高性能混凝土的組成材料試驗與檢測-集料試驗與檢測

1.對粗集料的質(zhì)量要求：顆粒級配：對節(jié)約水泥和保證混凝土和易性有很大關(guān)系。針片狀顆粒含量含泥量、泥塊含量強度(巖石抗壓強度和壓碎指標值)堅固性有害雜質(zhì)含量堿活性。

2.集料粒徑、形狀及級配集料粒徑、形狀及級配對節(jié)約水泥和保證混凝土和易性有很大關(guān)系。（1）粒徑公稱粒徑：指混合料中篩孔通過率為90～100%的最小標準篩孔尺寸。最大粒徑：公稱粒徑的上限。

最大粒徑值愈大，則集料的總表面積愈小，混凝土的用水量也愈小，水泥用量也愈??；最大粒徑值過大，使混凝土的和易性變差，易產(chǎn)生離折；集料粒徑超過40mm后，由于集料比表面積的減小和混凝土不均勻性的增大，致使混凝土集料粒徑越大，混凝土強度越低。實踐經(jīng)驗：配制C60～C80的混凝土，集料最大粒徑應(yīng)在20mm左右為宜。

（2）集料顆粒形狀針狀顆粒：顆粒的長度大于該顆粒所屬粒級平均粒徑2.4倍的顆粒。片狀顆粒：厚度小于平均粒徑的0.4倍的顆粒。集料顆粒形狀對混凝土性能的影響：混凝土拌和物和易性有明顯的影響，對高強度等級混凝土的影響更大一些。例如針、片狀顆粒含量增加25％，高強度等級混凝土的坍落度約減少l2mm，而對中、低強度等級混凝土僅減少6mm。

針、片狀顆粒的存在對混凝土的抗折強度有一定的影響。集料品種和強度對高強高性能混凝土強度影響很大。一般要求巖石集料的抗壓強度值與混凝土強度等級之比應(yīng)不小于l.5。

粗骨料檢驗要求集料集料，又稱骨料，是混凝土的主要組成材料之一，在混凝土中約占3／4。

集料的作用：在傳統(tǒng)混凝土中主要起骨架作用和減少由于膠凝材料在凝結(jié)硬化過程中干縮濕脹所引起的體積變化，同時還作為膠凝材料的廉價填充料；在高性能混凝土中，集料用量、品種、性能等對流動性、強度和耐久性都有影響。

集料的選擇：集料的差異對混凝土強度影響很大，必須選擇自身強度高的集料，才能得到高強、超高強的混凝土；集料中如果含有蛋白石、玉髓、微晶石英等礦物成分就有可能導(dǎo)致堿一集料反應(yīng)的發(fā)生，會引起混凝土膨脹開裂，甚至破壞，極大地影響混凝土的耐久性等。

集料分類和性能粗集料

粒徑：5—150mm

●卵石：特點是表面光滑，與水泥石的黏結(jié)力不如碎石，但松堆空隙率較小，可減少膠凝材料用量，增加拌和物的流動性?！袼槭罕砻娲植冢馁|(zhì)的均勻性較好，與水泥石的黏結(jié)性能比卵石好，在同樣條件下用碎石配制的混凝土，較用卵石配制的混凝土強度略高。

細集料粒徑：0.15—5mm

●天然砂：江（河）砂、山砂、海砂。河砂長期受流水沖刷，呈圓形?！袢斯て扑樯笆菍⑻烊皇钠扑槎傻模蚣庸ご旨线^程中產(chǎn)生的碎屑。

●尾礦砂

粗細集料的一些物理和化學(xué)性能對高性能混凝土的影響很大。

一、集料堿活性的檢測方法集料具有堿活性是混凝土發(fā)生堿——集料反應(yīng)的必要條件之一。鑒定集料是否具有堿活性和堿活性程度是預(yù)防工程混凝土發(fā)生堿——集料反應(yīng)的重要程序，世界各國都很重視集料堿活性的檢測。

（二）集料堿活性試驗方法及其特點1．巖相法巖相法是把混凝土集料磨制成光片、薄片，在光學(xué)顯微鏡下觀察活性組分的量和分布。國際上一致公認巖相法是鑒定集料堿活性必需的方法，世界各國都把它列為標準。優(yōu)點：巖相法能夠判斷集料中是否含有堿活性的巖石礦物，對確定進一步的檢驗方法大有好處。不足：(1)只能定性而不能定量地評估集料堿活性的大小以及活性集料在混凝土中引起破壞的程度；(2)需要測試者有較豐富的地質(zhì)學(xué)知識和相當(dāng)熟練的巖相觀察技術(shù)。

2.化學(xué)法

ASTMC289(我國的TB／T2922.21998)有該方法。

主要測試磨細過的集料在堿溶液中二氧化硅溶出量和溶液堿度的降低。優(yōu)點：集料用量很少，檢驗比較快速。缺點：極易受菱鎂礦、方解石、白云石、菱鐵礦、蛇紋石等礦物及其他可溶于堿的組分(如Al2O3)的干擾，使試驗結(jié)果產(chǎn)生較大偏差；由于反應(yīng)時間短(24h)，對評價快膨脹、高活性集料有效，而對工程實際中慢膨脹、中低活性集料往往會做出非堿活性的錯誤結(jié)論。

3.砂漿棒法方法：砂漿棒試驗方法使用的水泥堿含量應(yīng)大于0.6％或使用高堿水泥。水泥與集料的質(zhì)量比為l:2.25，試件尺寸為25mm×25ram×285mm。試件在溫度38～40℃與相對濕度為100％條件下養(yǎng)護，如試件半年的膨脹率等于或超過0.1％．則評定為具有潛在危害的活性集料，小于0.1％則為非活性集料。我國JGJ52-92和JGJ53-92中參照該標準，規(guī)定將系統(tǒng)堿含量調(diào)至水泥量的1.2％，養(yǎng)護溫度為40℃±2℃，試模尺寸為40mm×40mm×160mm。

該法1951年由美國提出并制定了試驗標準后，一直是作為堿活性鑒定中的經(jīng)典方法被列入許多國家的標準中，我國國家標準、水工和鐵路標準都還保留38～40℃長齡期養(yǎng)護測試集料堿活性的方法。缺點：（1）試驗周期長，一般工程都不能適應(yīng)這種長周期試驗。

（2）對于由于變形石英或微晶石英引起堿活性的集料和堿——碳酸鹽活性集料不太適用。

4．快速砂漿棒法方法：集料的級配組合與水泥集料之比和C227方法一致，水灰比為0.47，養(yǎng)護24h后脫模，試件放人密封的塑料筒中，然后放入80℃的恒溫水浴箱中24h后，在20℃恒溫室中測量砂漿棒的基準長度，然后把試件浸泡在lmol／L的NaOH溶液中，再將容器放人80℃恒溫水浴箱中，測量養(yǎng)護3d、7d和14d的砂漿膨脹率。砂漿棒膨脹率小于0.1％，則判定集料是無害；膨脹率大于0.2％，則判定集料具有潛在有害堿活性；膨脹率在0.1％和0.2％之間為可疑集料，還需進行其他輔助試驗，也可以把試件延至28d觀測來評估。

優(yōu)點：試驗周期短；不會漏判而偏于安全。已在許多國家得到采用，美國和歐共體都定為首推的集料堿——硅酸反應(yīng)活性檢驗標準。缺點：反應(yīng)溫度很高，加速條件過嚴，可能激發(fā)在低溫下不易反應(yīng)的成分發(fā)生反應(yīng)，存在錯判現(xiàn)象；對試驗條件規(guī)定不夠具體，不同的試驗室之間對同種集料進行試驗時結(jié)果偏差較大。

5．混凝土柱法方法：美國ASTMCl293—95方法試驗用硅酸鹽水泥，含堿量為0.9％±0.1％(Na2Oeq)，并通過外加NaOH使水泥的堿含量達到1.25％。混凝土中水泥用量為420kg／m3±

10kg／m3，水灰比為0.42～0.45。試件尺寸為75mm×75mm×300mm～120mm×l20mm×400mm。測試粗集料堿活性時使用非堿活性砂。砂的細度模數(shù)為2.7±

0.2，測試細集料堿活性時使用非堿活性粗集料。試件成型24h后脫模測定初長,隨后在38℃±

2℃，相對濕度l00％的條件下儲存，l年齡期試件的膨脹率大于或等于0.04％，則判定為是潛在有害反應(yīng)的。這個方法適用于堿——硅酸反應(yīng)(ASR)。

加拿大標準也有混凝土柱法（略）優(yōu)點：混凝土試件比較接近工程實際，試驗結(jié)果穩(wěn)定。缺點：不僅工作量大，而且試驗周期至少需要l年。我國的DL／T5151--2001也有混凝土柱長齡期試驗方法。

6．中國壓蒸快速法方法：集料試樣粒徑為0.63～0.16mm。使用堿含量在0.4％～0.8％之間的硅酸鹽水泥，通過外加堿KOH達到堿含量為l.5％，水泥與集料的質(zhì)量比為l0:l、5:1和2:1，水灰比為0.3。試件尺寸為40mm×l0mm×10mm。試件成型一天后脫模，并測量基準長度;然后在100℃下蒸養(yǎng)4h，再浸泡在10％KOH溶液中，在150℃壓蒸6h，測量其最終長度。試驗結(jié)果評定時,用三個配比中最大膨脹值來評定集料的堿活性，如膨脹值大于或等于0.1％，則評定為活性集料；小于0.1％，則為非活性集料。

優(yōu)點：（1）工作量小，操作簡便，試驗周期短，能夠很快對集料的活性作出判斷，可以用來大面積測定和篩選集料；（2）需要的設(shè)備簡單，試驗方法簡便，容易掌握。缺點：（1）實驗條件與實際工程中堿與集料的反應(yīng)條件相差較大；（2）有可能錯判；（3）對測定單一巖石較為合適，對天然砂、多種活性集料的混合料，由于試件太小，取樣有限，測定誤差會較大；（4）水灰比較小時，試件成型較為困難，造成一組內(nèi)6個試件膨脹率偏差較大。

7．巖石圓柱體法

圓柱體法是一種專門檢驗碳酸鹽巖石集料堿活性的試驗方法。方法：將碳酸鹽巖石制成φ(9±1)mm(35±5)mm的圓柱體或者l0mm×l0mm×(35±5)mm的正方柱體。將試件浸泡在1mol／LNaOH溶液中，如84d膨脹率大于0.1％，則集料代表的巖石具有潛在反應(yīng)活性，不宜作為混凝土集料。

8．化學(xué)組成法是一種確定碳酸鹽集料是否存在潛在堿——碳酸鹽膨脹的方法。原理：通過測定集料中CaO：MgO的比值確認集料中的白云質(zhì)石灰石，通過測定集料中的Al2O3含量可確定其中的黏土含量。當(dāng)白云質(zhì)石灰石集料中黏土或酸性不溶殘余物含量較高時，就可能發(fā)生堿——碳酸鹽反應(yīng)，產(chǎn)生有害膨脹。

二、集料堿活性試驗方法分析與評價1.必須結(jié)合工程要求和需要對試驗方法進行合理的選擇。各種方法都有廣泛的試驗基礎(chǔ)和特定的適用條件，有的適用于堿一硅反應(yīng)，有的適用于堿一碳酸鹽反應(yīng)；有的試驗周期長(1年)，有的試驗周期短(3d)；有的方法集料用量少(40g)，有的集料用量多(混凝土試件)；有的養(yǎng)護溫度高(150℃)，有的養(yǎng)護溫度低(40℃)。

巖相法是在所有方法中首先必須進行的。各種方法它能判定集料中是否有活性成分；而且能夠正確判斷料場中有幾種活性集料及其含量，這些對以后的試驗都是至關(guān)重要的。進一步試驗時，試驗方法的選擇必須以巖相法的結(jié)果作為依據(jù)。巖相法檢測有活性成分后,必須用其他方法進行試驗來綜合評價。

化學(xué)法的試驗結(jié)果只能對集料的活性程度的補充依據(jù)。由于各種因素的干擾和方法的有限性，化學(xué)法只能對活性較高的集料做出正確的判斷。砂漿長度法和快速法對堿活性較大的集料有較好的相關(guān)性。但對某些活性不大或緩慢反應(yīng)的集料，兩種方法會得出不一致的結(jié)果，并導(dǎo)致誤判的發(fā)生。混凝土棱柱體法比砂漿長度法更接近實際情況

三、注意的問題（1）各種方法只能鑒別集料中是否含有反應(yīng)性成分，是否有發(fā)生堿一集料反應(yīng)的可能性，而不能斷定在實際工程中會不會發(fā)生反應(yīng)以及反應(yīng)的程度怎樣；（2）評判集料的堿活性方法有多種，不能僅僅靠一種方法來做出判斷。對集料的堿活性進行判定較為可靠的方法是在試驗條件、允許時間范圍內(nèi)盡可能將多種方法的結(jié)果進行對比來綜合判定，各種方法的結(jié)果相互印證，以求得比較科學(xué)和準確的結(jié)論。

（3）檢測集料有活性后，應(yīng)采取措施，降低水泥含堿量。控制混凝土總堿量或摻一定數(shù)量的有抑制作用的礦物外加劑，也可以另外選擇非活性集料的料源。

對細集料（砂）的質(zhì)量要求：1.細度模數(shù)：

是表征天然砂粒徑的粗細程度及類別的指標。

砂子的粗細按細度模數(shù)分為4級。粗砂：細度模數(shù)為3.7～3.1中砂：細度模數(shù)為3.0～2.3細砂：細度模數(shù)為2.2～1.6，