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水泥浆与集料界面研究 目 录 02 界面过渡区结构性质 03 过渡区对性能影响 01 界面过渡区现象 04 界面性能改善措施与展望 依据复合材料学和界面科学理论，在一种复合材料中，两种不同形状组分材料的界面往往是该复合材料的最薄弱处，对于水泥混凝土也不例外。 界面过渡区现象 界面过渡区现象 考虑水泥浆体往往与细集料紧密黏结构成砂浆，水泥混凝土是由技术性质相差较大的砂浆体与粗集料复合而成，砂浆与粗集料之间的过渡区则存在着更多的微裂缝与缺陷，因此，粗集料—砂浆的界面过渡区才是混凝土中最为薄弱的部分。 该区域的密实性和强度都远逊于硬化水泥石本体，因此根据“最弱一环”定律，该过渡区的结构与性能在很大程度上制约了水泥混凝土整体的结构表现。 混凝土 宏观结构 界面过渡区现象 吴中伟院士认为，水凝混凝土是一种复合材料，把不同尺度的分散相（粗集料）成为中心质，把连续相（砂浆）称为介质，水泥混凝土最终结构的形成是材料组分变化与中心质效应的结果，表现为网络化的各级中心质分布在各级介质中，中心质和介质的接触部位存在着过渡区不均匀结构。 中心质假说 申爱琴教授认为，水泥浆体往往与细集料紧密黏结构成砂浆，砂浆与粗集料之间的过渡区则存在着更多的微裂缝与缺陷；加上砂浆属于混凝土的直属层次，技术性质较为相近，因此把混凝土看作是技术性质相差较大的砂浆与粗集料的复合体。 依据复合材料学和界面科学理论，在一种复合材料中，两种不同形状组分材料的界面往往是该复合材料的最薄弱处。 界面过渡区现象 界面过渡区现象 因此，对于水泥混凝土，粗集料—砂浆的界面过渡区才是混凝土中最为薄弱的部分。 该区域的密实性和强度都远逊于硬化水泥石本体，根据“最弱一环”定律，该过渡区的结构与性能在很大程度上制约了水泥混凝土整体的结构表现。 界面过渡区现象 除了普遍意义上的水泥石与集料的接触界面过渡区外，还存在一种由于施工变异性带来的更为严重的界面过渡区现象：新拌水泥混凝土中各种颗粒的沉降是不均匀的，特别在振捣作用下，相对密度较小的水分子向上运动并在粗集料的下方富集形成水囊，同时水泥熟料颗粒水化放出的大量气孔也被带到了该区域，这样在粗集料的下方形成了较一般界面过渡区结构更为薄弱的过渡区。 界面过渡区结构性质 过渡区主要由薄弱、多孔的水泥水化产物构成，并非是一种均匀结构，而是随着与粗集料接触界面距离的不同，呈现出了多相技术特点。 界面过渡层的特征是富集于界面上定向排列的Ca(OH)2(以下简写为CH)粗大结晶。过渡区范围内, 接触层与骨料表面处几乎都是定向排列的六方片状CH结晶；中间层分布着CH及粗大钙矾石针状晶体(AFt, AFm)及少量的 C-S-H凝胶。 界面过渡区结构性质 集料界面处有一层1~3μm的接触层；接触层外有一层大约5~10μm的高孔隙层；高孔隙层向水泥石本体逐渐过渡，孔隙率不断降低直至与水泥石相近。 界面过渡区结构性质 界面过渡区约占胶凝材料基本体积的30%~40%。结构性质如下： （1）具有较高的孔隙率，并随着至集料表面距离的增加而迅速降低。如集料表面处水泥石的孔隙率为40%，离集料表面35~40μm处则降至12%左右，已接近水泥石本体。 （2）随着水化的进行以及干燥作用的影响，该区域将形成一个Ca(OH)2晶体定向排列的结构疏松层，极易产生裂缝并诱导裂缝扩展。 影响因素 过渡区对混凝土性能影响 大体积毛细孔隙的存在 氢氧化钙粗大晶体的大量存在 微裂纹的出现和存在 混凝土界面过渡层微观结构十分复杂,这意味着影响其强度的因素也很复杂, 且各个因素并非独立作用,使得研究非常困难,难以系统化。根据目前的研究现状, 在众多影响因素中, 以下3 点是最主要的: 大体积毛细孔隙的存在 过渡区对混凝土性能影响 1 界面过渡区中水化产物与界面处骨料粒系之间的黏结是依靠分子间的范德华引力。因此，界面过渡区的强度取决于其中所存在孔隙的体积和孔径,孔隙的体积和孔径越大,其强度越低。即使对低水灰比的混凝土而言,其早期界面过渡区中孔隙的体积和孔径都较相应普通砂浆中孔隙为大,相应地,前者的强度要弱。 龄期对过渡区黏结强度和水泥浆体强度的影响 然而随龄期增长,界面过渡区的强度变得和砂浆相当甚至大于砂浆, 这是因为水泥石的组成成分和骨料之间发生缓慢化学反应而生成新的结晶产物, 这些产物既能起到进一步填充界面过渡层中孔隙的作用, 又能有效减小过渡层中氢氧化钙的量, 从而减弱其对过渡层强度的不利影响。 由于反应速度较为缓慢, 其强度的增长只有到后期才表现得比较明显。 氢氧化钙粗大晶体的大量存在 过渡区对混凝土性能影响 2 粗大的CH晶体的存在对界面过渡区的强度具有一定的影响。一方面因其层状重叠