2020年9月，为进一步提升UHPC的材料性能、推广其应用，中国混凝土与水泥制品协会举办了首届全国UHPC设计定制大赛。我们在导师余睿老师的积极鼓励与支持下报名参加了此次“历练之旅”，以提升团队合作能力、默契程度以及UHPC的设计制备能力。然而，如何做出球型的超高性能混凝土？如何保证超高性能混凝土球的轻质高强？如何让球弹起来并具有一定的高度？对于我们来说，即使已在超高性能混凝土领域耕耘多年并积累了一定的技术成果，这次比赛仍是一个充满未知的挑战与冒险。
图1 团队成员
超高性能混凝土本质上是通过保证水泥等颗粒在有限空间内的紧密堆积，从而获得密实的水泥基材料，即超高性能混凝土基体的密实堆积结构是保证其优异性能的重要因素。而早在2014年，余睿老师在荷兰埃因霍芬理工大学攻博时便提出了采用修正的Andreasen-Andersen堆积模型进行UHPC配合比设计的方法。基于此，我们开发出了自己的配合比设计软件，如图2所示。
根据配合比设计软件，我们设计出了更优异的UHPC基础配合比，并在基础配合比中掺入了2%体积分数的长直钢纤维进行基体增韧。制备出超高性能混凝土标准试块后对其各项基础性能进行评估与验证，再通过不断地试验与调整，最终，我们确定了制备UHPC弹性球的最优配合比。
图2 基于MAA的配合比设计方法
根据大赛对UHPC弹性球结构示意：内部集中填充轻物质球体，空心球体或分散填充轻物质球体。团队采用如图3所示的设计理念，即在内部加入空心球体，在内外模具之间浇筑工作性能优异的UHPC浆体，由此制备空心UHPC弹性球。关于模具，经过多方寻找对比，团队最后选择用橡胶充气球作为弹力球的内模具，用经济实用的亚克力球壳作为弹力球的外模具。在解决了内模与外模的问题后，如何将内模固定在球心成为了团队制备弹力球的重中之重。
图3 弹性球设计理念
为了解决这个问题，团队起初选择使用塑料支架支撑内模，从而使得内模与外模之间预留出一定的空隙。同时将弹性球的浇筑分为两个环节：第一个环节只浇筑半个球型，在浇筑完成后，将整个模具安装在液压机上，保持内模位置不变，恒压24h使内模完全固定在设计的位置；一天后完成另一个半球的浇筑。
虽然以上方案制作出来的弹性球在第一次弹跳实验中展现出不错的弹跳高度与较小的裂纹开裂，但经过多次弹跳测试后，弹性球表面出现了较多裂纹，且裂纹集中在支架所在的位置。
视频1 第一次弹性球测试
由此我们思考，能否不用支架使内模固定在设计的位置？
通过剖析弹性球的内部我们发现，很多支架在其中并没有起到固定内模的作用，反而因为粘附不牢固，支架在浇筑时随着砂浆流动，形成了宏观缺陷。在发现了这个问题后，我们马上和余睿老师讨论，决定调整方向，放弃使用支架，而是直接通过测量预留高度后内模剩余的高度来推算内模下方砂浆的厚度。调整方案后，我们制得了“UHPC弹性球2.0”，经过弹跳测试，弹性球的弹跳高度并无太大变化，但裂纹数量大幅度较少。按照此方法我们制作出了若干弹性球并测定相应的弹跳高度，且都在团队的预测值范围之内。
完成设计后，我们对弹性球进行打磨、修复、涂色并画上属于团队专属的logo，带着他们踏上了比赛的征程。
怀着无比激动的心情，我们团队终于来到了“首届全国UHPC设计定制大赛”的现场。在比赛中，我们团队的弹性球弹跳高度达到了40cm左右，裂纹数量也相对较少。这令我们惊喜又期待，惊喜的是大家齐心协力倾注心血培育出的“孩子”能有如此优秀的表现，期待的是以我们团队的最终比赛结果，或许真能夺得优异的成绩与名次。
图6 弹性球裂纹
然而，在攀登高峰的路途上，或许总会有风急雨骤。虽然我们对团队的球很有信心，但竞赛场上高手云集，大家的成绩更是一个比一个优秀，与最高回弹70-80cm的参赛组相比，我们还是相形见绌。最终，这场比赛，我们团队遗憾落败。
回来以后，团队成员们进行了认真地总结，分析差距，相比于其他优秀团队，我们团队存在弹性球成型量少、测试次数不足、两半球接缝处不够美观且粘接性较弱有待优化、准备时间也不够充分，走了许多的弯路并未及时寻求出提高UHPC球弹性的方法等诸多问题。获此成绩，小分队队员心中都难免失落，但回想整个比赛过程，我们认为这不仅是一次制作挑战，一次结构设计挑战，还是一次弹性碰撞的挑战。而经历了这次比赛的我们也看到了自己的问题：作为研究生，我们在研究UHPC的基础理论知识的同时，更不能忽略其工程的实践应用。
此次比赛好像一把拓宽视野的钥匙，面临创新与挑战，我们收获了好的创意与团队合作的美好回忆，更是在这个过程中互相学习彼此优点共同进步，共同找出存在的问题并吸取教训，携手共克难关。经过这次比赛，我们更加坚定了奋斗的方向，并会努力朝着目标共进共勉，相信下一次的比赛，我们会弹出新的高度！青春正当时，科研不止步。希望年年都参赛、年年有进步、年年有收获！
