孔隙结构

孔隙率的增大不利于混凝土的强度。一般
用经验法则来预测结果，空气含量增加1%，
强度下降5%左右，这仅是近似的预测，在
正常的含气量的范围内是有效的。

混凝土的耐久性是指混凝土在使用条件下 抵抗周围环境中各种因素长期作用而不破 坏的能力 混凝土的耐久性能主要包括抗渗、抗冻、 抗侵蚀、抗碳化、碱骨料反应等性能

混凝土中孔隙按其所处的位置可以分成三 类：水泥石的孔隙；骨料的孔隙；水泥石 和骨料交界面上的接触孔隙。 水泥基材料的孔系统：凝胶孔，特征尺寸 为0.5～l0nm的微观孔；毛细孔，平均半径 为5～5000nm的细观孔；由于故意带进空气 形成的大孔；由于不足够的密实形成的大 孔。


我国著名科学家吴中伟在1973年提出对混凝 土中的孔级划分和分孔隙率及其影响因素 的概念，根据不同孔径对混凝土性能的影 响分为无害孔级(<20nm )、少害孔级(20～ 50nm )、有害孔级(50～200nm)和多害级 (>200nm)，并提出：增加50nm以下的大孔， 减少100nm以上的孔，对混凝土的性能可大 大改善。


混凝土的抗渗性主要与其密实度及内部孔 隙的大笑和构造有关。
水灰比是反映混凝土密实程度的主要因素 之一，而混凝土密实度是抗氯离子扩散能 力的主要因素


混凝土的渗透性随总孔隙率的增加而提高， 但两者之间并不存在简单的函数关系 总孔隙率高的混凝土，渗透性不一定就高， 因为孔隙率相同的混凝土可以有不同的孔 径分布，而后者对渗透性的影响显著，即 渗透性的提高一个要素是孔的连通性，如 果孔不是连通的，虽然有较高的孔隙率， 渗透性也不高，比如引气混凝土，虽然孔 隙率较大，但混凝土内部是密闭气泡，并 切断了毛细管通道，显著提高了混凝土的 抗渗性。
硅 酸 盐 水 泥 浆 体 微
观 结 构 发 展 示 意 图
未水化颗粒 充水毛细孔
C-S-H凝胶
氢氧化钙

混凝土中的孔隙率，除了成型密实的因素 外，主要取决于水灰比的大小。随着水灰 比的减小，孔隙率降低，而总孔隙表面积 增加。从孔径的分布上，水灰比较小时， 水泥石中不仅总孔隙减少，平均孔径降低， 大孔、毛细孔含量相对较少，而且凝胶孔 含量相对较多。

表3.1
图3.2

人们习惯于用强度来衡量混凝土的综合质 量，强度高的混凝土水胶比自然较低，密 实度较大，因此其渗透性较低，耐久性必 然也较好。
胶空比理论认为水泥石的强度主要决定于 水化物凝胶体在水泥石中填充的程度。

在1980年第七届国际水泥化学会议上， J .Jamber:提出下列结论: 1. 不同水化产物，虽然固相体积相同，也 既是孔隙率相同，强度有可能相差很大， 并把这归因于不同水化产物具有不同孔径 分布所致； 2. 孔隙率相同时，孔径越小，强度越高。

右表为根据J .Jamber 强度-平均孔半径曲线 得到的结果，显示当 平均孔径为10nm时， 抗压强度值大于 140MPa；而当平均孔 径为500-1000nm时， 强度则小于5.0MPa； 差别非常明显。
课程：建筑材料物相分析

1.混凝土的显微孔结构
2.混凝土中的孔隙率 3.孔结构对混凝土耐久性的影响 4.孔结构与混凝土强度的关系




在硬化的水泥基混凝土中均含有数量不同、
大小不等的气孔，包括成型时残留气泡、
水泥浆体中的毛细孔和凝胶孔、接触处的
孔穴及水泥浆体的干燥收缩和温度变化而
引起的微裂纹等。

混凝土的抗冻性与其内部结构有直接关系,与混 凝土孔径大小,分布和孔隙率都有关。从表3.1 和 图3.2 中可以看出,R—1 号试样的总孔体积、孔隙 率、平均孔径以及最可几孔径均比R—2 号试样小 很多,两者都是无害孔d ≤50 nm 范围的孔占多数, 但区别在于两者各孔径范围的孔所占总孔隙率的 比例分布不一致。虽然R—2 号试样d ≥100 nm 的 有害孔相对较少,但R—2 号试样总孔隙率和孔体 积均为R—1 号试样的2 倍多,最可几孔径为R—1 号 试样的4 倍左右。 R—1 号试样孔径分布相对均匀 合理。 多次冻融循环实验表明R—1 号试样的抗冻性较好

在水泥和水搅拌形成净浆后，水泥颗粒之间的 间隙为水所填充，这就是以后孔隙结构成型的 容积。由于水化过程，这些间隙逐步被体积大 于熟料未水化矿物质的新的生成物所代替。新 生成物的结构颗粒粒径约为l0nm和大于l0nm， 并有同样大小的间隙。因此原来在水泥颗粒之 间的间隙被多孔材料——水泥胶体所取代。最初 水所占的部分体积形成大小不一的孔隙。

孔隙率、平均孔径与氯离子扩散 系数的关系图
图3.1 孔隙率、平均孔径与氯离子扩散系数的关系图
混凝土的抗冻性能主要取决于混凝土的密 实度、每部孔隙的大小与结构以及含水量 混凝土内部存在不同直径的孔,一般认为这 些孔对混凝土的抗冻性有不利的影响 孔径大小决定了混凝土中孔溶液的冰点,一 般孔径越小,冰点越低,成冰率也低,从而减小 因结冰引起的对混凝土的破坏,提高混凝土 的抗冻性