高性能混凝土的組成材料試驗(yàn)與檢測(cè)-集料試驗(yàn)與檢測(cè)

1.對(duì)粗集料的質(zhì)量要求：顆粒級(jí)配：對(duì)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(qiáng)度(巖石抗壓強(qiáng)度和壓碎指標(biāo)值)堅(jiān)固性有害雜質(zhì)含量堿活性。

2.集料粒徑、形狀及級(jí)配集料粒徑、形狀及級(jí)配對(duì)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(biāo)準(zhǔn)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，水泥用量也愈小；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(qiáng)度越低。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)：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(zhǎng)度大于該顆粒所屬粒級(jí)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(duì)混凝土性能的影響：混凝土拌和物和易性有明顯的影響，對(duì)高強(qiáng)度等級(jí)混凝土的影響更大一些。例如針、片狀顆粒含量增加25％，高強(qiáng)度等級(jí)混凝土的坍落度約減少l2mm，而對(duì)中、低強(qiáng)度等級(jí)混凝土僅減少6mm。

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

粗骨料檢驗(yàn)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(shí)還作為膠凝材料的廉價(jià)填充料；在高性能混凝土中，集料用量、品種、性能等對(duì)流動(dòng)性、強(qiáng)度和耐久性都有影響。

集料的選擇：集料的差異對(duì)混凝土強(qiáng)度影響很大，必須選擇自身強(qiáng)度高的集料，才能得到高強(qiáng)、超高強(qiáng)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(huì)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(diǎn)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(dòng)性。●碎石：表面粗糙，材質(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(qiáng)度略高。

細(xì)集料粒徑：0.15—5mm

●天然砂：江（河）砂、山砂、海砂。河砂長(zhǎng)期受流水沖刷，呈圓形。●人工破碎砂是將天然石材破碎而成的，或加工粗集料過程中產(chǎn)生的碎屑。

●尾礦砂

粗細(xì)集料的一些物理和化學(xué)性能對(duì)高性能混凝土的影響很大。

一、集料堿活性的檢測(cè)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(guó)都很重視集料堿活性的檢測(cè)。

（二）集料堿活性試驗(yàn)方法及其特點(diǎn)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(guó)際上一致公認(rèn)巖相法是鑒定集料堿活性必需的方法，世界各國(guó)都把它列為標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)點(diǎn)：巖相法能夠判斷集料中是否含有堿活性的巖石礦物，對(duì)確定進(jìn)一步的檢驗(yàn)方法大有好處。不足：(1)只能定性而不能定量地評(píng)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(cè)試者有較豐富的地質(zhì)學(xué)知識(shí)和相當(dāng)熟練的巖相觀察技術(shù)。

2.化學(xué)法

ASTMC289(我國(guó)的TB／T2922.21998)有該方法。

主要測(cè)試磨細(xì)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(diǎn)：集料用量很少，檢驗(yàn)比較快速。缺點(diǎn)：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(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大偏差；由于反應(yīng)時(shí)間短(24h)，對(duì)評(píng)價(jià)快膨脹、高活性集料有效，而對(duì)工程實(shí)際中慢膨脹、中低活性集料往往會(huì)做出非堿活性的錯(cuò)誤結(jié)論。

3.砂漿棒法方法：砂漿棒試驗(yàn)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(duì)濕度為100％條件下養(yǎng)護(hù)，如試件半年的膨脹率等于或超過0.1％．則評(píng)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(guó)JGJ52-92和JGJ53-92中參照該標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定將系統(tǒng)堿含量調(diào)至水泥量的1.2％，養(yǎng)護(hù)溫度為40℃±2℃，試模尺寸為40mm×40mm×160mm。

該法1951年由美國(guó)提出并制定了試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)后，一直是作為堿活性鑒定中的經(jīng)典方法被列入許多國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)中，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、水工和鐵路標(biāo)準(zhǔn)都還保留38～40℃長(zhǎng)齡期養(yǎng)護(hù)測(cè)試集料堿活性的方法。缺點(diǎn)：（1）試驗(yàn)周期長(zhǎng)，一般工程都不能適應(yīng)這種長(zhǎng)周期試驗(yàn)。

（2）對(duì)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(jí)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(hù)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(cè)量砂漿棒的基準(zhǔn)長(zhǎng)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(cè)量養(yǎng)護(hù)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(jìn)行其他輔助試驗(yàn)，也可以把試件延至28d觀測(cè)來評(píng)估。

優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)周期短；不會(huì)漏判而偏于安全。已在許多國(guó)家得到采用，美國(guó)和歐共體都定為首推的集料堿——硅酸反應(yīng)活性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)：反應(yīng)溫度很高，加速條件過嚴(yán)，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(cuò)判現(xiàn)象；對(duì)試驗(yàn)條件規(guī)定不夠具體，不同的試驗(yàn)室之間對(duì)同種集料進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)結(jié)果偏差較大。

5．混凝土柱法方法：美國(guó)ASTMCl293—95方法試驗(yàn)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(dá)到1.25％?；炷林兴嘤昧繛?20kg／m3±

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

0.2，測(cè)試細(xì)集料堿活性時(shí)使用非堿活性粗集料。試件成型24h后脫模測(cè)定初長(zhǎng),隨后在38℃±

2℃，相對(duì)濕度l00％的條件下儲(chǔ)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(gè)方法適用于堿——硅酸反應(yīng)(ASR)。

加拿大標(biāo)準(zhǔn)也有混凝土柱法（略）優(yōu)點(diǎn)：混凝土試件比較接近工程實(shí)際，試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定。缺點(diǎn)：不僅工作量大，而且試驗(yàn)周期至少需要l年。我國(guó)的DL／T5151--2001也有混凝土柱長(zhǎng)齡期試驗(yàn)方法。

6．中國(guó)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(dá)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(cè)量基準(zhǔn)長(zhǎng)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(cè)量其最終長(zhǎng)度。試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定時(shí),用三個(gè)配比中最大膨脹值來評(píng)定集料的堿活性，如膨脹值大于或等于0.1％，則評(píng)定為活性集料；小于0.1％，則為非活性集料。

優(yōu)點(diǎn)：（1）工作量小，操作簡(jiǎn)便，試驗(yàn)周期短，能夠很快對(duì)集料的活性作出判斷，可以用來大面積測(cè)定和篩選集料；（2）需要的設(shè)備簡(jiǎn)單，試驗(yàn)方法簡(jiǎn)便，容易掌握。缺點(diǎn)：（1）實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)際工程中堿與集料的反應(yīng)條件相差較大；（2）有可能錯(cuò)判；（3）對(duì)測(cè)定單一巖石較為合適，對(duì)天然砂、多種活性集料的混合料，由于試件太小，取樣有限，測(cè)定誤差會(huì)較大；（4）水灰比較小時(shí)，試件成型較為困難，造成一組內(nèi)6個(gè)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(yàn)碳酸鹽巖石集料堿活性的試驗(yàn)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(cè)定集料中CaO：MgO的比值確認(rèn)集料中的白云質(zhì)石灰石，通過測(cè)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(shí)，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(yàn)方法分析與評(píng)價(jià)1.必須結(jié)合工程要求和需要對(duì)試驗(yàn)方法進(jìn)行合理的選擇。各種方法都有廣泛的試驗(yàn)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(yàn)周期長(zhǎng)(1年)，有的試驗(yàn)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(hù)溫度高(150℃)，有的養(yǎng)護(hù)溫度低(40℃)。

巖相法是在所有方法中首先必須進(jìn)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(chǎng)中有幾種活性集料及其含量，這些對(duì)以后的試驗(yàn)都是至關(guān)重要的。進(jìn)一步試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)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(cè)有活性成分后,必須用其他方法進(jìn)行試驗(yàn)來綜合評(píng)價(jià)。

化學(xué)法的試驗(yàn)結(jié)果只能對(duì)集料的活性程度的補(bǔ)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(duì)活性較高的集料做出正確的判斷。砂漿長(zhǎng)度法和快速法對(duì)堿活性較大的集料有較好的相關(guān)性。但對(duì)某些活性不大或緩慢反應(yīng)的集料，兩種方法會(huì)得出不一致的結(jié)果，并導(dǎo)致誤判的發(fā)生?；炷晾庵w法比砂漿長(zhǎng)度法更接近實(shí)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(shí)際工程中會(huì)不會(huì)發(fā)生反應(yīng)以及反應(yīng)的程度怎樣；（2）評(píng)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(duì)集料的堿活性進(jìn)行判定較為可靠的方法是在試驗(yàn)條件、允許時(shí)間范圍內(nèi)盡可能將多種方法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(zhǔn)確的結(jié)論。

（3）檢測(cè)集料有活性后，應(yīng)采取措施，降低水泥含堿量?？刂苹炷量倝A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(duì)細(xì)集料（砂）的質(zhì)量要求：1.細(xì)度模數(shù)：

是表征天然砂粒徑的粗細(xì)程度及類別的指標(biāo)。

砂子的粗細(xì)按細(xì)度模數(shù)分為4級(jí)。粗砂：細(xì)度模數(shù)為3.7～3.1中砂：細(xì)度模數(shù)為3.0～2.3細(xì)砂：細(xì)度模數(shù)為2.2～1.6，