高性能混凝土的组成材料试验与检测-集料试验与检测

1.对粗集料的质量要求：颗粒级配：对节约水泥和保证混凝土和易性有很大关系。针片状颗粒含量含泥量、泥块含量强度(岩石抗压强度和压碎指标值)坚固性有害杂质含量碱活性。

2.集料粒径、形状及级配集料粒径、形状及级配对节约水泥和保证混凝土和易性有很大关系。（1）粒径公称粒径：指混合料中筛孔通过率为90～100%的最小标准筛孔尺寸。最大粒径：公称粒径的上限。

最大粒径值愈大，则集料的总表面积愈小，混凝土的用水量也愈小，水泥用量也愈小；最大粒径值过大，使混凝土的和易性变差，易产生离折；集料粒径超过40mm后，由于集料比表面积的减小和混凝土不均匀性的增大，致使混凝土集料粒径越大，混凝土强度越低。实践经验：配制C60～C80的混凝土，集料最大粒径应在20mm左右为宜。

（2）集料颗粒形状针状颗粒：颗粒的长度大于该颗粒所属粒级平均粒径2.4倍的颗粒。片状颗粒：厚度小于平均粒径的0.4倍的颗粒。集料颗粒形状对混凝土性能的影响：混凝土拌和物和易性有明显的影响，对高强度等级混凝土的影响更大一些。例如针、片状颗粒含量增加25％，高强度等级混凝土的坍落度约减少l2mm，而对中、低强度等级混凝土仅减少6mm。

针、片状颗粒的存在对混凝土的抗折强度有一定的影响。集料品种和强度对高强高性能混凝土强度影响很大。一般要求岩石集料的抗压强度值与混凝土强度等级之比应不小于l.5。

粗骨料检验要求集料集料，又称骨料，是混凝土的主要组成材料之一，在混凝土中约占3／4。

集料的作用：在传统混凝土中主要起骨架作用和减少由于胶凝材料在凝结硬化过程中干缩湿胀所引起的体积变化，同时还作为胶凝材料的廉价填充料；在高性能混凝土中，集料用量、品种、性能等对流动性、强度和耐久性都有影响。

集料的选择：集料的差异对混凝土强度影响很大，必须选择自身强度高的集料，才能得到高强、超高强的混凝土；集料中如果含有蛋白石、玉髓、微晶石英等矿物成分就有可能导致碱一集料反应的发生，会引起混凝土膨胀开裂，甚至破坏，极大地影响混凝土的耐久性等。

集料分类和性能粗集料

粒径：5—150mm

●卵石：特点是表面光滑，与水泥石的黏结力不如碎石，但松堆空隙率较小，可减少胶凝材料用量，增加拌和物的流动性。●碎石：表面粗糙，材质的均匀性较好，与水泥石的黏结性能比卵石好，在同样条件下用碎石配制的混凝土，较用卵石配制的混凝土强度略高。

细集料粒径：0.15—5mm

●天然砂：江（河）砂、山砂、海砂。河砂长期受流水冲刷，呈圆形。●人工破碎砂是将天然石材破碎而成的，或加工粗集料过程中产生的碎屑。

●尾矿砂

粗细集料的一些物理和化学性能对高性能混凝土的影响很大。

一、集料碱活性的检测方法集料具有碱活性是混凝土发生碱——集料反应的必要条件之一。鉴定集料是否具有碱活性和碱活性程度是预防工程混凝土发生碱——集料反应的重要程序，世界各国都很重视集料碱活性的检测。

（二）集料碱活性试验方法及其特点1．岩相法岩相法是把混凝土集料磨制成光片、薄片，在光学显微镜下观察活性组分的量和分布。国际上一致公认岩相法是鉴定集料碱活性必需的方法，世界各国都把它列为标准。优点：岩相法能够判断集料中是否含有碱活性的岩石矿物，对确定进一步的检验方法大有好处。不足：(1)只能定性而不能定量地评估集料碱活性的大小以及活性集料在混凝土中引起破坏的程度；(2)需要测试者有较丰富的地质学知识和相当熟练的岩相观察技术。

2.化学法

ASTMC289(我国的TB／T2922.21998)有该方法。

主要测试磨细过的集料在碱溶液中二氧化硅溶出量和溶液碱度的降低。优点：集料用量很少，检验比较快速。缺点：极易受菱镁矿、方解石、白云石、菱铁矿、蛇纹石等矿物及其他可溶于碱的组分(如Al2O3)的干扰，使试验结果产生较大偏差；由于反应时间短(24h)，对评价快膨胀、高活性集料有效，而对工程实际中慢膨胀、中低活性集料往往会做出非碱活性的错误结论。

3.砂浆棒法方法：砂浆棒试验方法使用的水泥碱含量应大于0.6％或使用高碱水泥。水泥与集料的质量比为l:2.25，试件尺寸为25mm×25ram×285mm。试件在温度38～40℃与相对湿度为100％条件下养护，如试件半年的膨胀率等于或超过0.1％．则评定为具有潜在危害的活性集料，小于0.1％则为非活性集料。我国JGJ52-92和JGJ53-92中参照该标准，规定将系统碱含量调至水泥量的1.2％，养护温度为40℃±2℃，试模尺寸为40mm×40mm×160mm。

该法1951年由美国提出并制定了试验标准后，一直是作为碱活性鉴定中的经典方法被列入许多国家的标准中，我国国家标准、水工和铁路标准都还保留38～40℃长龄期养护测试集料碱活性的方法。缺点：（1）试验周期长，一般工程都不能适应这种长周期试验。

（2）对于由于变形石英或微晶石英引起碱活性的集料和碱——碳酸盐活性集料不太适用。

4．快速砂浆棒法方法：集料的级配组合与水泥集料之比和C227方法一致，水灰比为0.47，养护24h后脱模，试件放人密封的塑料筒中，然后放入80℃的恒温水浴箱中24h后，在20℃恒温室中测量砂浆棒的基准长度，然后把试件浸泡在lmol／L的NaOH溶液中，再将容器放人80℃恒温水浴箱中，测量养护3d、7d和14d的砂浆膨胀率。砂浆棒膨胀率小于0.1％，则判定集料是无害；膨胀率大于0.2％，则判定集料具有潜在有害碱活性；膨胀率在0.1％和0.2％之间为可疑集料，还需进行其他辅助试验，也可以把试件延至28d观测来评估。

优点：试验周期短；不会漏判而偏于安全。已在许多国家得到采用，美国和欧共体都定为首推的集料碱——硅酸反应活性检验标准。缺点：反应温度很高，加速条件过严，可能激发在低温下不易反应的成分发生反应，存在错判现象；对试验条件规定不够具体，不同的试验室之间对同种集料进行试验时结果偏差较大。

5．混凝土柱法方法：美国ASTMCl293—95方法试验用硅酸盐水泥，含碱量为0.9％±0.1％(Na2Oeq)，并通过外加NaOH使水泥的碱含量达到1.25％。混凝土中水泥用量为420kg／m3±

10kg／m3，水灰比为0.42～0.45。试件尺寸为75mm×75mm×300mm～120mm×l20mm×400mm。测试粗集料碱活性时使用非碱活性砂。砂的细度模数为2.7±

0.2，测试细集料碱活性时使用非碱活性粗集料。试件成型24h后脱模测定初长,随后在38℃±

2℃，相对湿度l00％的条件下储存，l年龄期试件的膨胀率大于或等于0.04％，则判定为是潜在有害反应的。这个方法适用于碱——硅酸反应(ASR)。

加拿大标准也有混凝土柱法（略）优点：混凝土试件比较接近工程实际，试验结果稳定。缺点：不仅工作量大，而且试验周期至少需要l年。我国的DL／T5151--2001也有混凝土柱长龄期试验方法。

6．中国压蒸快速法方法：集料试样粒径为0.63～0.16mm。使用碱含量在0.4％～0.8％之间的硅酸盐水泥，通过外加碱KOH达到碱含量为l.5％，水泥与集料的质量比为l0:l、5:1和2:1，水灰比为0.3。试件尺寸为40mm×l0mm×10mm。试件成型一天后脱模，并测量基准长度;然后在100℃下蒸养4h，再浸泡在10％KOH溶液中，在150℃压蒸6h，测量其最终长度。试验结果评定时,用三个配比中最大膨胀值来评定集料的碱活性，如膨胀值大于或等于0.1％，则评定为活性集料；小于0.1％，则为非活性集料。

优点：（1）工作量小，操作简便，试验周期短，能够很快对集料的活性作出判断，可以用来大面积测定和筛选集料；（2）需要的设备简单，试验方法简便，容易掌握。缺点：（1）实验条件与实际工程中碱与集料的反应条件相差较大；（2）有可能错判；（3）对测定单一岩石较为合适，对天然砂、多种活性集料的混合料，由于试件太小，取样有限，测定误差会较大；（4）水灰比较小时，试件成型较为困难，造成一组内6个试件膨胀率偏差较大。

7．岩石圆柱体法

圆柱体法是一种专门检验碳酸盐岩石集料碱活性的试验方法。方法：将碳酸盐岩石制成φ(9±1)mm(35±5)mm的圆柱体或者l0mm×l0mm×(35±5)mm的正方柱体。将试件浸泡在1mol／LNaOH溶液中，如84d膨胀率大于0.1％，则集料代表的岩石具有潜在反应活性，不宜作为混凝土集料。

8．化学组成法是一种确定碳酸盐集料是否存在潜在碱——碳酸盐膨胀的方法。原理：通过测定集料中CaO：MgO的比值确认集料中的白云质石灰石，通过测定集料中的Al2O3含量可确定其中的黏土含量。当白云质石灰石集料中黏土或酸性不溶残余物含量较高时，就可能发生碱——碳酸盐反应，产生有害膨胀。

二、集料碱活性试验方法分析与评价1.必须结合工程要求和需要对试验方法进行合理的选择。各种方法都有广泛的试验基础和特定的适用条件，有的适用于碱一硅反应，有的适用于碱一碳酸盐反应；有的试验周期长(1年)，有的试验周期短(3d)；有的方法集料用量少(40g)，有的集料用量多(混凝土试件)；有的养护温度高(150℃)，有的养护温度低(40℃)。

岩相法是在所有方法中首先必须进行的。各种方法它能判定集料中是否有活性成分；而且能够正确判断料场中有几种活性集料及其含量，这些对以后的试验都是至关重要的。进一步试验时，试验方法的选择必须以岩相法的结果作为依据。岩相法检测有活性成分后,必须用其他方法进行试验来综合评价。

化学法的试验结果只能对集料的活性程度的补充依据。由于各种因素的干扰和方法的有限性，化学法只能对活性较高的集料做出正确的判断。砂浆长度法和快速法对碱活性较大的集料有较好的相关性。但对某些活性不大或缓慢反应的集料，两种方法会得出不一致的结果，并导致误判的发生。混凝土棱柱体法比砂浆长度法更接近实际情况

三、注意的问题（1）各种方法只能鉴别集料中是否含有反应性成分，是否有发生碱一集料反应的可能性，而不能断定在实际工程中会不会发生反应以及反应的程度怎样；（2）评判集料的碱活性方法有多种，不能仅仅靠一种方法来做出判断。对集料的碱活性进行判定较为可靠的方法是在试验条件、允许时间范围内尽可能将多种方法的结果进行对比来综合判定，各种方法的结果相互印证，以求得比较科学和准确的结论。

（3）检测集料有活性后，应采取措施，降低水泥含碱量。控制混凝土总碱量或掺一定数量的有抑制作用的矿物外加剂，也可以另外选择非活性集料的料源。

对细集料（砂）的质量要求：1.细度模数：

是表征天然砂粒径的粗细程度及类别的指标。

砂子的粗细按细度模数分为4级。粗砂：细度模数为3.7～3.1中砂：细度模数为3.0～2.3细砂：细度模数为2.2～1.6，