第四章：混凝土的结构.ppt

第四章 混凝土的结构 水化水泥浆体中的微结构与性能的关系 骨料的容重、强度、粗骨料的形状和织构与粒径等影响着混凝土的容重、弹性模量、体积稳定性等 骨料相比混凝土其它两相的强度高，通常不直接影响普通混凝土的强度，而是间接影响混凝土的强度。 混凝土所用的粗骨料尺寸越大，长条或扁平颗粒越多，都会使混凝土强度降低 过渡区：水泥浆体与骨料结合的界面，是围绕大骨料周围的一层薄壳，此处的硬化水泥浆体的结构与系统中水泥石或水泥砂浆的结构有明显的不同，其厚度一般为10-15um，是混凝土性能中的一个薄弱环节 相同点： 与水泥浆体本体一样，硫酸钙和铝酸钙化合物溶解而产生钙、硫酸根、氢氧根和铝酸盐离子，他们相互结合，形成钙矾石和和氢氧化钙 异点： 由于在贴近粗骨料表面的水灰比值高，此处所形成的结晶产物的晶体也大 在此界面处所形成的骨架结构中的孔隙比水泥浆本体或砂浆基体多 板状氢氧化钙晶体往往导致取向层的形成，以其C轴垂直于粗骨料的表面 随着水化的继续进行，结晶差的C-S-H以及氢氧化钙和钙矾石的2次较小的晶体填充于由大钙矾石和氢氧化钙晶体所构成的骨架间孔隙内 将混凝土作为一种复合材料，混凝土是由各级分散相分散在各级连续相中而组成的多相聚集体 各级分散相命名为中心质，各级连续相命名为介质 中心质和介质根据尺度各分为大、次、微3各层次，即大中心质、次中心质、微中心质和大介质、次介质和微介质 大中心质包括：各种骨料、掺合料、增强材料、长期残存的未水化的水泥熟料 次中心质包括：粒度小于10um的水泥熟料离子，属过渡型组分 微中心质包括：水泥水化后生成的各种晶体，包括I、II型C-S-H纤维状和网状结晶 大介质是大中心质所分散成的连续相，其中有结构膜层 次介质是次中心质所分散成的 连续相，其中有水化层 微介质是微中心质所分散成的连续相。III、IV型的C-S-H、尺寸较小的不规则的离子和结构水及吸附水均可视为该级的连续相 混凝土理想结构模型 （1）各级中心质（分散相）以最佳状态（均布、网络、紧密）分散在各级介质（连续相）中。在中心质与介质间存在着过渡区的界面，是渐变的非匀质的过度结构。结构组成的排列顺序为中心质－界面区－介质 （2）网络化：是中心质的特征。各层次的中心质网络构成水泥基材料的骨架，各级介质填充于各级中心质网络之间。强化网络骨架是提高水泥基材料性能的一个必要条件 （3）界面区保证着中心质与介质的连续性。因此，界面区的优劣决定了水泥基材料的强度、韧性、耐久性、整体性与均匀性的优劣。界面区不应是水泥基材料中的薄弱部分，因为它的作用是将中心质的某些性能传给介质，应是有利于网络结构的形成和中心质效应的发挥。强化界面区是提高水泥基材料性能的又一个必要条件 （4）各种尺度的孔、缝也是一种分散相，分布在各级介质中，因此，也是中心质。尺度较大的孔对强度等性能不利，也不参加构成网络。因此，对其含量及尺度应加以控制。 中心质网络化 （1）各种金属增强材料与金属增强材料网片在水泥基材料中形成的中心质网络骨架 （2）不同尺度、不同性质的钎维增强材料在水泥基材料中形成的大中心质与次中心质网络 （3）聚合物在混凝土中所形成的次中心质网络 （4）无宏观缺陷材料中大量未水化水泥熟料离子间充满的聚合物与水化反应生成的相互交错的网状物所形成的次中心质与微中心质网络 （5）聚合物与水泥两相间的化学键合作用形成的两相互穿网络结构而成为次中心质与微中心质网络以及各种水化产物形成的针、柱状结晶相互组成的微中心质网络 孔、缝对混凝土结构及性能的积极作用 （1）孔、缝既能为水泥的继续水化提供水源及供水通道，又可成为水化产物生长的场所，从而为混凝土结构及其性能的发展创造条件 （2）由于混凝土中形成了各种中心质的网络骨架，所以荷载、干湿、温度等外界因素的作用，并非完全反应为外形体积的变化，而可能更多的反应在孔、缝的变化 （3）尺寸较小的孔、缝，不但对混凝土的某些性能如强度、在一定水压下的抗渗性无害，而且对轻质、隔热及抗冻性还有一定的益处 （4）可利用孔、缝网络来改善混凝土的结构，如用聚合物浸渍形成大中心质网络 孔、缝的分类 （1）原生孔缝：是混凝土在制备过程中即已形成并在养护后即已存在的孔缝 （2）次生孔缝：是在混凝土养护结束后，在使用过程中，由于荷载、温度变化、化学侵蚀等外界因素以及内部的化学与物理化学变化的继续，在已硬化的混凝土中所产生的新孔缝。 根据材料的结构特征划分为4个层次： （1）原子－分子 （2）细观：10nm-1mm,研究内容：硬化水泥浆体的孔隙率、晶体与胶体的比例和不同相之间的界面 （3）粗观:1mm到几厘米 （4）宏观：工程结构单元尺度 对硬化混凝土的结构多层次的研究，主要是以弹性模量、