文档介绍：混凝土微结构与性能——混凝土的微结构
本章提要
微结构与性能关系是现代材料科学的核心。混凝土的微观结构高度不匀质且十分复杂, 因此对其建立模型并可靠地预测期性能很困难。但是,了解混凝土各组分微结构和性能的关系及其相互联系,对性能进行控制还是有益的。
本章叙述混凝土的三个组成相的微结构,包括水化水泥浆体、骨料和水泥浆、骨料之间的界面过渡区。最后,讨论微结构与性能关系对强度、尺寸稳定性和耐久性的影响。
本章内容
定义
重要性
复杂性
骨料相的微结构
水化水泥晶体的微结构
混凝土中的过渡区
定义
一个固体各个相的类型、数量、尺寸、形状及其分布即构成了该固体的微结构。
宏观结构一般是指用肉眼可见的、粗大的微结构;肉眼不可见的界限大约在1mm的1/5(200μm)。
“微结构”这个术语是指宏观结构中用显微镜放大才可见的部分。现代的电子显微镜能够放,大约105倍,因此,使用透射和扫描电子显微镜技术可以观测材料中小至微米的微结构。

在材料领域,材料的性能可以通过使材料微结构适当地变化得到改进。虽然混凝土是应用最为广泛的结构材料,但它的微结构是不均质且高度复杂的。
人们对混凝土微结构与性能关系的认识还不是很充分,所以在讨论起影响混凝土的重要工程性质,如强度、弹性、收缩、徐变、开裂以及耐久性之前,了解微结构的基本构成是很有帮助的。
复杂性
从图2-1来看,两个可以明显区分开来的相是具有不同尺寸和形状的骨料颗粒,以及不连续的起胶结性介质的水化水泥浆体。
图2-1混凝土试件抛光后的断面
从微观水平上看,混凝土微结构的复杂性显而易见。其微结构中的两相既不是彼此均匀分布的,微结构本身也不是匀质的。例如,硬化水泥浆体中某些部位看上去像骨料一样密实,而另一些则是多孔的(图2-2)。
图2-2 水化水泥浆体的微结构
此外,如果将几个水泥用量相同,但用水量不同的混凝土试件以不同的时间间隔进行检测,可以看出,随着水灰比减小,或随着龄期增长,水泥浆体毛细孔的体积一般呈现减小趋势。
存在骨料时,临近大颗粒骨料的水泥浆体的微结构通常与体系中水泥浆或砂浆本体存在非常大的差异。事实上,在应力作用下,混凝土许多方面的表现,只有在将水泥浆与骨料的界面作为混凝土微结构的第三相时才能得到合理的解释。
因此,混凝土微结构的独特之处可以概括如下:
首先,粗骨料颗粒附近的小范围存在界面过渡区;
其次,三相中的每一个相本身也是多相的;
第三,混凝土的微结构不是材料固有的特性,水泥浆和过渡区,是随时间、环境温度与湿度而变化的。
骨料相的微结构
骨料相主要影响混凝土的单位质量、弹性模量和尺寸稳定性。混凝土的这些性质在很大程度上取决于骨料的表观密度和强度,而骨料的物理特性要比化学特性对其更具有决定性。
除孔隙率外,粗骨料的形状和构造也会影响混凝土的性能。图2-3为一些骨料颗粒。