第二章混凝土組成結構與性能--混凝土的微結構

1、1第二章 混凝土微結構與性能混凝土的微結構2本章提要微結構與性能關系是現(xiàn)代材料科學的核心?；炷恋奈⒂^結構高度不勻質且十分復雜， 因此對其建立模型并可靠地預測期性能很困難。但是，了解混凝土各組分微結構和性能的關系及其相互聯(lián)系，對性能進行控制還是有益的。本章敘述混凝土的三個組成相的微結構，包括水化水泥漿體、骨料和水泥漿、骨料之間的界面過渡區(qū)。最后，討論微結構與性能關系對強度、尺寸穩(wěn)定性和耐久性的影響。3本章內容2.1 定義2.2 重要性2.3 復雜性2.4 骨料相的微結構2.5 水化水泥晶體的微結構2.6 混凝土中的過渡區(qū)42.1 定義一個固體各個相的類型、數量、尺寸、形狀及其分布即構成了該固體

2、的微結構。宏觀結構一般是指用肉眼可見的、粗大的微結構；肉眼不可見的界限大約在1mm的1/5（200m）?！拔⒔Y構”這個術語是指宏觀結構中用顯微鏡放大才可見的部分?，F(xiàn)代的電子顯微鏡能夠放，大約105倍，因此，使用透射和掃描電子顯微鏡技術可以觀測材料中小至微米的微結構。52.2重要性在材料領域，材料的性能可以通過使材料微結構適當地變化得到改進。雖然混凝土是應用最為廣泛的結構材料，但它的微結構是不均質且高度復雜的。人們對混凝土微結構與性能關系的認識還不是很充分，所以在討論起影響混凝土的重要工程性質，如強度、彈性、收縮、徐變、開裂以及耐久性之前，了解微結構的基本構成是很有幫助的。62.3 復雜性從圖2

3、-1來看，兩個可以明顯區(qū)分開來的相是具有不同尺寸和形狀的骨料顆粒，以及不連續(xù)的起膠結性介質的水化水泥漿體。圖2-1混凝土試件拋光后的斷面從微觀水平上看，混凝土微結構的復雜性顯而易見。其微結構中的兩相既不是彼此均勻分布的，微結構本身也不是勻質的。例如，硬化水泥漿體中某些部位看上去像骨料一樣密實，而另一些則是多孔的（圖2-2）。圖2-2 水化水泥漿體的微結構8此外，如果將幾個水泥用量相同，但用水量不同的混凝土試件以不同的時間間隔進行檢測，可以看出，隨著水灰比減小，或隨著齡期增長，水泥漿體毛細孔的體積一般呈現(xiàn)減小趨勢。存在骨料時，臨近大顆粒骨料的水泥漿體的微結構通常與體系中水泥漿或砂漿本體存在非常大

4、的差異。事實上，在應力作用下，混凝土許多方面的表現(xiàn)，只有在將水泥漿與骨料的界面作為混凝土微結構的第三相時才能得到合理的解釋。9因此，混凝土微結構的獨特之處可以概括如下：首先，粗骨料顆粒附近的小范圍存在界面過渡區(qū)；其次，三相中的每一個相本身也是多相的；第三，混凝土的微結構不是材料固有的特性，水泥漿和過渡區(qū)，是隨時間、環(huán)境溫度與濕度而變化的。102.4 骨料相的微結構骨料相主要影響混凝土的單位質量、彈性模量和尺寸穩(wěn)定性?；炷恋倪@些性質在很大程度上取決于骨料的表觀密度和強度，而骨料的物理特性要比化學特性對其更具有決定性。除孔隙率外，粗骨料的形狀和構造也會影響混凝土的性能。圖2-3為一些骨料顆粒。1

5、1圖2-3 粗骨料顆粒的形狀和表面構造（a） 礫石，圓而光滑；（b） 碎石，各向等徑；（c）碎石，條形；（d）碎石，片狀；（e）輕骨料，多棱且粗糙；（f）輕骨料，圓而光滑12由于比混凝土其他兩相的強度高，骨料通常不直接影響混凝土的強度，除非是多孔軟弱顆粒，例如浮石。然而，粗骨料的粒徑和形狀間接地影響混凝土的強度。如圖2-4所示，混凝土骨料的粒徑越大，針片狀顆粒所占的比例越大，骨料表面聚集水膜的趨勢就越強，因此削弱了界面過渡區(qū)，這種現(xiàn)象稱之為泌水。13 圖2-4 （a）新拌混凝土泌水示意圖； （b）混凝土試件在單軸壓應力下的剪切黏結破壞可見泌水內部泌水142.5 水化水泥晶體的微結構水化水泥漿體

6、在這里的含義是指由硅酸鹽水泥制備的漿體。硅酸鹽水泥石一種灰色粉末，呈多棱角顆粒，粒徑為150m。它通過粉磨熟料和少量硫酸鈣得到。熟料的基本組成大約對應硅酸三鈣（C3S）、硅酸二鈣（C2S）、鋁酸三鈣（C3A）、鐵鋁酸四鈣（C4AF），在普通的硅酸鹽水泥里，它們的含量分別在45%60%、15%30%、6%12%和6%8%。15硅酸鹽水泥加水后的水化產物：(1)硅酸三鈣 硅酸三鈣與水作用時，反應較快，水化放熱量大，生成水化硅酸鈣(C-S-H)及氫氧化鈣(CH)，水化過程如下：2C3S+11H C3S2H8+3CH硅酸三鈣 水 C-S-H 氫氧化鈣(2)硅酸二鈣 硅酸二鈣與水作用時，反應較慢，水化放

7、熱小，生成水化硅酸鈣，也有氫氧化鈣析出，水化過程如下：2C2S+9H C3S2H8+CH硅酸二鈣 水 C-S-H 氫氧化鈣16 (3)鋁酸三鈣 u 無石膏環(huán)境 C3A與水水化生成不同結晶水的水化鋁酸鈣(C4AH19、C4AH13、C3AH6、C2AH8等。 C3A+21HC4AH13+C2AH8這種水化物是不穩(wěn)定的，隨后轉變?yōu)镃3AH6 (水石榴石)：C4AH13+C2AH8 2C3AH6+9Hu石膏環(huán)境 在有石膏的情況下，C3A與水快速反應最初形成三硫型水化硫鋁酸鈣( )，簡稱鈣礬石；若石膏在C3A完全水化前耗盡，則鈣礬石與C3A作用轉化為單硫型水化硫鋁酸鈣( )。3632C AS H412

8、C ASH17(4)鐵鋁酸四鈣 它的水化速率比C3A略慢，水化熱較低，即使單獨水化也不會引起快凝。其水化反應及其產物與C3A很相似，其代表性反應式如下：34126323346324123C AF3CSH21HC (A,F)S H(F,A)HC AFC (A,F)S H3C (A,F)SH(F,A)H 18圖2-5為用鋁酸鈣溶液與硫酸鈣溶液制備的混合物在掃描電子顯微鏡下的典型形貌；圖2-6為模擬充分水化的硅酸鹽水泥漿體微結構的各主要相。19圖2-5 將鋁酸鈣溶液與硫酸鈣溶液混合形成典型的單硫型硫鋁酸鹽水化物六方晶體和鈣礬石針狀晶體的掃描電鏡照片單硫型硫鋁酸鹽水化物鈣礬石20圖2-6 水化良好的硅

9、酸鹽水泥漿體模型 A：結晶很差的C-S-H顆粒聚集體。 H：六方晶體產物，如CH、C4AH19和 。 C：開始時由水分占據的空間沒有完全被水泥水化產物填充時形成的毛細孔。412C ASH21從圖2-6的水化水泥漿體的微結構中，可以觀察到它的各個相既不是均勻分布，其尺寸和形貌也不一致。在固相里，微結構的非勻質會對強度和其他祥光的力學性能造成嚴重的影響，因為這些性能是由微結構的最薄弱部分，而不是由微結構的平均水平所決定的。因此，除了微結構因水泥與水接觸發(fā)生化學變化的結果外，還需要注意新拌水泥漿體的流變性能，這也對硬化水泥漿體的微結構造成影響。222.5.1 水化水泥漿體中的固相水化水泥漿體中四種主

10、要固相的類型、數量和特征，可以用電子顯微鏡確定如下。水化硅酸鈣 硅酸鈣水化物相縮寫為C-S-H。在完全水化的水泥漿體里，C-S-H可占50%60%的體積，因此是決定漿體性能的主要相。C-S-H的形貌為從結晶差的纖維狀到網狀。由于它們呈現(xiàn)出膠體的尺度與聚集成叢的傾向，C-S-H結晶只能用電子顯微鏡來分辨。23雖然C-S-H準確的結構還是未知的，但研究人員已經提出了幾種模型來解釋它的性質。根據鮑爾斯布魯納爾（Powers-Brunaure）模型，它是一種層狀結構，有著巨大的比表面積。采用不同技術檢測得到的結果是：C-S-H表面積約在100700/g，其強度主要歸因為范德華力。據報道，其凝膠孔的尺度

11、，或固固距離在1.8nm左右；在費德曼賽雷達（Feldman-Sereda）模型里顯示C-S-H的結構呈無規(guī)則的，或扭絞的層狀排列，它們隨機地分布，形成不同形狀與尺寸（0.52.5nm）的層狀空間。24氫氧化鈣 氫氧化鈣結晶（也成波特蘭石）占是你漿體固相體積的20%25%。與C-S-H相反，氫氧化鈣是具有確定比例的化合物Ca(OH)2。它形成六角棱狀的大晶體，形貌各式各樣，通常從難以區(qū)分到大片堆疊，受可用空間、水化溫度以及體系中存在的不純物影響。與C-S-H相比，氫氧化鈣的比表面積很小，它對強度的貢獻有限。25硫鋁酸鈣水化物 硫鋁酸鈣水化物在水化晶體里占固相體積的15%20%，因此在微結構與性

12、能關系中只起到很小的作用。水化早起，硫/鋁離子比有利于形成三硫型的水化物 ，也稱“鈣礬石”，呈針狀棱柱形晶體。在普通的硅酸鹽水泥漿體里，“鈣礬石”最終轉變成單硫型水化物 ，呈六角形片狀晶體。單硫型水化物的存在使混凝土易受硫酸鹽的侵蝕。3632C AS H4318C AS H26未水化的水泥顆粒 取決于未水化水泥顆粒分布和水化程度，在水化水泥漿體的微結構中，可以找到一些未水化的熟料顆粒。如前所述，現(xiàn)在的硅酸鹽水泥粒徑一般為150m，隨著水化過程的進展，較小的顆粒首先溶解并從體系中小時，然后較大的顆粒逐漸變小。由于顆粒之間的間隙有限，水化產物都靠近正在水化的熟料顆粒結晶，看上去就像是圍繞它形成包覆

13、層。在后期，由于缺乏有效空間，熟料顆粒原位水化就形成非常密實的水化產物，其形貌與熟料顆粒原貌相像。272.5.2 水化水泥漿體里的孔除了固相外，水化水泥漿體里還有幾種各類型的孔，對其性能有重要影響。水泥漿體中的固相和孔的典型尺寸見下圖2-7（a）。我們將人的身高直到火星的直徑分布列在圖2-7（b）。28圖2-7 （a）水化水泥漿體中，固體和孔隙的尺寸范圍；C-S-H夾層中的顆粒間的空隙毛細孔水泥漿體中Ca(OH)2和低硫的硫酸鹽六方晶體C-S-H顆粒聚集體引入的氣泡為提高耐洗滌性所引入氣泡的最大間距帶入的氣泡29圖2-7 （b） 圖中尺寸范圍包括7個數量級，用人的身高作為起點，火星的直徑作為終

14、點。人鯨埃菲爾鐵塔金門大橋的跨距珠穆朗瑪峰大月坑弗洛伊德颶風火星直徑30C-S-H中的層間孔 鮑爾斯層假設C-S-H結構里的層間孔寬度為1.8nm并確定固相C-S-H的孔隙率為28%；然而，費德曼和賽雷達認為層間孔寬度應在0.52.5nm。這樣的孔徑足夠小，不會對水化水泥漿體的強度和滲透性產生不利影響。然而，這些微孔中的水分由氫鍵維持，在一定條件下會失去這些水分從而產生干縮和徐變。31毛細孔 毛細孔代表沒有被水化水泥漿體的固相產物所填充的空間。1cm3的水泥完全水化大概需要2cm3的空間來容納。因此，水泥的水化可以看作是一個原來被水泥和水占據的空間，越來越多地被水化產物所填充的過程。沒有被水泥

15、或者水化產物所占據的空間就成為毛細孔，毛細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。32在下面要介紹一種計算不同水灰比或不同水化度條件下，硅酸鹽水泥漿體毛細孔總體積（俗稱孔隙率）的方法。在充分水化的低水灰比漿體中，毛細孔在1050nm的范圍內；在高水灰比漿體中，水化早起的毛細孔可大到35m；在用壓汞儀測試幾個水化水泥漿試件的典型孔徑的分布點示于圖2-8。33圖2-8 (a) 水化水泥漿體中孔徑的分布,同一齡期，不同水灰比擴散體積/(mL/g) 孔徑/0.1nm34圖2-8 （b)水化水泥漿體中孔徑的分布，同一水灰比，不同齡期擴散體積/(mL/g)

16、孔徑/0.1nm35氣孔 毛細孔的形狀是無規(guī)則的，氣孔則一般呈球形?；炷涟韬线^程中水泥漿體里通常會帶入少量空氣?？梢杂心康牡卦诨炷晾飺饺胪饧觿﹣硪胛⑿〉臍馀?。帶入的氣泡可能達到3mm，同時引入的氣泡在50200m。因此，無論是帶入的氣泡還是引入的氣泡，都遠大于水化水泥漿體里的毛細孔，這都會對強度產生不利影響。362.5.3 水化水泥漿體中的水分實際上，依據環(huán)境濕度和漿體的孔隙率的情況，未經處理的漿體可能保持大量水分。如前面討論過的固相和氣相，水分也可以以多種形式存在與混凝土中。根據水分從水化水泥漿體中遷移的難易程度，可以講其分為幾種類型。37毛細孔水 存在于5nm以上孔隙里的水被稱為毛細

17、孔水。它不受固體表面存在的吸引力的作用。事實上，水化水泥漿體里的毛細孔水可以分為兩類：在毛細孔大于50nm中的水成為自由水（因為它的遷移不會引起任何體積變化）；較小的毛細孔（550nm）里的水手毛細張力作用，失水時會引起系統(tǒng)收縮。38吸附水 這是一種靠近固相表面的水。在引力作用下，漿體中的水分子物理吸附到固相表面，被氫鍵物理吸附可達6個水分子層（1.5nm）。由于水分子的鍵能隨其與固相表面的距離減小，當水泥漿體干燥至30%的相對濕度時，會失去大部分吸附水。失去吸附水會使水化水泥漿體收縮。39層間水 這是一種與C-S-H結構相關聯(lián)的水。在C-S-H的層與層之間，一個單分子水層牢固地被氫鍵所鍵合。

18、層間水只有在強烈的干燥作用下（即相對濕度低于11%）才會失去，失去層間水時C-S-H結構會發(fā)生明顯的收縮。40化學結合水 這種水是構成各種水泥水化產物微結構的一部分。干燥時這種水不會失去，只有受熱使水化物分解時才會失去。根據費德曼賽雷達模型，與C-S-H相關聯(lián)的各種不同類型的水如圖2-9所示。41圖2-9 與硅酸鈣水化物相關的各種類型水分的圖解模型層間水毛細管水物理吸附水422.5.4 水化水泥漿體中的微結構性能關系硬化混凝土的工程特性強度、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影響，而它又取決于微結構的特征（即固相和孔的類型、數量及分布）。水化水泥漿體的微結構與性能關系討

19、論如下所述。43強度 水化水泥漿體固相產物的強度，主要來源于范德華引力的存在。兩固相表面間的粘附力來自這種物理作用。粘附作用的程度決定于所涉及表面的范圍和本質。細小的C-S-H、硫鋁酸鈣水化物、六角形的鋁酸鈣水化物漿體擁有巨大的表面積和粘附力，硅酸鹽水泥的水化產物不僅彼此牢固地粘結在一起，而且還可以與表面積較小的固相，例如氫氧化鈣、未水化熟料顆粒以及粗、細骨料顆粒黏結牢固。44眾所周知，固相的孔隙率和強度之間存在反比關系。材料的強度由其固相所決定，因此孔隙會對強度產生危害。假定1cm3水泥產生2cm3水化產物，鮑爾斯做過一項簡單的計算，以證明毛細孔隙率隨不同水灰比水泥漿體的水化程度而有所差異。

20、根據他的工作，圖2-10展示了兩種情況，即水化程度提高（情況A）條件下，或水灰比降低（情況B）條件下，毛細孔隙率逐漸減小的過程。45圖2-10 (a)毛細孔隙率隨水灰比和水化程度的變化情況A 100cm3水泥，水灰比W/C=0.63，不同的水化程度，如圖所示漿體的總體積/cm3 毛細管孔隙水化產物未水化水泥水化天數水化程度46圖2-10 (b)毛細孔隙率隨水灰比和水化程度的變化情況B 100 cm3水泥，100%水化，不同的水灰比，如圖所示漿體的總體積/cm3 47在情況A中，若水灰比為0.63的漿體中含有100cm3水泥，就需要200 cm3的水，漿體總體積為300 cm3。水泥的水化程度取

21、決于養(yǎng)護條件（水化持續(xù)時間、溫度與濕度）。假設在ASTM標準養(yǎng)護條件下（231）濕養(yǎng)護），7d、28d和365d水化水泥的體積分別為計算固相體積（未水化水泥加上水化產物）150 cm3、175 cm3、和200 cm3的50%、75%和100%。毛細孔體積可以從獲得的總體積和固相總體積之差求得，在水化7d、28d和365d，該體積分別為50%、42%和33%。48在情況B中，水灰比對應為0.7、0.6、0.5和0.4制備的四種水泥漿體，假定水化程度為100%。水泥體積一定時，用水量最大的漿體可獲得的空間總體積最大，但是在水化完成后，所有這4中漿體都將產生等量的固相水化產物。但是在水灰比分別為0

22、.7、0.6、0.5和0.4的漿體總空間則分別為320 cm3、288 cm3、257 cm3和225 cm3，經計算得到的毛細孔隙率分別為37%、30%、22%和11%，在本節(jié)所設定的條件下，水灰比為0.32的漿體，當水泥全部水化時將不會有毛細孔存在。49對于正常水化的硅酸鹽水泥漿體，鮑爾斯認為抗壓強度fc和固空比（x）之間存在指數關系fc=(x)3，當=234MPa，假設水化程度一定，例如25%、50%、75%和100%，可以用鮑爾斯公式計算出水灰比增大對孔隙率和強度的影響。結果見圖2-11（a）。50圖2-11 （a)水灰比和水化程度對強度和滲透性的影響抗壓強度/MPa強度滲透性固/空比

23、（1-P）滲透系數（cm/s10-12）51圖2-11 （b)水灰比和水化程度對強度和滲透性的影響 水灰比水化毛細管孔隙，體積分數P52尺寸穩(wěn)定性 飽水的水化水泥漿體在尺寸上是不穩(wěn)定的，當然只要保持相對濕度在100%，實際上沒有發(fā)生尺寸變化。但是，當漿體暴露在相對濕度低于100%環(huán)境時，材料將開始失水并收縮。LHermite描述過飽水的水化水泥漿體失水，一方面與相對濕度有關（圖2-12），另一方面與干縮有關。53圖2-12（a）失水是相對濕度的函數；（b）水泥砂漿的收縮是失水的函數 失水相對濕度失水 收縮結合水吸附水自由水 束縛水舊水泥漿新水泥漿54一旦相對濕度大于100%，大毛細孔（例如大于

24、50nm）內的自由水就開始逸出到周圍環(huán)境，由于自由水并不以任何一種物理化學鍵附著于水化產物的微結構上，因此失去自由水時不會伴隨產生收縮，如圖2-12中曲線“AB”所示。所以將飽水的水化水泥漿體放置于稍低于100%相對濕度的環(huán)境中，在產生任何收縮前可能去失去大量可蒸發(fā)水。55當已失去大部分自由水之后，繼續(xù)干燥進一步失水會導致明顯的收縮，這種現(xiàn)象見圖2-12中曲線“BC”，主要原因在于吸附水和細小毛細孔里的水已經失去（圖2-9）。它表明，在兩個固相表面之間的狹小空間里，吸附水會引起拆開壓。吸附水失去會使拆開壓減小，引起系統(tǒng)收縮。C-S-H層狀結構中以單分子水膜存在的層間水，在干燥條件嚴酷時也會失去

25、。56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對材料是有害的。在這類條件下，不透水性（或稱水密性）就成為決定耐久性的首要因素。水化水泥漿體的抗?jié)B性是非常具有價值的特性，因為假定水化水泥漿體不透水，混凝土也就是不透水的（混凝土的骨料一般假設為不透水的）。將滲透性定義為：流體在壓力下可以順暢地流經固體的能力。顯然，固體微結構中孔徑大小于連續(xù)性決定它的滲透性。鮑爾斯的滲透性試驗測定結果繪制的圖2-11中的滲透性曲線可以說明這一點。57 圖2-13 不同水灰比水泥漿體中小孔的分布曲線28d，水灰比0.6、0.7、0.8和0.9的試件中小于132nm的孔隙的孔徑分布孔徑/10nm擴散體積/

26、(mL/g)58關于圖2-11所示的滲透性與孔隙率之間的指數關系，可以從不同類型的孔對滲透性的影響得到理解。當水化進行時，原有不連續(xù)的水泥顆粒之間的空隙逐漸被水化產物所填充。圖2-10顯示出，總毛細孔隙率由水灰比（即原來水泥顆粒之間的毛細空間）和水化程度所決定。它隨著水灰比的減小和水化程度的提高而減小。用壓汞儀對水泥漿體的研究（圖2-8），要根據不同的水灰比水化到不同齡期的結果表明，水化水泥漿體總孔隙率的降低是和大孔的減少有關（圖2-13）。59從圖2-11所示的數據可明顯看出：當毛細孔的體積分數從0.4下降到0.3時，滲透系數呈指數降低。因此，看來在這個范圍的毛細孔隙率，是當水化水泥漿體中毛

27、細孔的體積和尺寸兩者都減小到這樣的程度，即彼此之間已不再相互連通。這使得充分水化了的水泥漿體滲透性比初齡的漿體降低了大約106倍。鮑爾斯認為：完全水化的水泥漿體，即使水灰比為0.6，也可以像巖石般密實而不透水。602.6 混凝土中過渡區(qū)2.6.1 過渡區(qū)的重要性2.6.2 過渡區(qū)微結構2.6.3 過渡區(qū)強度2.6.4 過渡區(qū)對混凝土性能的影響612.6.1 過渡區(qū)的重要性對于以下情況，你是否曾經思考過為什么：混凝土受拉時是脆性的，而在受壓時相對堅韌？混凝土的各組分分別進行單軸受壓試驗時呈彈性直至破壞，而混凝土本身卻呈現(xiàn)非彈性行為？一種混凝土的抗壓強度要比其抗拉強度高一個數量級？給定水泥用量、水

28、灰比和水化兩期的砂漿要比相應的混凝土強度高？此外，隨著粗骨料的粒徑增大，混凝土強度下降？即使使用非常密實的骨料，混凝土的滲透性仍然要比相應的水泥漿體大一個數量級？在火災中，混凝土的彈性模量要比其抗壓強度的下降更迅速？62上述以及其他許多謎一般有關混凝土表現(xiàn)問題的答案，主要是因為粗骨料顆粒和水化水泥漿體之間存在著過渡區(qū)。雖然它的組成和水化水泥漿體相同，但其微結構與性能不同于水泥漿體本體，因此將它作為一個單獨的相來處理。632.6.2 過渡區(qū)微結構由于存在試驗上的難度，有關混凝土過渡區(qū)的信息很少。但是，根據Maso的描述，自混凝土澆筑時期，過渡區(qū)的發(fā)展順序為如下所述。首先，新壓實的混凝土中，大顆粒

29、骨料周圍形成水膜；隨后，水泥漿本體中，由硫酸鈣和鋁酸鈣分解產生的鈣、硫酸根、氫氧根以及鋁酸根離子，結合生成鈣礬石和氫氧化鈣。最后，隨著水化的進展，結晶不良的C-S-H和次生的鈣礬石、氫氧化鈣晶體開始填充在大鈣礬石和氫氧化鈣晶體構架之間的孔隙里。64圖2-14（a）界面過渡區(qū)中氫氧化鈣晶體的掃描電鏡照片；65圖2-14（b）混凝土中界面過渡區(qū)和水泥漿基體的示意圖骨料界面過渡區(qū)水泥漿基體鉛研石66在早期，特別是發(fā)生大量內泌水時，界面過渡區(qū)中孔的體積和尺寸比水泥砂漿或砂漿本體大。結晶化合物如氫氧化鈣和鈣礬石其尺寸和數量在界面過渡區(qū)中也較大。裂縫易于在垂直C軸的方向形成。這些作用導致混凝土中過渡區(qū)的強

30、度低于水泥漿本體。672.6.3 過渡區(qū)強度水化產物和骨料顆粒之間的黏結力也是范德華力，過渡區(qū)中任意一點的強度取決于孔的體積和尺寸。即使是低水灰比混凝土，在早齡期，過渡區(qū)孔的體積和尺寸也要大于砂漿本體中的體積和尺寸。因此，過渡區(qū)的強度就較差。然而，隨著齡期的增長，過渡區(qū)的強度可以等于甚至高于砂漿本體的強度。68除毛細孔體積大和氫氧化鈣結晶的取向結構外，混凝土過渡區(qū)強度差的主要原因是存在微裂縫。微裂縫的數量取決于很多參數，包括骨料尺寸和級配、水泥用量、水灰比、新拌混凝土搗實程度、養(yǎng)護條件、環(huán)境濕度以及混凝土的溫度發(fā)展歷程。69在相同條件下，骨料粒徑越大，水膜越厚。這種條件下形成的過渡區(qū)因骨料和水泥漿體位移出現(xiàn)差異時，受拉應力作用時就易于開裂。這種位移差異通常發(fā)生在混凝土受冷或受干燥作用時。換句話說，混凝土在受到荷載作用之前，過渡區(qū)就已經存在微裂縫。顯然，短暫的沖擊和在、干