混凝土的内部结构性能及影响其强度的原因分析

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1混凝土的内部结构和性能

混凝土是由其组成的成分水泥、外加剂、水、细骨料、粗骨料通过适当的搅拌、成型、养护工艺，经过一系列复杂的物理和化学变化而形成的。硬化后的混凝土包括三相—水泥石、骨料以及二者之间的过渡区（界面过渡区）。

水泥石指硬化后的水泥浆体，由胶凝体、未水化的的水泥颗粒内核、毛细孔等组成的非均质体。具有一定的机械强度和孔隙率。是以水化硅酸钙（C-S-H 凝胶）为连续相，其它晶体水化产物、未水化水泥颗粒、胶凝材料中的惰性颗粒为分散相而形成的分散系。

界面过度区指水泥石与骨料之间的薄层部分，围绕在骨料颗粒外围，厚度约为10-50μm。界面区中主要存在有C-S-H凝胶（水化硅酸钙）、C-H 晶体〔Ca（OH）2〕、AFt（钙矾石）和未水化的熟料颗粒及孔洞、裂缝。

2混凝土强度的影响因素分析

2.1 骨料

优质的混凝土所用的集料希望有较高的密度和较小的比表面积，这样才能达到既保证新拌混凝土有适宜的工作性与混凝土硬化后有一定的强度、耐久性。集料极重要的参数是集料的形状、结构、最大尺寸及级配，集料本身的强度不太重要。

2.2 水泥石

水泥石又叫硬化水泥浆体，是一非均质的多相体系，由未水化的水泥熟料颗粒、水化水泥、水和少量的空气以及由水和空隙战友的空气网组成，因此它是一个固- 液- 气三相多孔体系，对硬化混凝土的性能起着关键性的作用。

水泥石的特点：不均匀，含多种固相、孔隙和水。其中固相包括水化硅酸钙（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，孔隙包括层间孔、毛细孔（微小）、气孔（大），水分包括毛细孔水、层间水、吸附水和化学结合水。

2.3 界面过渡区

2.3.1 界面过渡区的形成机理

在混凝土拌和过程中，在骨料表面形成一层几个微米厚的水膜，而无水水泥的分布密度在紧贴骨料处几乎为零，然后随着距离增大而增高。所以在这层水膜中可以认为基本上不存在水泥颗粒。当水泥化合物溶解于水之后，溶解的离子即扩散进入这层水膜。

2.3.2 界面过渡区的结构特点

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。即使对低水胶比的混凝土而言，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。

2.3.3 界面过渡层对混凝土性能的影响

普通混凝土的力学性能之所以比其组分（骨料和水泥石）要弱，从微观层面上说，原因就在于界面过渡区的存在，它好比是一条链子中的最薄弱环节。从某种意义上说，过渡区材相的结构决定了混凝土的力学性能，成为混凝土力学性能发展的限制条件。由于过渡区的存在，混凝土的抗压强度比其两个主要组分低得多。

3改善混凝土性能的措施

3.1 加强原材料的控制

高性能的原材料可以使得混凝土强度大幅提高，选用尽可能好的原材料提高混凝土强度。同时采用性质优良的骨料对混凝土界面过渡区结构和性能的改善也有重要意义。

3.2 降低水胶比

从前述界面过渡区的形成机理可知，骨料表面附近区域水胶比高是过渡区薄弱的一个重要原因。混凝土的水胶比越低，界面处水胶比就越低，孔隙率也越低。而且水胶比的降低提高了硬化水泥石的强度和弹性模量，使水泥石和骨料间弹性模量的差异减小，从而使界面处水膜厚度减小，晶体生长的自由空间减小。

4结束语

从某种意义上说，界面过渡层的性状决定着混凝土这一复合材料的性能。探讨混凝土各组分的结构和性能，突出了分析界面过渡区强度对混凝土主要力学性能的影响，在此基础上提出了改善混凝土性能的有效措施。