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2020年9月3日，一條關(guān)于中國混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)舉辦首屆全國UHPC設(shè)計(jì)定制大賽的通知在混凝土行業(yè)內(nèi)激起不小的漣漪。此次比賽要求參賽隊(duì)伍按規(guī)定的尺寸與重量設(shè)計(jì)定制UHPC彈性球，在大賽現(xiàn)場進(jìn)行“彈性”和“輕質(zhì)高強(qiáng)”性能測(cè)試。競賽內(nèi)容包括彈性球設(shè)計(jì)定制陳述與球體外觀檢驗(yàn)、球體合規(guī)性（實(shí)物尺寸和重量）測(cè)量、彈性測(cè)試與損傷檢驗(yàn)三個(gè)方面。大賽旨在考察參賽隊(duì)伍的UHPC材料設(shè)計(jì)制備能力、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力、成型工藝和團(tuán)隊(duì)合作能力，同時(shí)寓教于樂，使競賽具有趣味性和觀賞性，堪稱超高性能混凝土行業(yè)的一次“大練兵”。

團(tuán)隊(duì)合照

西部建設(shè)研究院“超韌-UHPC團(tuán)隊(duì)”成員在得知這一消息后，瞬間被此次比賽的技術(shù)難度和趣味性所吸引。在短暫的商討后，研究院就確定組建了以UHPC團(tuán)隊(duì)為核心的參賽隊(duì)伍。由于此次比賽的內(nèi)容不僅涉及材料的性能，還考驗(yàn)球體的構(gòu)造、美觀程度、成型工藝以及模具制造等一系列關(guān)鍵技術(shù)。因此，這支包含了材料專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)和機(jī)械制造專業(yè)成員的隊(duì)伍應(yīng)運(yùn)而生。

團(tuán)隊(duì)面臨的首要任務(wù)，是要從UHPC球體材料性能的調(diào)控、球體構(gòu)造、成型工藝的選擇以及模具的制作等多個(gè)方面進(jìn)行全面的分析，從這幾個(gè)方向同時(shí)出擊，尋找制作出輕質(zhì)高強(qiáng)高彈的UHPC球的關(guān)鍵因素。

針對(duì)材料，團(tuán)隊(duì)確定了采用更高強(qiáng)度的UHPC來制備，從而保證較高彈起高度的方案；針對(duì)球體構(gòu)造，團(tuán)隊(duì)成員一致選擇了空心構(gòu)造，比賽規(guī)則中規(guī)定了球體的最大重量，結(jié)合理論計(jì)算，在保證球體重量限制的前提下，若采用空心構(gòu)造體系，則殼體厚度必須控制在2.5cm以內(nèi)；針對(duì)成型工藝，結(jié)合研究院現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)，采用灌漿工藝最佳，需結(jié)合UHPC團(tuán)隊(duì)現(xiàn)階段的灌漿工藝和定制研發(fā)的UHPC外加劑來實(shí)現(xiàn)；針對(duì)球體成型模具，為了保證球體的尺寸精度，只有采用鋼模一次性成型才能達(dá)到最佳的效果。

“兵分三路”，咱們?cè)缛漳孟滤?/span>

在確定了以上技術(shù)思路后，團(tuán)隊(duì)成員分別從材料、模具和理論計(jì)算三個(gè)方向出發(fā)進(jìn)行UHPC球技術(shù)的全面攻克。經(jīng)過了半個(gè)多月的理論分析和材料試驗(yàn)后，第1批UHPC球終于制備完成。試驗(yàn)當(dāng)天，大家飽含信心的期待彈起高度，但事與愿違，UHPC球僅僅彈起了10cm左右，而且球體出現(xiàn)了明顯的破損。

經(jīng)過失敗經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將思路確定為繼續(xù)提高UHPC材料的強(qiáng)度和增加UHPC材料的抗裂性能。采用此方案，團(tuán)隊(duì)陸陸續(xù)續(xù)進(jìn)行了大量的球體試驗(yàn)，但均以失敗告終：提高球的強(qiáng)度，脆性會(huì)增加，抗裂抗沖擊性能就會(huì)降低；抗裂抗沖擊性能提升的同時(shí)，成型工藝又成為瓶頸。反復(fù)試驗(yàn)，總是很難找到那一個(gè)平衡點(diǎn)。

開裂的UHPC球

距離比賽越來越近，團(tuán)隊(duì)成員壓力也日益劇增，因?yàn)檫t遲找不出優(yōu)化方案的團(tuán)隊(duì)氛圍逐漸變得焦躁。但功夫不負(fù)有心人，經(jīng)過反復(fù)琢磨，團(tuán)隊(duì)終于在理論分析和前期的大量試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致UHPC球性能矛盾的關(guān)鍵因素：在早期的試驗(yàn)中，一直采用的是塑料內(nèi)模和泡沫內(nèi)模來支撐殼體實(shí)現(xiàn)空心結(jié)構(gòu)，當(dāng)球體撞擊地面瞬間，內(nèi)模無法支撐殼體，導(dǎo)致嚴(yán)重開裂，僅僅依靠UHPC材料本身還不足以實(shí)現(xiàn)抗裂性能的提升。

“球體內(nèi)模發(fā)揮著關(guān)鍵的作用！”

團(tuán)隊(duì)成員終于找到了突破口！決定UHPC球彈性性能的關(guān)鍵不僅在于研發(fā)和制備超高彈模、超高強(qiáng)度和超高抗裂性能的UHPC材料，還需要保證球體落地的瞬間，球體內(nèi)模能夠施加一個(gè)反支撐作用，才能保證UHPC球彈起后不開裂。因此，將空心不銹鋼球體作為UHPC球的內(nèi)模是最優(yōu)的選擇。

4個(gè)晝夜的加急趕制，1批全新的UHPC球被制作出來，彈起高度也不負(fù)眾望，達(dá)到了前所未有的50cm的高度，試驗(yàn)結(jié)果與理論分析十分吻合。辛苦了一個(gè)月的團(tuán)隊(duì)終于看到了勝利的曙光，但成員們也深知，這個(gè)高度距離取得好成績還有很長的一段距離。

回彈高度變化

在接下來的一個(gè)月中，團(tuán)隊(duì)成員將重點(diǎn)放在提升UHPC材料強(qiáng)度和抗裂性能之上，最終采用了超微細(xì)鋼纖維進(jìn)行抗裂性能提升和超細(xì)砂分散超微細(xì)鋼纖維的方案，制備出強(qiáng)度200MPa的高抗裂UHPC材料，并取得了70cm彈起高度的試驗(yàn)成績。這個(gè)高度已經(jīng)達(dá)到了團(tuán)隊(duì)成員的預(yù)期，也讓團(tuán)隊(duì)成員們有了更足的參賽底氣。

12月4日，兩顆性能表現(xiàn)最佳的UHPC彈性球隨隊(duì)員們抵達(dá)南京，登上了首屆全國UHPC設(shè)計(jì)大賽的舞臺(tái)。兩顆球在進(jìn)行賽前抗摔試測(cè)時(shí)并未出現(xiàn)肉眼可見的裂縫，但團(tuán)隊(duì)成員還是將其放入蒸養(yǎng)箱中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，持續(xù)提高強(qiáng)度的同時(shí)又能自愈合第一次摔落后產(chǎn)生的微細(xì)裂縫，這種強(qiáng)大的材料自愈合能力足以保證UHPC球在比賽時(shí)依舊能保持最佳狀態(tài)。

最終，經(jīng)過緊張激烈的角逐，研究院的UHPC球取得了彈起高度74cm且基本不開裂的好成績，一舉奪得冠軍。這是對(duì)團(tuán)隊(duì)3個(gè)月來工作的認(rèn)可，也是對(duì)研究院科研人員付出辛勞的肯定。

獲獎(jiǎng)?wù)掌?/strong>

3個(gè)月，近90顆球，1個(gè)冠軍，這支代表中建西部建設(shè)建材科學(xué)研究院出征的隊(duì)伍在此次大賽中表現(xiàn)出的獨(dú)特的氣質(zhì)是中建西部建設(shè)建材科學(xué)研究院集體智慧的集中體現(xiàn)，也充分展現(xiàn)了中建西部建設(shè)建材科學(xué)研究院在UHPC預(yù)混料和外加劑方面扎實(shí)的研發(fā)積累及出色的研發(fā)水平！