混凝土结构形成与基本性能2水泥石和界面过渡区.ppt

第3章 混凝土结构形成与基本性能（2）,水泥石的物理结构与界面过渡区,主要内容,3.1.3 水泥石的物理结构水泥石的组成成分T.C.Powers 模型水泥石物理结构的定量表征3.1.4 界面过渡区,（1）水泥石的组成成分,水泥石作为混凝土重要的组成部分，它由固、液、气三相组成。液相水泥石孔中的水溶液构成液相气相当孔中不含溶液时，则为气相。为提高混凝土抗冻性而引入的微小气泡固相由C-S-H凝胶、氢氧化钙(CH)、高硫型水化硫铝酸钙(也称钙帆石，AFt)、单硫型水化硫铝酸钙(AFm)、未水化的水泥颗粒以及混合材和掺合料中尚未水化的或惰性的颗粒组成。,其中C-S-H凝胶占70左右，CH占20左右。随着活性矿物外原料的广泛应用，由于火山灰反应，水泥石中的CH数量减少，并形成更多的C-S-H凝胶。C-S-H是一种成分（Ca/Si比、H/Si比）不确定、结晶度很差、微观形貌多样的凝胶体。,表3.1 硬化水泥石中产物特性,（2）TCPowers 模型,TC.Powers在定量描述水泥石物理结构方面开展了创新性的工作，其基本思想也是把硬化水泥浆体看作固、液、气三相组成。固相由水化产物(或称水泥凝胶)和未水化水泥颗粒组成。水泥凝胶是一个广义的概念包括C-S-H凝胶，还包括CH、AFt、AFm等晶体物质。气相孔：大孔、毛细孔及凝胶中的凝胶孔。液相水；蒸发水和非蒸发水。蒸发水实际上是吸附水可失去的水；在P干燥条件下，相当于I05加热下可失去的水；非蒸发水是指结晶水和结构水。,该模型强调物理结构，忽略水化产物化学组成的影响,该模型的实验基础是水蒸气在多孔凝胶中的吸附试验。凝胶孔吸附的水量（凝胶水Wg）与凝胶孔内表面吸附单分子水层时水的体积Vm存在较好的经验关系：Wg=aVm，a=3.3（实验得出）而凝胶孔内表面吸附单分子水层时水的体积Vm取决于凝胶的数量，也就是取决于非蒸发水的含量Wn：VmkWn,k=0.25(实验得出)因此 Wg=akWn完全水化时非蒸发水的水灰比为：,（3）水泥石物理结构的定量表征,1g水泥水化形成水化产物固体的体积、密度、比容,凝胶孔隙率,假设理想状态，没有毛细孔、完全水化,凝胶孔尺寸几个纳米,凝胶颗粒的尺寸,水泥完全水化的最小水灰比,注意：不一定记住，但一定要知道！,3.1.4 界面过渡区,水泥浆体与集料的界面过渡区对混凝土强度、抗渗性及耐久性等性能有重要影响。对于普通混凝土，这常常是引起破坏的薄弱环节。由于集料会阻碍水分、气泡的迁移，往往造成集料周围一定区域(界面过渡区)内气泡聚集、水胶比高于浆体本体的水胶比，导致这一区域孔隙率提高、大孔数量增加。氢氧化钙、钙矾石(使用微膨胀剂的混凝土中可能含有较多钙矾石)等晶体物质也容易在界面过渡区内富集与定向生长。,图3.7为界面过渡区显微硬度的不同分布情况。I界面过渡区显微硬度高于基体；II、III集料表面显微硬度高于基体，而过渡区则低于基体；IV集料表面和过渡区显微硬度均低于基体。,水泥石与集料产生粘结的机理,主要归结为范德华力、机械咬合力及化学键三种作用。范德华力作用是指在水泥石及集料接触面上由不饱和的分子力引起的吸附作用机械咬合作用则产生于粗糙集料表面，特别是多孔集料，水泥浆体渗入其中，硬化后将形成更强的机械咬合作用用碳酸钙、碳酸镁、石英砂作集料时，在一定条件下与水泥组分发生腐蚀性界面反应，形成更强的化学键结合。,水泥石与集料的粘结强度不仅取决于集料本身的化学特性、孔隙率、表面几何状态(粗糙度)和清洁程度，还与胶凝材料品种、活性、水胶比、密实和养护条件有关。,