高性能混凝土原材料应符合下列要求:
(1)水泥
并不是所有水泥都适合配制高性能混凝土,配制高性能混凝土的水泥需要有更高的要求,除水泥的活性外,应该考虑其化学成分、细度、粒径分布等的影响。在选择时应该考虑下述原则:
1)宜选用优质硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。不论是在水泥出厂前还是在混凝土制备中掺入的矿物掺合料,都需要比水泥熟料有更大的细度和更好的颗粒级配。
2)宜选用42.5级或更高等级的水泥。若所配制的高性能混凝土强度等级不太高,也可以选用32.5级水泥。
3)应选用C3S含量高、而C3A含量低(小于8%)的水泥。C3A含量过高,不但水泥水化速度加快,往往会引起水泥和高效外加剂相互适应的问题,不仅会影响超塑化剂的减水率,更重要的还会造成混凝土拌合物流动度的经时损失增大。当配制高性能混凝土时,一般不宜选用C3A含量高、细度细的R型水泥。
4)水泥中的碱含量应该与所配制的混凝土的性能要求相匹配。在含碱活性集料应该用较集中的环境下,应该限制水泥的总碱含量(Na2O+0.658K2O)不超过0.6%。
5)在充分试验的基础上,考虑其他高性能水泥。
(2)外加剂
用于高性能混凝土的外加剂主要为高效减水剂,其次还有缓凝剂、引气剂、泵送剂等,具体说明见表3-23。
表3-23 用于高性能混凝土的外加剂
(3)矿物细掺合料
矿物细掺合料为高性能混凝土的主要组成材料,它起到根本改变传统混凝土性能的作用。在高性能混凝土中加入较大量的磨细矿物掺合料,能够改善工作性,增进后期强度,改善混凝土内部结构,提高耐久性,节约资源等作用。其中某些矿物细掺合料还会起到抑制碱-集料反应的作用。可以将这种磨细矿物掺合料作为胶凝材料的一部分。高性能混凝土中的水胶比指的是水与水泥加矿物细掺合料之比。
矿物细掺合料与传统的水泥混合材不同,虽然两者同是粉煤灰、矿渣等工业废渣及沸石粉、石灰粉等天然矿粉,但是两者的细度有所不同,因为组成高性能混凝土的矿物细掺合料细度更细,颗粒级配更合理,具有更高的表面活性能,能充分发挥细掺合料的粉体效应,其掺量也远远高于水泥混合材。
不同的矿物细掺合料对改善混凝土的物理、力学性能及耐久性具有不同的效果,应该根据混凝土的设计要求和结构的工作环境加以选择。使用矿物细掺合料与使用高效减水剂一样重要,必须认真试验选择。
(4)集料
高性能混凝土对集料的外形、粒径、级配及物理、化学性能都有一定要求,但是砂石又是地方性材料,在满足基本性能的条件下应该因地制宜地选择。随着配制混凝土强度等级的提高,集料性能的影响将更加显著。
1)粗集料
天然岩石一般强度都在80~150MPa,所以对于C40~C80高性能混凝土,最重要的不是强度,而是粒形特征、品种、级配、粒径及碱活性等。
品种:应该选择质地坚硬未风化的岩石,比如石灰岩、辉绿岩、玄武岩等。岩石的密度越大,吸水率越低,压碎值越小,其力学性能往往越好。
粒形与级配:配制高性能混凝土应该选用针片状含量少的石子。针、片颗粒集料不但降低混凝土的流动性,且因其内部缺陷降低强度。石子具有良好的级配,才会使集料堆积密度增大,用于填充空隙的砂浆量减少,有助于混凝土体积稳定提高,配制高性能混凝土应该采用石子的连续级配,不宜在砂石场把其中粒径小于10mm的石子分离出去。在含泥量(包括含粉量)满足要求的前提下,对于中、低强度的混凝土,使用卵石与碎石没有明显差别,但是随着强度等级的不断提高,界面粘结性能变成控制因素,使用碎石或碎卵石优于卵石。
粒径:高性能混凝土应该选用粒径较小的石子。小粒径的石子,水泥浆体及单个石子界面周长和厚度都小,形成缺陷的几率小,有助于界面强度的提高。在水胶比相同的情况下,石子粒径越小,渗透系数就越小。当然石子粒径也不是越小越好,要同时满足强度和施工性能的要求。粗集料的品种和弹性模量对混凝土的弹性模量有比较大的影响,在配合比一样的情况下,石灰岩和辉绿岩配制的混凝土弹性模量高于花岗岩、砂岩配制混凝土的弹性模量。
2)细集料
高性能混凝土的细集料宜优先选用细度模量为2.6~3.2的天然河砂,同时应该控制砂的级配、粒形、含杂质量和石英含量。级配曲线平滑、粒形圆、石英含量高、含泥量及含粉细颗粒少为好,以免含有泥块和云母。当采用人工砂时,更应该注意控制砂子的级配和含粉量。若砂子中含有超量石子,不再另行筛分,则应该及时调整粗、细集料比。