2020年9月3日，一條關(guān)于中國混凝土與水泥制品協(xié)會舉辦首屆全國UHPC設(shè)計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伍按規(guī)定的尺寸與重量設(shè)計定制UHPC彈性球，在大賽現(xiàn)場進行“彈性”和“輕質(zhì)高強”性能測試。競賽內(nèi)容包括彈性球設(shè)計定制陳述與球體外觀檢驗、球體合規(guī)性（實物尺寸和重量）測量、彈性測試與損傷檢驗三個方面。大賽旨在考察參賽隊伍的UHPC材料設(shè)計制備能力、結(jié)構(gòu)設(shè)計能力、成型工藝和團隊合作能力，同時寓教于樂，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”。

團隊合照

西部建設(shè)研究院“超韌-UHPC團隊”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團隊為核心的參賽隊伍。由于此次比賽的內(nèi)容不僅涉及材料的性能，還考驗球體的構(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)和機械制造專業(yè)成員的隊伍應(yīng)運而生。

團隊面臨的首要任務(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方面進行全面的分析，從這幾個方向同時出擊，尋找制作出輕質(zhì)高強高彈的UHPC球的關(guān)鍵因素。

針對材料，團隊確定了采用更高強度的UHPC來制備，從而保證較高彈起高度的方案；針對球體構(gòu)造，團隊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團隊現(xiàn)階段的灌漿工藝和定制研發(fā)的UHPC外加劑來實現(xiàn)；針對球體成型模具，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到最佳的效果。

“兵分三路”，咱們早日拿下他！

在確定了以上技術(shù)思路后，團隊成員分別從材料、模具和理論計算三個方向出發(fā)進行UHPC球技術(shù)的全面攻克。經(jīng)過了半個多月的理論分析和材料試驗后，第1批UHPC球終于制備完成。試驗當天，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)驗總結(jié)，團隊進一步將思路確定為繼續(xù)提高UHPC材料的強度和增加UHPC材料的抗裂性能。采用此方案，團隊陸陸續(xù)續(xù)進行了大量的球體試驗，但均以失敗告終：提高球的強度，脆性會增加，抗裂抗沖擊性能就會降低；抗裂抗沖擊性能提升的同時，成型工藝又成為瓶頸。反復(fù)試驗，總是很難找到那一個平衡點。

開裂的UHPC球

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

“球體內(nèi)模發(fā)揮著關(guān)鍵的作用！”

團隊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，彈起高度也不負眾望，達到了前所未有的50cm的高度，試驗結(jié)果與理論分析十分吻合。辛苦了一個月的團隊終于看到了勝利的曙光，但成員們也深知，這個高度距離取得好成績還有很長的一段距離。

回彈高度變化

在接下來的一個月中，團隊成員將重點放在提升UHPC材料強度和抗裂性能之上，最終采用了超微細鋼纖維進行抗裂性能提升和超細砂分散超微細鋼纖維的方案，制備出強度200MPa的高抗裂UHPC材料，并取得了70cm彈起高度的試驗成績。這個高度已經(jīng)達到了團隊成員的預(yù)期，也讓團隊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彈性球隨隊員們抵達南京，登上了首屆全國UHPC設(shè)計大賽的舞臺。兩顆球在進行賽前抗摔試測時并未出現(xiàn)肉眼可見的裂縫，但團隊成員還是將其放入蒸養(yǎng)箱中進行養(yǎng)護，持續(xù)提高強度的同時又能自愈合第一次摔落后產(chǎn)生的微細裂縫，這種強大的材料自愈合能力足以保證UHPC球在比賽時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。這是對團隊3個月來工作的認可，也是對研究院科研人員付出辛勞的肯定。

獲獎?wù)掌?/strong>

3個月，近90顆球，1個冠軍，這支代表中建西部建設(shè)建材科學(xué)研究院出征的隊伍在此次大賽中表現(xiàn)出的獨特的氣質(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的研發(fā)積累及出色的研發(fā)水平！