当调整。因此，为了获得
特定性能的混凝土，应适时检验和调整搅拌系统相应的操作
参数（包括搅拌时间以及投料顺序），而对于UHPC的生产，
应首先进行必要的试拌和模拟生产，而且在实际生产时应选
用熟练的技术人员控制生产过程。
一般而言，UHPC生产质量控制的要求包括以下方面：
应建立UHPC拌合物生产质量控制的检验方法，特别
是在开始生产时，应严格进行拌合物的性能检测，以保持拌
合物的均匀性。就目前阶段而言，仍然可采用传统坍落度筒
方法，在UHPC生产工厂和浇注现场进行UHPC拌合物坍
落扩展度的测试，这是生产均匀性检验的一个重要指标。除
此之外，本项目针对实际工程应用提出了更为有效的拌合物
工作性检测方法，需要在UHPC拌合物浇注前通过该方法
进行拌合物的质量检测，从而更好地控制施工质量。
在生产过程，必须对含水量易发生变化的原材料，如
骨料的含水量进行严格的监控，这主要是由于单方用水量的
变化显著影响UHPC拌合物的性能。实际生产实践表明，
对于普通混凝土而言，当用水量在10l/m
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的范围内变化并
不会显著影响混凝土的性能，因而实际用水量在该范围内变
化是可以接受的；而对于 UHPC而言，单方用水量允许的
波动范围则小得多，单方用水量波动不应超过用水量的1%。
为了保证所生产UHPC性能的一致性，除应保持原材
料性质的稳定性外， 还应该严格遵守一贯的程序进行操作。
若确实需要调整时，应查找相应的原因， 以便保证后续混
凝土的生产质量。
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4 浇注过程质量控制
从以下几个方面着手控制：浇筑前钢筋安装质量控制、
UHPC材料运输要求和浇筑质量控制。
4.1 钢筋安装质量控制
钢筋安装质量控制主要内容包括以下几点：
（1）钢筋安装时，受力钢筋的牌号、规格和数量必须
符合设计要求，全数检查。
（2）受力钢筋的安装位置、锚固方式应符合设计要求，
全数检查。
4.2 UHPC材料运输要求
（1）运输过程中应保证拌合物的均匀，不发生离析现
象；
（2）严禁向搅拌罐内 的UHPC加水；
（3）拌合物从搅拌机装入搅拌运输车至卸料时的时间
不宜超过 90min；
（4）拌合物的运输应保证浇注的连续性。
4.3 浇筑质量控制
每次浇捣超高性能混凝土，必须对进场的超高性能混
凝土进行工作性检测， 如实际检测的超高性能混凝土工作
性数据与级配单偏差较大时，应及时与混凝土搅拌站联系，
要求进行混凝土工作性能调整。
技术
超过15C每小时的速率 降温至构件表面温度与环境温度之
差不大于20C的温度范围，随后将进行后续 的标准养护。
6 小 结
UHPC的性能不仅与原材料配比组成密切相关，而且
也受原材料的性质波动、计量的准确性、投料顺序、搅拌工
艺、运输以及环境温湿度条件的显著影响。
（1）为了保证UHPC的性能其对原材料品质有更高
的要求。UHPC所用的原材料较普通混凝土更为复杂多变，
对其部分原材料具有一定的特殊要求。UHPC对原材料的
敏感性更高，原材料的波动性对UHPC拌合物性能带来的
影响 要大于因素本身的变异性。因此，需要对原材料的品
质稳定性和骨料的含水量等问题进行严格控制。
（2）生产过程是制备合格UHPC的重要一环，需要
对配合比计量的准确性、投料程序的正确性和搅拌分散过程
的均匀性等方面进行严格控制，实时对拌合物工作性进行检
测，确保整个生产过程中UHPC质量的均匀性。拌合系统
是UHPC生产的关键设备，拌合系统的性能不仅影响生产
效率，也影响UHPC的生产质量。UHPC生产中应选择具
有较快的搅拌速率和较大搅拌功率的强制式搅拌设备。
（3）UHPC的养护条件对其性能的发展有着极为重要
的作用。相比于普通混凝土，UHPC早期凝结和硬化阶段
5 施工后质量控制
良好的养护对于确保混凝土的水化、内部微观结构的
形成及其性能的发展极为重要。UHPC的胶凝材料用量
大，水胶比极低，这使得其初始的结构极为致密, 这对减
少UHPC在早期凝结和硬化阶段的水分损失是有利的。
UHPC由于其水胶比极低，水分损失量占体系用水量的
比例可能会高于普通混凝土，这将使得早期水分的损失对
UHPC的水化和性能有着更为显著的影响。因此，成型浇
注完成 后应及时的覆盖防止水分损失。特别是当UHPC
的浇注施工处于温度较高的炎 热夏天条件时，过高的温
度、较低的湿度都将促进UHPC拌合物中水分的蒸发, 对
UHPC性能发展不利，在该种情况下UHPC出现塑性开裂
的风险将会提高，此时应该进行人工加湿处理，并对覆盖程
序进行相应的调整。
UHPC应在同条件养护试件的抗压强度达到20MPa后
方可以进行拆模。冬季施工时，应采取保温措施。拆模后，
应立即进行保湿养护，养护时间不应少于7d。
针对热养护的UHPC，其养护阶段分为静停期、升温期、
恒温期、降温期和 后续标准养护。UHPC的静停期一般控
制在24h左右，对于早期水化发展较慢的体系可以根据实
际情况可适当延长静停期。升温速度不应大于12℃每小时，
一般需要升温至70C，恒温大致48小时以上，然后再以不
的水分损失对性能有着更为显著的影响，因此，UHPC浇
注成型后的加湿和覆盖养护及其重要。由于UHPC的胶凝
组成和外加剂较为复杂多变，使得其水化特性差异较大，进
而影响到其强度发展，其拆模时间需要根据实际情况而进行
相应的调整。实际生产中UHPC的养护制度一般分为标准
养护和热养护两种，在养护过程中需要严格遵循相应的养护
制度，从而保证UHPC达到相应的性能指标。
参考文献
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收稿日期：
2022-11-23
作者简介：
杨雪，学士，工程师，主要从事材料研究及质量
控制工作。
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