多因素影响下超高性能混凝土（UHPC）的配合比设计及力学性能研究
Study on mix proportion design and mechanical properties of ultra-high performance concrete (UHPC) under the influence of multiple factors
关键词：
正交试验；超高性能混凝土（UHPC）；多因素；配合比设计；力学性能
Key words：
Orthogonal test; Ultra-high performance concrete (UHPC); Multiple factor; Mix proportion design; Mechanical property
刊期：
2026年第7期
DOI：
10.19761/j.1000-4637.25020073
文章编号：
基金项目：
辽宁省交通科技计划项目（202437）；宁波市“科创甬江2035”重大应用示范计划项目（2024Z011）。
作者：
赵 闯1，吕 表2，章 文2，王 凯3，郑杜江1
单位：
1.沈阳工业大学 建筑与土木工程学院，辽宁 沈阳 110870；2.宁波交通工程建设集团有限公司， 浙江 宁波 315100；3.辽宁省交通规划设计院有限责任公司，辽宁 沈阳 110000
摘要
摘 要：为优化超高性能混凝土（Ultra-high performance concrete，UHPC）的配合比，提升其工程适用性，同时兼顾力学性能、低碳化要求与成本效益，本文首先基于最紧密堆积理论，通过单因素试验和Modified Andreasen and Andersen（MAA）模型优化，确定了最佳胶凝材料（水泥、硅灰、粉煤灰）掺配比例和不同粒径石英砂（0.850~2.000、0.425~0.850、0.212~0.425、0.125~0.212 mm）的占比；在此基础上，通过正交试验研究了水胶比（0.16~0.22）、胶砂比（1.0~1.3）和钢纤维掺量（1.0%~2.5%）对UHPC抗压强度和抗折强度的影响，并进行了多因素的交互作用分析，从而确定出了最佳配合比范围。结果表明：胶凝材料的最佳掺配比例为水泥80%、硅灰15%、粉煤灰5%；粒径为0.850~2.000、0.425~0.850、0.212~0.425、0.125~0.212 mm的石英砂占比分别为33.85%、28.86%、20.22%、17.07%；钢纤维掺量对UHPC的28 d抗压、抗折强度影响最大，其次为水胶比、胶砂比；结合交互作用分析可知，UHPC的最佳配合比范围为水胶比0.16~0.18、胶砂比1.15~1.30、钢纤维掺量1.8%~2.5%。研究结果可为UHPC的工程配合比设计与性能调控提供试验依据和理论参考。
Abstract: To optimize the mix proportion of ultra-high performance concrete (UHPC), improve its engineering applicability, and simultaneously achieve a balanced trade-off among mechanical properties, low-carbon requirements and cost-effectiveness, the optimal blending ratio of cementitious materials (cement, silica fume, fly ash) and the grading distribution proportions of multi-sized quartz sands(0.850~2.000, 0.425~0.850, 0.212~0.425, 0.125~0.212 mm) were first determined based on the closest packing theory through single-factor tests and Modified Andreasen and Andersen (MAA) model optimization. On this basis, orthogonal tests were carried out to study the effects of water-binder ratio (0.16~0.22), binder-sand ratio (1.0~1.3) and steel fiber volume fraction (1.0%~2.5%) on the compressive strength and flexural strength of UHPC, and multi-factor interaction analysis was performed to determine the optimal mix proportion range. The results show that the optimal blending ratio of cementitious materials is 80% cement, 15% silica fume and 5% fly ash. The distribution proportions of quartz sands with particle sizes of 0.850~2.000, 0.425~0.850, 0.212~0.425 and 0.125~0.212 mm are 33.85%, 28.86%, 20.22% and 17.07% respectively. The steel fiber volume fraction has the greatest influence on the 28-day Orthogonal test; Ultra-high performance concrete (UHPC); Multiple factor; Mix proportion design; Mechanical property
结论
（1）根据单因素试验可知，综合考虑强度和成本效益后，本文确定UHPC的胶凝材料组成为：水泥80%、硅灰15%、粉煤灰5%，同时根据MAA模型确定了粒径为0.850~2.000、0.425~0.850、0.212~0.425、0.125~0.212 mm 的石英砂占比分别为33.85%、28.86%、20.22%、17.07%。
（2）正交试验结果表明，3种因素对UHPC试件28 d抗压强度的影响程度大小顺序为：钢纤维掺量＞水胶比＞胶砂比，相对应的最佳水平组合为A2B4C4，即水胶比为0.18、胶砂比为1.3、钢纤维掺量为2.5%；对28 d抗折强度的影响程度大小顺序为：钢纤维掺量＞水胶比＞胶砂比，相对应的最佳水平组合为A1B1C4，即水胶比0.16、胶砂比1.0、钢纤维掺量2.5%。
（3）通过多因素交互影响结果可知，当以120 MPa作为UHPC的抗压强度下限值、14 MPa作为UHPC的抗折强度下限值时，UHPC的最佳配合比范围可选定为：水胶比0.16~0.18、胶砂比1.15~1.30、钢纤维掺量1.8%~2.5%。
（4）本研究基于最紧密堆积理论，通过单因素试验、MAA模型优化及正交试验，确定了UHPC的最佳配合比范围，可为桥梁、高层建筑、深海极地等工程加速向绿色化、高性能化方向发展提供理论参考。
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引用本文
赵闯,吕表,章文,等.多因素影响下超高性能混凝土(UHPC)的配合比设计及力学性能研究[J].混凝土与水泥制品,2026,53(7):50-56. Zhao Chuang,Lyu Biao,Zhang Wen,et al.Study on mix proportion design and mechanical properties of ultra-high performance concrete (UHPC) under the influence of multiple factors[J].China Concrete and Cement Products,2026,53(7):50-56 (in Chinese).
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