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摘要：高性能混凝土所用的原材料，除传统混凝土所用的水泥、砂、石和水四大组成，还有化学外加剂和矿物掺合料。由于高性能混凝土的高性能要求和配制特点，因此，高性能混凝土和普通混凝土所用原材料的要求有所不同。
关键词：高性能混凝土；原材料；试验方法
引言
混凝土的组成材料中，水和水泥组成为水泥浆体，硬化后成为水泥石，而砂子和石子分别为混凝土的细集料和粗集料，所以混凝土是一复合材料。一般情况下，细集料的外观体积应该能填满粗集料的空隙，细颗粒填入的空隙中组成较为密集的堆聚体，砂子等细集料也称为分散相或粒子相。而水泥浆具有胶凝作用，在混凝土中呈连续分布，称为连续相或基体，它把集料牢固地胶结成一个整体，使两相物质共同抵抗外力作用和环境对混凝土的侵蚀作用。
一、高性能混凝土原材料性能要求
1、水泥
在普通混凝土的水泥浆中，由于水泥水化后仍剩余许多水分及空气，于是产生许多孔隙，使混凝土的强度及耐久性降低。因此，要混凝土达到高性能，首先要选择合适的水泥。
用于生产高性能混凝土的水泥必须兼有高的28d抗压强度和好的流变性。一般宜选用不低于42.5强度等级的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。好的流变性意味着使用此水泥掺用适量的高效减水剂，在运输和浇筑过程中，可以控制混凝土的坍落度损失和保持良好的工作性。由于论文试验均按工程要求配制的是高性能泵送混凝土，因此，对混凝土的流变性和保水性有较高的要求。
2、集料
对于配制高性能混凝土用的集料选择，细集料应选择质地均匀坚固、级配良好、吸水率低的中粗河砂或人工砂，一般其细度模数应大于2.6，含泥量应小于1.5%；粗集料应选择抗压强度高和表面相对粗糙的品种，级配良好的石灰岩、花岗岩等碎石或碎卵石，最大粒径不大于25mm，针片状颗粒含量不大于5%，含泥量不大于1%。试验选用的细集料是特细砂与人工砂配制的混合砂，混合砂的细度模数为中砂范围。
3、聚羧酸系高效减水剂
掺加聚羧酸系高效减水剂的混凝土具有强度高和耐热性、耐久性、耐候性好等优异性能。其特点是在高温下坍落度损失小，具有良好的流动性，在较低的温度下不需要大幅度增加减水剂的加入量。
4、粒化高炉矿渣粉
高炉炼铁时的熔渣经骤冷处理而成的质地疏松、多孔的细小颗粒，称为粒化高炉矿渣。通常熔融的矿渣直接流入水池中急冷，故又称水淬矿渣，俗称水渣。
矿渣的主要化学成分为氧化钙、氧化铝及氧化硅，它们占总量的90%以上，还有少量的氧化镁、氧化铁及一些硫化物。以氧化钙、氧化铝含量高而氧化硅含里低者，活性较大，质量较好。
掺入矿渣后的水泥有以下特点：抗溶出性侵蚀及抗硫酸盐侵蚀能力较强；水化热低；早期强度低，后期增长率高；环境温度对凝结硬化影响较大；保水性差，易泌水；干缩较大；抗冻、耐磨性较差；碳化速度快，深度深；耐热性较高。
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5、优质粉煤灰
在混凝土中掺加粉煤灰，一方面，可以减少水泥用量，降低成本：另一方面，粉煤灰可以改善砂子的级配，填充一部分砂粒之间的微小空隙，间接地降低混凝土的水灰比，使密实度和抗渗性有一定提高；能提高混凝土的和易性，减少混凝土外表气泡；利用粉煤灰的“活性效应”、“少界面效应”及“减水效应”等多种综合效应的作用，大量替代水泥，减少混凝土的水化热及水化温升，有效降低温度收缩应力。采用粉煤灰为粉细料时，应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定。粉煤灰宜选用II级以上粉煤灰并确定供应厂商。
二、高性能混凝土原材料试验方法
1、水泥试验方法
对水泥的试验主要是关于水泥密度、比表面积、细度、颗粒组成、稠度的测定。
1）水泥密度测定的试验方法。水泥密度的测定主要是传统的液体排代法和新型气体排代法。液体排代法的原理是恒温下，用煤油置换出水泥体积，以李氏瓶细胫刻度测出。该方法的优点在于经济，而缺点是操作复杂、需考虑样本水化因素和耗时较长；气体排代法用氦气分子作为介质，通过仪器测定水泥样品体积。这种方法测出的体积就是样本的实际体积，时间更短且不对水泥作用。
2）比表面积测定试验方法。比表面积测定有透气法和勃氏法两种。透气法和勃氏法都是由测定定量空气透过一定水泥层的时间而得到比表面积值的。透气法是人工对表面积细度进行筛选和测量，它对过细和多孔的物料测试准确度低且对水泥性能相关的融入较弱；而勃氏法采用电子计时和智能化的勃氏仪自动测定结果。这大大提高了测试的准确度同时也解决了水泥性能相关性。
3）水泥细度测定的试验方法。细度的试验方法应用较广泛的是手工筛析法，水筛法，和负压筛析法。手工筛析法是采用不同规格的筛对水泥试样进行筛析，得出余物质量率表示细度。该法对标准筛的选用有很高要求，测定因人工操作偏差较大；水筛法是用筛网和喷头对水泥样品进行筛析取得细度。水筛法与之前的人工法相比较可以使筛析的力度更为均匀从而减少误差，但相对的烘干过程也增加了测量时间；负压筛法则直接利用精密的负压筛析仪测定试验指标。与前两种方法相比较，负压筛法更节省时间和精确。当与水筛法或手工干筛法测定结果发生争议时试验标准规定优先选择负压筛法。
4）颗粒组成测试的试验方法。水泥颗粒组成测定有沉降法和激光衍射方法两种。沉降法即利用体积不同泥颗粒在液体中的沉降速度的差异来测定颗粒含量。这种方法难操作、耗时久、计算量大且对混合测试不准；激光衍射方法通过激光粒度分析仪直接测得，它操作简单、只需几分钟且适用广泛，但分析仪多为进口所以成本较大。
2、集料骨料的试验
粗集料、细集料的试验内容有测定表观密度和颗粒含量的测定。
1）测表观密度：网篮法主要以网篮为主要工具对集料不同状态下的质量进行测定后通过计算取得表观密度。这种测算方法人工介入的成分太多，过程中容易丢失样品，且对饱和面干状态判定较为主观，测定偏差较大，且费时；容量瓶法是应用容量瓶为载体，测试中采用对容量瓶的质量变化来测算集料变化。这种方法操作简单且数值取得相对客观，但试验过程中需要严格控制水温。一旦两次测算结果差大于0.01克/每立方米时，须重新试验；李氏比重瓶法是以集料入水前后质量变化通过比重瓶刻度直接测量计算密度。这种方法充分考虑了集料接触试验工具产生的损耗，它的用时相对较短，试验数据取得较为可靠。
2）集料颗粒含量测算的试验方法。主要有规准仪法和游标卡尺法。规准仪法就是使用针片状规准仪先目测挑出规则颗粒后对不规则颗粒分别进行针、片判定。用于测定粗集料和评价集料的形状；游标卡尺法是利用游标卡尺测定一定粒径以上的沥青混合料或基层材料的针片状颗粒含量。
3、矿物外加剂试验
矿物外加剂主要对矿物外加剂与水泥之间的适应性进行试验，这里主比较矿物外加剂密度测定的两种试验方法即比重瓶法和精密比重计法。
比重瓶法在前面集料部分已经讲述了，它在粉末和微粒密度精确测试上表现卓越；精密比重计法则是使用精密比重计和波美比重计直观测量液体外加剂溶液，由于在液体中进行测量使得选材上较受局限，而且直观目测误差会相对较大，所以在两种方法出现仲裁时以前者为准。
三、结语
对于相同的混凝土配合比，不同的原材料对高性能混凝土的强度、工作性的影响不同。原材料的选择和配合比的设计考虑对清水混凝土外观质量、强度和耐久性等的影响。所以，对原材料试验方法的研究具有重要意义。
参考文献
[1]《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424—2010）[S].2010.
[2]《铁路混凝土》（TB/T3275-2011）[S].2011
[3]《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB10005-2010）[S].2010.
论文作者:刘欣
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/5
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