第二章混凝土组成结构与性能混凝土的微结构详解.ppt

图2-11 （b)水灰比和水化程度对强度和渗透性的影响 水灰比 水化 毛细管孔隙，体积分数P 尺寸稳定性 饱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。但是，当浆体暴露在相对湿度低于100%环境时，材料将开始失水并收缩。L’Hermite描述过饱水的水化水泥浆体失水，一方面与相对湿度有关（图2-12），另一方面与干缩有关。 图2-12（a）失水是相对湿度的函数；（b）水泥砂浆的收缩是失水的函数 失水 相对湿度 失水 收缩 结合水 吸附水 自由水 束缚水 旧水泥浆 新水泥浆 一旦相对湿度大于100%，大毛细孔（例如大于50nm）内的自由水就开始逸出到周围环境，由于自由水并不以任何一种物理—化学键附着于水化产物的微结构上，因此失去自由水时不会伴随产生收缩，如图2-12中曲线“AB”所示。所以将饱水的水化水泥浆体放置于稍低于100%相对湿度的环境中，在产生任何收缩前可能去失去大量可蒸发水。 图2-5 将铝酸钙溶液与硫酸钙溶液混合形成典型的单硫型硫铝酸盐水化物六方晶体和钙矾石针状晶体的扫描电镜照片 单硫型硫铝酸盐水化物 钙矾石 图2-6 水化良好的硅酸盐水泥浆体模型 A：结晶很差的C-S-H颗粒聚集体。 H：六方晶体产物，如CH、C4AH19和 。 C：开始时由水分占据的空间没有完全被水泥水化产物填充时形成的毛细孔。 从图2-6的水化水泥浆体的微结构中，可以观察到它的各个相既不是均匀分布，其尺寸和形貌也不一致。在固相里，微结构的非匀质会对强度和其他祥光的力学性能造成严重的影响，因为这些性能是由微结构的最薄弱部分，而不是由微结构的平均水平所决定的。因此，除了微结构因水泥与水接触发生化学变化的结果外，还需要注意新拌水泥浆体的流变性能，这也对硬化水泥浆体的微结构造成影响。 2.5.1 水化水泥浆体中的固相 水化水泥浆体中四种主要固相的类型、数量和特征，可以用电子显微镜确定如下。 水化硅酸钙 硅酸钙水化物相缩写为C-S-H。在完全水化的水泥浆体里，C-S-H可占50%~60%的体积，因此是决定浆体性能的主要相。C-S-H的形貌为从结晶差的纤维状到网状。由于它们呈现出胶体的尺度与聚集成丛的倾向，C-S-H结晶只能用电子显微镜来分辨。 虽然C-S-H准确的结构还是未知的，但研究人员已经提出了几种模型来解释它的性质。根据鲍尔斯—布鲁纳尔（Powers-Brunaure）模型，它是一种层状结构，有着巨大的比表面积。采用不同技术检测得到的结果是：C-S-H表面积约在100~700㎡/g，其强度主要归因为范德华力。 据报道，其凝胶孔的尺度，或固—固距离在1.8nm左右；在费德曼—赛雷达（Feldman-Sereda）模型里显示C-S-H的结构呈无规则的，或扭绞的层状排列，它们随机地分布，形成不同形状与尺寸（0.5~2.5nm）的层状空间。 氢氧化钙 氢氧化钙结晶（也成波特兰石）占是你浆体固相体积的20%~25%。与C-S-H相反，氢氧化钙是具有确定比例的化合物Ca(OH)2。它形成六角棱状的大晶体，形貌各式各样，通常从难以区分到大片堆叠，受可用空间、水化温度以及体系中存在的不纯物影响。与C-S-H相比，氢氧化钙的比表面积很小，它对强度的贡献有限。 硫铝酸钙水化物 硫铝酸钙水化物在水化晶体里占固相体积的15%~20%，因此在微结构与性能关系中只起到很小的作用。水化早起，硫/铝离子比有利于形成三硫型的水化物 ，也称“钙矾石”，呈针状棱柱形晶体。在普通的硅酸盐水泥浆体里，“钙矾石”最终转变成单硫型水化物 ，呈六角形片状晶体。单硫型水化物的存在使混凝土易受硫酸盐的侵蚀。 未水化的水泥颗粒 取决于未水化水泥颗粒分布和水化程度，在水化水泥浆体的微结构中，可以找到一些未水化的熟料颗粒。 如前所述，现在的硅酸盐水泥粒径一般为1~50μm，随着水化过程的进展，较小的颗粒首先溶解并从体系中小时，然后较大的颗粒逐渐变小。由于颗粒之间的间隙有限，水化产物都靠近正在水化的熟料颗粒结晶，看上去就像是围绕它形成包覆层。在后期，由于缺乏有效空间，熟料颗粒原位水化就形成非常密实的水化产物，其形貌与熟料颗粒原貌相像。 2.5.2 水化水泥浆体里的孔 除了固相外，水化水泥浆体里还有几种各类型的孔，对其性能有重要影响。 水泥浆体中的固相和孔的典型尺寸见下图2-7（a）。我们将人的身高直到火星的直径分布列在图2-7（b）。 图2-7 （a）水化水泥浆体中，固体和孔隙的尺寸范围； C-S-H夹层中的颗粒间的空隙 毛细孔 水泥浆体中Ca(OH)2和低硫的硫酸盐六方晶体 C-S-H颗粒聚集体 引入的气泡 为提高耐洗