混凝土及其结构概要.ppt

第 3 章 混凝土 3.2 混凝土及其结构 混凝土微结构是复杂与 非匀质的 以宏观水平而论，混凝土 可视为由骨料颗粒分散在 水泥浆基体中所组成的两 相材料；以微观水平而言， 骨料颗粒周围水泥浆体的 性质又与其它水泥浆体的 有本质不同，即纯在第三 相 ? 过渡区相。 第 3 章 混凝土 1）骨料相 (Aggregate Phase) 影响混凝土的表观密度、弹性模 量、尺寸稳定性等;骨料的孔隙 率、孔径与分布，以及粒形、 级配对混凝土的性能影响很大。 碎石：表面粗糙、针片状多，需浆量大，粘结好； 卵石（砾石）：表面光滑、针片状少，需浆量小，但粘 结差。 第 3 章 混凝土 2）硬化水泥浆体相 不均匀，含多种固相、孔隙和水。 固相：水化硅酸钙（C-S-H）、水化硫铝酸钙微晶；氢氧化钙片状大结晶；未水化水泥。 孔隙：层间孔、毛细孔（微小）；气孔（大）。 水分：毛细孔水、层间水、吸附水和化学结合水。 第 3 章 混凝土 3）气孔 混凝土搅拌时带入的气泡，大的直经可达3mm,对强度 、渗透性均有不良影响。 第 3 章 混凝土 硬化水泥浆体空隙中水 根据失水的难易程度，大致分为： （1）毛细孔水 孔径?50nm，自由水，失去时不会引起体积变化； 孔径?50nm，失去时会引起体积收缩。 （2）吸附水 物理吸附于硬化水泥浆固相表面，失去时会引起体积收 缩（相对湿度? 30%时失去大部吸附水）。 （3）层间水 纯在于C-S-H层间，相对湿度?11%时才会失去，失去 时会引明显体积收缩。 第 3 章 混凝土 第 3 章 混凝土 硬化水泥浆体微结构—性能关系 1) 强度: 主要来源于水化物层间的范德华引力， C-S-H、水化硫铝酸钙微晶表面积巨大，范德华键力虽弱，但粘附力作用之和很可观，并且与表面积小的氢氧化钙、未水化水泥及粗、细骨料间的粘结也很牢固。 2) 尺寸稳定性: 湿度低于100%时，自由水蒸发，但并不伴随收缩；继续干燥使吸附水、层间水蒸发，收缩明显，原因是它们与毛细孔壁或水化物层间存在作用力，失去后产生压应力。 3) 耐久性: 硬化的水泥浆体可象致密的岩石一样不透水。同时，即使骨料非常致密，混凝土的抗渗透性也要比水泥浆体低一个数量级。这说明混凝土体的渗透性并不直接取决硬化水泥浆体，更主要的影响来自过渡区。 第 3 章 混凝土 混凝土的微结构是复杂与非匀质的 薄弱过渡区(厚度约10～50μm)的存在； 三相中的任一相，本身实际上还是多相体。例如，花岗岩颗粒里除微裂缝、孔隙外，还不均匀地镶嵌着石英、长石和云母三种矿物； 与其他工程材料不同，混凝土结构中的两相——硬化水泥浆体和过渡区是随时间、温度与湿度环境不断变化着的。 第 3 章 混凝土 小结： 1）骨料相 2）硬化水泥浆体相 不均匀，含多种固相、 孔隙和水。 3）过渡区相 第 3 章 混凝土 土木水利学院 清华大学 Department of Civil Engineering Tsinghua University 由不均匀分布的三相组成： 1）骨料相 2）水泥浆体相 3）过渡区相 未水化水泥颗粒 C-S-H 单硫型硫铝酸盐（占固相体积15-20%易受硫酸盐侵蚀） 氢氧化钙 （占固相体积20-25%；片状 晶体；易受酸性介质侵蚀） 背散射扫描电镜照片 水泥浆扫描电镜照片（7d龄期） C-S-H（固相体积膨胀；比表面积大，粘结作用强；层状结构，层间有大量孔隙；占完全水化水泥浆体积50-60%） 钙矾石 骨料 过渡区 水泥石本体 C-S-H CH 钙矾石 1）凝胶孔（C-S-H层间孔） 占C-S-H体积的28%；不影响强度 和渗透性，但矢水会引起体积变化 2）毛细孔 孔径0.01-5?m;孔径 分布对强度、渗透性 、体积变化均有影响 硬化水泥浆 里的孔隙 （4）化学结合水 水化产物的一部分，只有高温下才分解释放。 硬化水泥浆体空隙中水分存在形式 层间水 毛细孔水 吸附水 相对湿度 失 水 A（100%） B C D 收 缩 失水 结合水 吸附水 自由水 A B C 裂缝扩展的路径和方向 骨料 水泥石 骨料周围的过渡区 3）过渡区相 骨料 过渡区 水泥石本体 C-S-H CH 钙矾石 过渡区结构特点 1）富集大晶粒的CH和钙矾石； 2）孔隙率大，大孔径的孔多； 3）存在大量原生裂纹 骨料 水 可见泌水 内泌水 钢筋 混凝土 混凝土沉降 形成的缝隙 钢筋 沉降裂缝 水囊 混凝土表面 钢纤维 水泥浆本体 多孔层 氢氧化钙 由不均匀分布的三相组成： 1）骨料相 2）水泥浆体相 3）过渡区相 思考题 1. 混凝土成为用量最大的建筑材料的原因？ 3. 为什么混凝土的许多特性，如强度、渗透性 等要