混凝土的微觀結(jié)構(gòu)

1、混凝土的微觀結(jié)構(gòu) 喬貝 任亞楠 混凝土的微觀結(jié)構(gòu) 2.1定義 2.2重要性 2.3復(fù)雜性 2.4骨料相的微結(jié)構(gòu) 2.5水化水泥漿體的微結(jié)構(gòu) 2.6混凝土中的過(guò)渡區(qū) 2.1定義 微結(jié)構(gòu)：是指宏觀結(jié)構(gòu)中用顯微鏡放大才可見(jiàn)的部 分。 所謂宏觀結(jié)構(gòu)一般是指用肉眼可見(jiàn)的、粗大的微結(jié) 構(gòu);肉眼不可見(jiàn)的界限大約在1mm的五分之一。 一個(gè)固體各個(gè)相的類型、數(shù)量、尺寸、形狀及其分 布即構(gòu)成了該固體的微結(jié)構(gòu)。 2.2重要性 材料領(lǐng)域的進(jìn)步首先在于可以從內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)認(rèn) 識(shí)到其性能由來(lái)的機(jī)理。換句話說(shuō)，性能可以通過(guò) 使材料微結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)刈兓玫礁倪M(jìn)。雖然混凝土是 應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)材料，但它的微結(jié)構(gòu)是不均質(zhì) 且高度復(fù)

2、雜的。所以研究它的微結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。 2.3復(fù)雜性 從微觀水平上看，混凝土微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性顯而易見(jiàn)。 其微結(jié)構(gòu)中的兩相既不是彼此均勻分布的，微結(jié)構(gòu) 本身也不是勻質(zhì)的。 混凝土微結(jié)構(gòu)的獨(dú)特之處： 1.粗骨料顆粒附近的小范圍存在界面過(guò)渡區(qū) （顆粒周邊呈10-50um厚度的薄殼） 2.三相中的每一個(gè)相本身也是多相的。 3.混凝土的微結(jié)構(gòu)不是材料固有的特性（因?yàn)樗酀{ 和過(guò)渡區(qū)是隨時(shí)間、環(huán)境溫度與濕度而變化的） 2.4骨料相的微結(jié)構(gòu) 骨料相主要影響混凝土的單位質(zhì)量、彈性模量和尺 寸穩(wěn)定性?；炷恋倪@些性質(zhì)在很大程度上取決于 骨料的表觀密度和強(qiáng)度，而骨料的物理特性要比化 學(xué)特性對(duì)其更具有決定性。 孔隙率和粗

3、骨料的形狀和構(gòu)造也會(huì)影響混凝土的性 能。由于比混凝土其他兩相的強(qiáng)度高，骨料相通常 不直接影響普通混凝土的強(qiáng)度，除非是多孔和軟弱 顆粒。 2.5水化水泥漿體的微結(jié)構(gòu) 水化水泥漿體在這里的含義是指由波特蘭水泥（以 下稱硅酸鹽水泥）制備的漿體。硅酸鹽水泥是一種 灰色粉末，呈多棱角顆粒，粒徑約為15um。它通 過(guò)粉磨熟料和少量硫酸鈣得到，熟料是由氧化鈣和 硅、鋁、鐵的氧化物經(jīng)高溫反應(yīng)產(chǎn)生的幾種化合物 非勻質(zhì)的混合物而生產(chǎn)出的。熟料基本組成大約對(duì) 應(yīng)為C3S、C2S、C3A和C4AF。 2.5水化水泥漿體的微結(jié)構(gòu) 鈣礬石的形成： 在水泥水化的幾分鐘里，鈣、硫酸鹽、鋁酸鹽與氫氧 根反應(yīng)的結(jié)果，是針狀結(jié)晶的

4、硫鋁酸鈣水化物，即 “鈣礬石”就開(kāi)始出現(xiàn)。幾小時(shí)后，大的棱柱狀氫 氧化鈣結(jié)晶和細(xì)小纖維狀的硅酸鈣水化物，開(kāi)始填 充先前由水和未溶解水泥顆粒占據(jù)的空間。幾天后， “鈣礬石”可能會(huì)不穩(wěn)定并分解為單硫型的硫酸鹽 水化物，形貌為六角形片狀。六角形片狀也是鋁酸 鈣水化物的形貌，它在硫酸鹽不足或高鋁的硅酸鹽 水泥中形成。 2.5.1水化水泥漿體的固相 水化硅酸鈣（C-S-H可占50%60%的體積，是決 定漿體性能的主要相。） 氫氧化鈣（具有確定比例的化合物，它形成六角棱 狀的大晶體，形貌各式各樣。） 硫鋁酸鈣水化物 未水化的水泥顆粒 2.5.2水化水泥漿體里的孔 C-S-H中的層間孔（這些微孔中的水分會(huì)被

5、氫鍵所 保持，在一定條件下會(huì)失去并產(chǎn)生干縮和徐變） 毛細(xì)孔（它代表沒(méi)有被水化水泥漿體的固相產(chǎn)物所 填充的空間。毛細(xì)孔的體積和尺寸由新拌水泥漿中 未水化水泥顆粒的間距即水灰比，以及水泥水化的 程度所決定。） 氣孔（毛細(xì)孔的形狀是無(wú)規(guī)則的，氣孔則一般呈球 形?；炷涟韬线^(guò)程中水泥漿體里通常會(huì)帶入少量 空氣。） 2.5.3水化水泥漿體中的水分 毛細(xì)孔水（存在于5nm以上孔隙里的水） 吸附水（靠近固相表面的水） 層間水（這是一種與C-S-H結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的水，在C- S-H的層與層之間，一個(gè)單分子水層牢固地被氫鍵 所鍵合） 化學(xué)結(jié)合水（這種水是構(gòu)成各種水泥水化產(chǎn)物微結(jié) 構(gòu)的一部分） 2.5.4水化水泥漿體

6、中的微結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系 硬化混凝土的工程特性強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性與耐久性， 不僅受配合比影響，還受水化水泥漿體的性質(zhì)影響， 而它又取決于微結(jié)構(gòu)的特征（固相和孔的類型、數(shù) 量及分布） 1.強(qiáng)度 水化水泥漿體固相產(chǎn)物強(qiáng)度，主要來(lái)源于范德華力的 存在。兩固相表面間的黏附力來(lái)自這種物理作用。 （孔隙會(huì)對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生危害） 2.5.4水化水泥漿體中的微結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系 2.尺寸穩(wěn)定性 保水的水化水泥漿體在尺寸上是不穩(wěn)定的，當(dāng)然只要 保持相對(duì)濕度在100%，實(shí)際上沒(méi)有發(fā)生尺寸變化。 3.耐久性 水化了的水泥漿體是堿性的，因此暴露于酸性水中時(shí) 對(duì)材料是有害的。在這類條件下，不透水性或成水 密性就成為決定耐久性的首要因素。 2.6混凝土中的過(guò)渡區(qū) 粗骨料顆粒和水化水泥漿體之間存在著過(guò)渡區(qū)，雖 然它的組成和水化水泥漿體相同，但其微結(jié)構(gòu)與性 能不同于水泥漿體。 過(guò)渡區(qū)的發(fā)展順序： 首先，新壓實(shí)的混凝土中，大顆粒骨料周圍形成水膜。 隨后，水泥漿體本體中，鈣、硫酸根、氫氧根以及鋁 酸根離子，結(jié)合生成鈣礬石和氫氧化鈣。由于水灰 比比較大，這些靠近粗骨料的結(jié)晶產(chǎn)物為較粗大的 晶體，因此形成比水泥漿或砂漿本體更多孔隙的構(gòu) 架；板狀的氫氧化鈣晶體趨向形成定向?qū)印?2.6混凝土中的過(guò)渡區(qū) 最后，隨著水化的進(jìn)展，結(jié)晶不良的C-S-H和次生的 鈣礬石、氫氧化鈣晶體開(kāi)始填充在大鈣礬石和氫氧 化鈣晶