混凝土的微观结构

2.5水化水泥浆体的微结构
• 钙矾石的形成： 在水泥水化的几分钟里，钙、硫酸盐、铝酸盐与氢氧 根反应的结果，是针状结晶的硫铝酸钙水化物，即 “钙矾石”就开始出现。几小时后，大的棱柱状氢 氧化钙结晶和细小纤维状的硅酸钙水化物，开始填 充先前由水和未溶解水泥颗粒占据的空间。几天后， “钙矾石”可能会不稳定并分解为单硫型的硫酸盐 水化物，形貌为六角形片状。六角形片状也是铝酸 钙水化物的形貌，它在硫酸盐不足或高铝的硅酸盐 水泥中形成。
源自文库.2重要性
• 材料领域的进步首先在于可以从内部的微观结构认 识到其性能由来的机理。换句话说，性能可以通过 使材料微结构适当地变化得到改进。虽然混凝土是 应用最为广泛的结构材料，但它的微结构是不均质 且高度复杂的。所以研究它的微结构至关重要。
2.3复杂性
• 从微观水平上看，混凝土微结构的复杂性显而易见。 其微结构中的两相既不是彼此均匀分布的，微结构 本身也不是匀质的。 • 混凝土微结构的独特之处： 1.粗骨料颗粒附近的小范围存在界面过渡区 （颗粒周边呈10-50um厚度的薄壳） 2.三相中的每一个相本身也是多相的。 3.混凝土的微结构不是材料固有的特性（因为水泥浆 和过渡区是随时间、环境温度与湿度而变化的）
2.5.1水化水泥浆体的固相
• 水化硅酸钙（C-S-H可占50%~60%的体积，是决 定浆体性能的主要相。） • 氢氧化钙（具有确定比例的化合物，它形成六角棱 状的大晶体，形貌各式各样。） • 硫铝酸钙水化物 • 未水化的水泥颗粒
2.5.2水化水泥浆体里的孔
• C-S-H中的层间孔（这些微孔中的水分会被氢键所 保持，在一定条件下会失去并产生干缩和徐变） • 毛细孔（它代表没有被水化水泥浆体的固相产物所 填充的空间。毛细孔的体积和尺寸由新拌水泥浆中 未水化水泥颗粒的间距即水灰比，以及水泥水化的 程度所决定。） • 气孔（毛细孔的形状是无规则的，气孔则一般呈球 形。混凝土拌合过程中水泥浆体里通常会带入少量 空气。）
2.尺寸稳定性 保水的水化水泥浆体在尺寸上是不稳定的，当然只要 保持相对湿度在100%，实际上没有发生尺寸变化。 3.耐久性 水化了的水泥浆体是碱性的，因此暴露于酸性水中时 对材料是有害的。在这类条件下，不透水性或成水 密性就成为决定耐久性的首要因素。
2.6混凝土中的过渡区
• 粗骨料颗粒和水化水泥浆体之间存在着过渡区，虽 然它的组成和水化水泥浆体相同，但其微结构与性 能不同于水泥浆体。 • 过渡区的发展顺序： 首先，新压实的混凝土中，大颗粒骨料周围形成水膜。 随后，水泥浆体本体中，钙、硫酸根、氢氧根以及铝 酸根离子，结合生成钙矾石和氢氧化钙。由于水灰 比比较大，这些靠近粗骨料的结晶产物为较粗大的 晶体，因此形成比水泥浆或砂浆本体更多孔隙的构 架；板状的氢氧化钙晶体趋向形成定向层。
2.5水化水泥浆体的微结构
• 水化水泥浆体在这里的含义是指由波特兰水泥（以 下称硅酸盐水泥）制备的浆体。硅酸盐水泥是一种 灰色粉末，呈多棱角颗粒，粒径约为1~5um。它通 过粉磨熟料和少量硫酸钙得到，熟料是由氧化钙和 硅、铝、铁的氧化物经高温反应产生的几种化合物 非匀质的混合物而生产出的。熟料基本组成大约对 应为C3S、C2S、C3A和C4AF。
2.6混凝土中的过渡区
最后，随着水化的进展，结晶不良的C-S-H和次生的 钙矾石、氢氧化钙晶体开始填充在大钙矾石和氢氧 化钙晶体构架之间的孔隙里，这有助于提高过渡区 的密实度。 强度---水化产物和骨料颗粒之间的黏结力也是范德瓦 尔兹引力，过渡区中任意一点的强度取决于孔的体 积和尺寸。 过渡区是链条中最薄弱的一环，被视为混凝土中的强 度限制相。
混凝土的微观结构
乔贝 任亚楠
混凝土的微观结构
• • • • • • 2.1定义 2.2重要性 2.3复杂性 2.4骨料相的微结构 2.5水化水泥浆体的微结构 2.6混凝土中的过渡区
2.1定义
• 微结构：是指宏观结构中用显微镜放大才可见的部 分。 • 所谓宏观结构一般是指用肉眼可见的、粗大的微结 构;肉眼不可见的界限大约在1mm的五分之一。 • 一个固体各个相的类型、数量、尺寸、形状及其分 布即构成了该固体的微结构。
2.4骨料相的微结构
• 骨料相主要影响混凝土的单位质量、弹性模量和尺 寸稳定性。混凝土的这些性质在很大程度上取决于 骨料的表观密度和强度，而骨料的物理特性要比化 学特性对其更具有决定性。 • 孔隙率和粗骨料的形状和构造也会影响混凝土的性 能。由于比混凝土其他两相的强度高，骨料相通常 不直接影响普通混凝土的强度，除非是多孔和软弱 颗粒。
• 硬化混凝土的工程特性强度、尺寸稳定性与耐久性， 不仅受配合比影响，还受水化水泥浆体的性质影响， 而它又取决于微结构的特征（固相和孔的类型、数 量及分布） 1.强度 水化水泥浆体固相产物强度，主要来源于范德华力的 存在。两固相表面间的黏附力来自这种物理作用。 （孔隙会对强度产生危害）
2.5.4水化水泥浆体中的微结构-性能关系
2.5.3水化水泥浆体中的水分
• 毛细孔水（存在于5nm以上孔隙里的水） • 吸附水（靠近固相表面的水） • 层间水（这是一种与C-S-H结构相关联的水，在CS-H的层与层之间，一个单分子水层牢固地被氢键 所键合） • 化学结合水（这种水是构成各种水泥水化产物微结 构的一部分）
2.5.4水化水泥浆体中的微结构-性能关系