混凝土的微觀結(jié)構(gòu)

關(guān)于混凝土的微觀結(jié)構(gòu)第1頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月混凝土的微觀結(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)第2頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(lèi)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)。第3頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(huà)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)雜的。所以研究它的微結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。第4頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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?；炷廖⒔Y(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）第5頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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?？紫堵屎痛止橇系男螤詈蜆?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。第6頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第7頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(chēng)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1~5um。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。第8頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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。第9頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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第11頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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。）第12頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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）第13頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.5.4水化水泥漿體中的微結(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(lèi)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）第14頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(lèi)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。第15頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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?chē)纬伤ぁｋS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５?6頁(yè)，課件共19頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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體構(gòu)架之間的孔隙里，這有助于提高過(guò)渡區(qū)的密實(shí)度。強(qiáng)度---水化產(chǎn)物和骨料顆粒之間的黏結(jié)力也是范德瓦爾茲引力，過(guò)渡區(qū)中任意一點(diǎn)的