高性能混凝土集料的选择及其对性能影响的浅析.doc

高性能混凝土集料的选择及其对性能影响的浅析温 璐 田 镇 解鹏丽 天津城建集团有限公司混凝土公司随着科学技术的发展和施工技术的提高，工程结构形式愈发复杂，施工工艺发生了巨大的革新。跨海大桥、海底隧道、核反应堆、海上采油平台、高速铁路与城际轻轨客运专线等工程设施，使用混凝土结构的环境愈发苛刻，对高性能混凝土的需求越来越大。混凝土设计均为高耐久性（使用寿命达100年以上）与体积稳定性的高性能混凝土（HPC）。对于高性能混凝土关注的热点常常集中于：胶凝材料、水胶比和高性能外加剂，本文就配合比设计与生产过程常常被忽视，而可能带来质量隐患的集料问题，进行梳理，并提出一些初步解决措施，供同行借鉴交流。近年来，受到原产地的影响，天津地区混凝土生产企业所使用的集料质量参差不齐，级配不合理。由于集料品质的下降，企业往往采用提高砂率、浆骨比等方法保证混凝土的和易性。如果是大体积泵送高强度砼，由于大体积砼要求水化热低水泥用量少，矛盾更为突出，所以应该选择级配较好的粗集料和细度模数较粗的细集料。1.细集料对高性能混凝土的影响细集料对混凝土配合比的影响比粗集料更为显著，质量一定时，细集料的表面积比粗集料大得多，所有集料的表面都要被胶凝材料浆体包裹。同时粗砂与细砂（图1）以及细集料与粗集料用量的比例均对浆体需要量有直接影响。混凝土的工作性好，抗压强度高，应严格控制砂中的细颗粒含量，如砂中通过0.3mm以及0.15mm筛的筛余量过多时，级配就不好，混凝土的塑性可能得到改善，但却需要较多的浆体补偿增加的表面积，从而增加水泥用量。高性能混凝土胶凝材料用量较大，细集料用量较少，粗集料用量较大时，可以减少浆体用量，比较经济，也可以获得比较高的强度。在和易性满足施工要求的条件下，可以选择较小的适宜的砂率。配制高性能混凝土时最好要求0.63mm筛的累计筛余在70%左右，0.315mm筛的累计筛余为8595%，0.15mm筛的累计筛余大于98%（表1）。表1 细骨料级配区范围 图1砂子细度在不同区间的分布2粗集料对高性能混凝土的影响2.1粗集料的强度粗集料的强度用岩石的立方体（或圆柱体）强度和压碎指标两种方法表示。一般要求岩石抗压强度与混凝土强度等级之比应不小于1.5。火成岩不宜低于80MPa，变质岩不宜低于60 MPa，水成岩不宜低于30 MPa。生产高强度等级混凝土（C60）应进行粗集料岩石抗压强度的测试。碎石的压碎指标值作为质量控制的常用指标（见表2）。深成的火成岩包括花岗岩、正长岩、闪长岩和橄榄岩等。喷出的火成岩包括玄武岩和辉绿岩等。表2 碎石的压碎指标值岩石品种混凝土强度等级碎石压碎指标值（%）水成岩C55C40C351016变质岩或深成火成岩C55C40C351220火成岩C55C40C351330注：水成岩包括石灰岩，砂岩等。变质岩包括片麻岩石英岩等。采用石灰石碎石、花岗岩碎石和辉绿岩碎石三种碎石进行混凝土强度方面试验，试验表明三种岩石对新拌混凝土工作性能无明显影响，抗压、抗折和劈拉强度基本一致1。2.2颗粒形态与表面结构常用的粗集料有卵石和碎石，卵石表面光滑，颗粒为不规则的球形，有的为鸡蛋型，碎石则大多为棱角，表面粗糙，由于表面和形状不同，对混凝土的和易性影响差异较大2.3针、片状颗粒含量凡颗粒的长度大于该颗粒所属粒级平均粒径2.4倍被称为针状，厚度小于平均粒径的0.4倍被称为片状，变质岩的板岩层经过破碎后的针、片状颗粒含量较大。针、片状颗粒含量增加25%，普通混凝土坍落度减少6mm，而高性能混凝土可能减少10mm。另外，针、片状颗粒含量较大对混凝土抗折强度有一定影响。2.4.粗集料的级配粗集料级配对节约胶凝材料和保证混凝土和易性有很大关系。关于集料粒径及级配对高强高性能混凝土强度的影响已有许多研究结果。粗集料最大粒径是其工程粒径的上限。该值越大，则集料的总表面积越小，混凝土的用水量也越小，水泥用量也越小，但该值过大使混凝土的和易性变差，易产生离析。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。因此在许多工程总结的经验，配制高强混凝土的集料最大粒径应在20mm左右。3集料进厂的管理应防止颗粒离析，堆料的高度不宜超过5米，砂含水率在进料48h左右认为基本稳定。4.集料级配的优化4.1李阳提出的集料多元级配体系2。目标是在输入若干种集料（一般为24种）原材料基本性能的前提下，通过系统运算，定量地输出混合集料的最佳合成级配和各种集料的体积百分比。建立理想的集料目标级配模型，通过计算机程序运算，使混合集料的合成级配，并适当提高混合集料的细度模数，从而减少起集料空隙、包裹集料表面作用的胶凝材料用量。4.2级配集料双掺体系由集料多元级配体系简化计算而来，对于集料选择市场上常见级配石料，如碎石510mm、碎石1020mm、碎石1631.