水泥石微結(jié)構(gòu)

1、水泥石微結(jié)構(gòu)與強度性能水泥石的結(jié)構(gòu) 水泥石是不同組成的，含有一定比例的毛細孔隙的非均質(zhì)固體。 固相可分為：膠體膠體：C-S-H凝膠亞微觀晶體亞微觀晶體：新生成的Ca(OH)2，水化后期生成的AFt大晶體大晶體：結(jié)晶完整的Ca(OH)2與AFt，未水化的熟料礦物。背散射掃描電鏡照片背散射掃描電鏡照片硬化水泥漿體中的空隙 C-S-H凝膠中的層間空間對強度和滲透性無影響，可導(dǎo)致干縮和徐變。 毛細孔對強度、滲透性、干縮和徐變都有影響。 氣孔在制備過程中帶入，或有意加入。硬化水泥漿體中的水 毛細孔水：存在于5nm以上孔隙中的水。不受固體表面力場的影響。1）在大于50nm的大孔中的水，為自由水。失去這種水

2、不會造成體積變化。2）在5-50nm的小孔中的水，受毛細力的影響，失去這種水可造成收縮。 吸附水固體表面物理吸附水。干燥到RH = 30%時，大部分吸附水將失去，造成干縮。 層間水位于CSH層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部，僅當RH 小于 11%時，層間水失去，導(dǎo)致明顯收縮。 化學結(jié)合水水化產(chǎn)物的有機組成部分，只有在分解時才會失去，導(dǎo)致化合物解體。水泥石的孔結(jié)構(gòu) 毛細孔是硬化水泥漿體中最重要的非固相微結(jié)構(gòu)元。 毛細孔的孔徑、形狀與連通度對于硬化水泥漿體的性能影響很大。 尚無一種方法能全面反映毛細孔的特征。水泥石孔結(jié)構(gòu)與主要影響因素 根據(jù)Powers的理論，水泥石的孔隙率與水膠比和水化程度有關(guān)。當水化程度等于1時，

3、水泥石的相對密實度最大。水泥完全水化所需的最小水灰比為0.38。水泥漿體中的孔分類尺寸測定方法來源大孔5104埃光學顯微鏡成型氣孔宏觀孔500 埃壓汞測孔儀新拌漿體充水空間的殘留部位中孔26500 埃壓汞測孔儀或BET 法新拌漿體充水空間的殘留部位，與 CSH 凝膠生成有關(guān)的小孔毛細孔微孔26 埃BET 或 SAXS隨 CSH 凝膠生成而產(chǎn)生孔的分類和作用孔的分類和作用吳中偉對孔的分類：無害孔：20nm 少害孔：2050nm有害孔：50200nm 多害孔：200nm由此，吳中偉提出高強輕質(zhì)混凝土的數(shù)學模型最大最小iiiexeei：第i級孔的分數(shù)xi：第i級孔的影響系數(shù)強度最高容重最小近藤連一和

4、大門正機的孔級配劃分：凝膠微晶內(nèi)的孔：孔半徑 6 Angstrom凝膠微晶間的孔：孔半徑 610 Angstrom凝膠粒子間的孔：孔半徑 161000 Angstrom 毛細孔： 孔半徑 1000 Angstrom Mehta的分類：1320 Angstrom 的孔對混凝土的強度和滲透性無影響，將其分為4級。Odler則認為200 Angstrom 的孔對混凝土的強度無影響。水泥石的強度發(fā)展 水泥石的強度發(fā)展取決于總孔隙率，水化產(chǎn)物、微裂紋和孔隙特征也對強度發(fā)展有影響。強度發(fā)展與漿體總孔隙率的關(guān)系R=R0(1-p0)nR0：漿體理論強度，約680MPap0：孔隙率 n：經(jīng)驗指數(shù)=0exp(-B

5、sp) 同種材料，在相當寬范圍內(nèi)，力學性能與孔隙率具有某種關(guān)系。 具有相同孔隙率的不同材料，由于孔徑分布不同，其力學性能有很大差別。 材料中具有適當大小的增強顆粒對提高強度有益。1 10 20 40孔隙率，%強度抗壓強度抗壓強度孔隙率孔隙率顆粒級配的關(guān)系顆粒級配的關(guān)系各種因素對水泥石孔結(jié)構(gòu)的影響 水膠比水膠比水膠比對水泥石孔結(jié)構(gòu)的影響最大。隨水膠比增大，總孔隙率、開口孔孔隙率和孔徑都增加。 齡期齡期隨養(yǎng)護齡期延長，水泥石總孔隙率和毛細孔孔隙率減少；凝膠孔孔隙率增加。 細度和顆粒組成細度和顆粒組成提高細度使顆粒表面的水膜變薄，從而使毛細孔初始孔徑變小。 較粗的水泥顆粒水化時，在水泥顆粒表面生成屏

6、蔽薄膜，水化是多相擴散過程控制。 水化產(chǎn)物沿屏蔽薄膜里外兩面結(jié)晶，充填毛細孔。 形成兩類孔：凝膠孔和大毛細孔。 較細的水泥水化時按純結(jié)晶機理水化，分散度高，在細顆粒周圍不形成屏蔽膜。 在強烈過飽和溶液中各種固體微粒周圍都有結(jié)晶的水化產(chǎn)物生成。 形成凝膠孔、微毛細孔和較少的大毛細孔。 養(yǎng)護條件對孔結(jié)構(gòu)影響很大水泥顆粒間的空隙全部由水充填，如果水泥石形成時部分水分蒸發(fā)，這部分體積不能被水化產(chǎn)物填充，將形成大孔。由于物理蒸發(fā)和化學收縮導(dǎo)致的內(nèi)部“真空”使大孔脫水。在水中養(yǎng)護時，漿體內(nèi)部“真空”使外部水分被吸入。隨水泥的水化，毛細孔空間由水化產(chǎn)物填充，使孔徑減小，孔隙率降低。水泥石內(nèi)部微裂紋對其力學性

7、能的影響 水泥石是脆性材料，它的破壞可用 Griffith理論來描述。 在材料內(nèi)部存在長度為2C的微裂紋時，導(dǎo)致裂紋自動擴展的臨界應(yīng)力為CE2E：彈性模量：表面能Irwin 對應(yīng)用于具有假塑性的水泥基材料的Griffith判據(jù)作了修正。他認為水泥基材料的斷裂表面能遠大于熱力學表面能。所以：pECp：斷裂表面能 在硬化水泥漿體中存在不同形式和尺寸的裂縫通道元和裂縫阻擋元。裂縫通道元； Ca(OH)2片狀晶體的層間裂面。 相鄰凝膠粒子接觸處。 凝膠粒子內(nèi)外包絡(luò)面的徑向裂面。 未水化熟料顆粒的外表面。裂縫阻擋元； 局部高阻力區(qū)。鈍化的裂縫前沿區(qū)。 裂縫通道元和裂縫阻擋元的存在使裂縫擴展初期會受到暫時

8、的抑制，進一步增加荷載則可形成新的裂縫通道。所以硬化水泥漿體不會由一條臨界裂縫而破壞。 彈性模量和斷裂表面能均是孔隙率P的函數(shù)：E=E(P)P=(1-P) 在實際的多孔材料中，由于相鄰的裂縫之間存在相互作用，有效最大裂縫長度c敏感地取決于孔尺寸分布（PSD），尤其取決于發(fā)現(xiàn)大孔的幾率：c=c(PSD) 所以Griffith判據(jù)可修正為：)PSD()1 ()(2CPPE 當硬化水泥漿體受荷破壞前，裂縫在漿體中是沿著漿體內(nèi)表面能量最低處開展的。由于CSH凝膠內(nèi)部的不均勻性，裂縫開展時可以穿越凝膠內(nèi)部；也可以繞開膠粒表面，在兩個膠粒之間穿過，膠粒不發(fā)生破壞。硬化水泥漿體中微裂縫的產(chǎn)生 制備工藝不完善

9、 水化硬化過程中的結(jié)晶凝聚 徐變和收縮高強水泥基材料的微結(jié)構(gòu) 水泥基材料的最終強度由其各組成相的性質(zhì)、數(shù)量、分布以及相互結(jié)合方式所決定。 孔結(jié)構(gòu)是影響材料力學性能的最重要因素。 高性能混凝土中水泥石結(jié)構(gòu)模型高性能混凝土中水泥石結(jié)構(gòu)模型硬硬化化前前硬硬化化后后 用一般的混凝土制備技術(shù)，即選擇好的骨料、選用高強水泥與礦物摻合料、合適的配合比、低水膠比、合理的養(yǎng)護制度，能提高水泥基材料的強度，但程度有限。 超高強水泥基材料必須用專門的技術(shù)（熱壓、壓蒸）和專門的材料（聚合物、纖維和硅灰等）制備。 超高強水泥基材料的微結(jié)構(gòu)特征是低孔隙率、高密度和無大缺陷。 通過物理的、化學的和物理化學的方法來達到目的。 物理方法：1、壓實2、浸漬（聚合物或