第4章 硬化混凝土的结构

1、河南理工大学 材料科学与工程学院 混凝土材料学 第四章第四章 硬化混凝土的结构硬化混凝土的结构 本章主要内容本章主要内容 l 第一节第一节 硬化水泥浆体的组成和结构硬化水泥浆体的组成和结构 l 第二节第二节 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 l 第三节第三节 国内学者有关硬化混凝土结构的论述国内学者有关硬化混凝土结构的论述 第四章第四章 硬化混凝土的结构硬化混凝土的结构 材料结构材料结构材料性能材料性能 决定决定 改变改变 改性改性 水化水泥浆体水化水泥浆体 集料集料 水泥浆体和集水泥浆体和集 料间的过渡区料间的过渡区 混凝土的结构混凝土的结构 混凝土的性能 混凝土的性能 强度强度 开裂开裂

2、徐变徐变 耐久性耐久性 收缩收缩 决定决定 材料的结构材料的结构组成材料各个相组成材料各个相(phase)的类型、数量、尺寸、形状及其分布。的类型、数量、尺寸、形状及其分布。 硬化混凝土的硬化混凝土的4 4个结构层个结构层 粗观，粗观，mm细观，细观，m微观，微观，nm 混凝土混凝土 集料集料水泥石水泥石 级配级配 粒形粒形 表面状表面状 态态 密实度密实度 硬化水泥浆体硬化水泥浆体 界面界面 过渡过渡 区区 孔孔未水未水 化颗化颗 粒粒 水泥水泥 水化水化 物物 空间分布空间分布 填充状况填充状况 级配级配数量数量组成组成 形貌形貌 原子、分子原子、分子 的堆积、键的堆积、键 和能量和能量

3、水泥水化物水泥水化物 l硬化混凝土结构的特性 存在薄弱的过渡区；存在薄弱的过渡区； 三相中的任一相，本身实际上还是多相体。例如，花岗岩三相中的任一相，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；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与其他工程材料不同，混凝土结构中的两相硬化水泥硬化水泥 浆体和过渡区是随时间、温度与湿度环境不断变化着的。浆体和过渡区是随时间、温度与湿度环境不断变化着的。 第四章第四章 硬化混凝土的结构硬化混凝土的结构 第四章第四章 硬化混凝土的结构硬化

4、混凝土的结构 轻集料轻集料 界面界面 砂浆砂浆 轻混凝土轻混凝土界面显著加强界面显著加强 l硬化水泥浆体的组成和结构硬化水泥浆体的组成和结构 硬化水泥浆体相是一非均质的多相体，含多种硬化水泥浆体相是一非均质的多相体，含多种 固相、孔隙和水。固相、孔隙和水。 固相：固相：水化硅酸钙（水化硅酸钙（C-S-H）; 水化硫铝酸钙微晶；水化硫铝酸钙微晶； 氢氧化钙片状大结晶；未水化水泥。氢氧化钙片状大结晶；未水化水泥。 孔隙：孔隙：层间孔、毛细孔（微小）；气孔（大）。层间孔、毛细孔（微小）；气孔（大）。 水分：水分：层间水、毛细孔水、吸附水和化学结合水。层间水、毛细孔水、吸附水和化学结合水。 4.1 4

5、.1 硬化水泥浆体的组成和结构硬化水泥浆体的组成和结构 背散射扫描电镜照片背散射扫描电镜照片 未水化水泥颗粒未水化水泥颗粒 C-S-H 氢氧化钙氢氧化钙 单硫型硫单硫型硫 铝酸盐铝酸盐 水泥浆扫描电镜照片（水泥浆扫描电镜照片（7d龄期龄期） C-S-H 钙矾石钙矾石 C-S-HC-S-H是一种层状结构，有着巨大的比表面积。形貌从结晶差的是一种层状结构，有着巨大的比表面积。形貌从结晶差的 纤维状到网状并呈现胶体尺度和聚集成丛。凝胶孔是在凝胶颗粒间互纤维状到网状并呈现胶体尺度和聚集成丛。凝胶孔是在凝胶颗粒间互 相连通的孔隙，孔径为相连通的孔隙，孔径为1.8nm1.8nm，在凝胶中固定占有，在凝胶中

6、固定占有2828的体积；凝胶的体积；凝胶 孔中含有凝胶水；凝胶孔和凝胶水在凝胶中所占比例与水灰比和水化孔中含有凝胶水；凝胶孔和凝胶水在凝胶中所占比例与水灰比和水化 程度无关；水泥浆体的收缩和徐变主要受凝胶孔的影响。程度无关；水泥浆体的收缩和徐变主要受凝胶孔的影响。 4.1 4.1 硬化水泥浆体的组成和结构硬化水泥浆体的组成和结构 p硅酸钙水化物硅酸钙水化物 由于它的结构和形状，决定了它对强度的贡献极小。由于它的结构和形状，决定了它对强度的贡献极小。 其层间较弱的联结，可能是硬化浆体裂缝的发源地。其层间较弱的联结，可能是硬化浆体裂缝的发源地。 它在结构与性能的关系它在结构与性能的关系中只起很小的

7、作用。中只起很小的作用。AFm受受 SO42-侵蚀时，转变为侵蚀时，转变为AFt，结构水，结构水增加，体积膨胀，密度增加，体积膨胀，密度 减小，造成结构破坏，强度下降。减小，造成结构破坏，强度下降。 4.1 4.1 硬化水泥浆体的组成和结构硬化水泥浆体的组成和结构 p其它固相其它固相 孔隙率是指在整个水泥石结构中孔隙所占的百分数，孔隙率是指在整个水泥石结构中孔隙所占的百分数， 它是孔隙数量的表征。它是孔隙数量的表征。 孔分布是指不同孔径孔的分布状况，水泥石中孔径分孔分布是指不同孔径孔的分布状况，水泥石中孔径分 布的差异也会显著地影响水泥石的性能。布的差异也会显著地影响水泥石的性能。 孔形貌是指

8、水泥石中孔的形态。孔形貌是指水泥石中孔的形态。 4.1 4.1 硬化水泥浆体的组成和结构硬化水泥浆体的组成和结构 p混凝土的孔结构混凝土的孔结构 孔的具体分类方法有多种，但一般按孔径进行孔的具体分类方法有多种，但一般按孔径进行 分类：分类： 一般指直径小于一般指直径小于10nm的孔。的孔。 一般指一般指10-103nm的孔。的孔。 一般指直径大于一般指直径大于103nm的孔。的孔。 4.1 4.1 硬化水泥浆体的组成和结构硬化水泥浆体的组成和结构 p孔的分类孔的分类 C-S-H凝胶内的层间孔凝胶内的层间孔 毛细孔毛细孔C-S-H凝胶凝胶 费德曼和塞雷达认为层间孔宽度应在费德曼和塞雷达认为层间孔

9、宽度应在0.5-2.5nm。这样小的孔径。这样小的孔径 不会对水化水泥浆体的强度和渗透性产生不利影响，但会在一定条件不会对水化水泥浆体的强度和渗透性产生不利影响，但会在一定条件 下会失去，产生干缩和徐变。下会失去，产生干缩和徐变。 毛细孔代表没有被水化水泥浆体的固相产物所填充的空间。它的毛细孔代表没有被水化水泥浆体的固相产物所填充的空间。它的 体积和尺寸由新拌水泥浆中未水化水泥颗粒的间距以及水泥水化程度体积和尺寸由新拌水泥浆中未水化水泥颗粒的间距以及水泥水化程度 所决定。以所决定。以50nm为界，大于的话对强度和渗透性不好，小于对干缩为界，大于的话对强度和渗透性不好，小于对干缩 和徐变具有重要

10、影响。和徐变具有重要影响。 毛细孔的形状是不规则的，气孔则一般呈球形。毛细孔的形状是不规则的，气孔则一般呈球形。 4.1 4.1 硬化水泥浆体的组成和结构硬化水泥浆体的组成和结构 p水化水泥浆体里的孔水化水泥浆体里的孔 4.1 4.1 硬化水泥浆体的组成和结构硬化水泥浆体的组成和结构 p影响孔结构的因素影响孔结构的因素 硬化水泥浆体空隙中水分存在形式硬化水泥浆体空隙中水分存在形式 存在于存在于5nm5nm以上孔隙里的水被称为毛细孔水。它不受固体表面存以上孔隙里的水被称为毛细孔水。它不受固体表面存 在的吸引力的作用。大于在的吸引力的作用。大于50nm50nm毛细孔中的水称为自由水，失水不会引毛细

11、孔中的水称为自由水，失水不会引 起系统体积变化；而小于起系统体积变化；而小于50nm50nm毛细孔里的水受毛细张力作用，失水会毛细孔里的水受毛细张力作用，失水会 引起系统收缩。引起系统收缩。 是靠近固相表面的水。在引力作用下，浆体中的水分子物理吸附是靠近固相表面的水。在引力作用下，浆体中的水分子物理吸附 到固相表面，被氢键物理吸附可达到固相表面，被氢键物理吸附可达6 6个水分子层。当干燥至个水分子层。当干燥至30%30%的相对的相对 湿度时，会失去吸附水，引起水泥浆体收缩。湿度时，会失去吸附水，引起水泥浆体收缩。 4.1 4.1 硬化水泥浆体的组成和结构硬化水泥浆体的组成和结构 p水化水泥浆体

12、里的水分水化水泥浆体里的水分 在在C-S-H的层与层之间，一个单分子水层牢固地被氢键的层与层之间，一个单分子水层牢固地被氢键 所键合。所键合。 只有在强烈的干燥作用下（相对湿度低于只有在强烈的干燥作用下（相对湿度低于11%）才会）才会 失去，失去层间水对失去，失去层间水对C-S-H结构会发生明显的收缩。结构会发生明显的收缩。 它是构成它是构成 水泥水化产物中的一部分。干燥时这种水不水泥水化产物中的一部分。干燥时这种水不 会失去，只有受热使水化物分解时才会失去。会失去，只有受热使水化物分解时才会失去。 4.1 4.1 硬化水泥浆体的组成和结构硬化水泥浆体的组成和结构 p水化水泥浆体里的水分水化水

13、泥浆体里的水分 主要来源于水化物层间的范德华引力主要来源于水化物层间的范德华引力物理键，结合力虽弱，物理键，结合力虽弱， 但但C-S-H、水化硫铝酸钙微晶表面积巨大、水化硫铝酸钙微晶表面积巨大(100700m2/g，约为水化前，约为水化前 水泥颗粒的水泥颗粒的1000倍倍)，作用之和非常可观，与氢氧化钙、未水化水泥，作用之和非常可观，与氢氧化钙、未水化水泥 及集料间牢固地粘结。及集料间牢固地粘结。 水化反应产生化学减缩；湿度低于水化反应产生化学减缩；湿度低于100%时，自由水蒸发但并不时，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。伴随收缩；继续干燥使吸附水、层间水蒸发

14、，收缩明显。 硬化的水泥浆体可象致密的岩石一样不透水。同时，即使集料非硬化的水泥浆体可象致密的岩石一样不透水。同时，即使集料非 常致密，混凝土的渗透性也要比水泥浆体低常致密，混凝土的渗透性也要比水泥浆体低1个数量级，说明混凝土个数量级，说明混凝土 的渗透性更主要受过渡区影响。的渗透性更主要受过渡区影响。 4.1 4.1 硬化水泥浆体的组成和结构硬化水泥浆体的组成和结构 p硬化水泥浆体结构硬化水泥浆体结构性能关系性能关系 一根链条中，最薄弱的一环起着决定性的作用一根链条中，最薄弱的一环起着决定性的作用 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 p水泥浆体与集料间的过渡区结构水泥浆体与集料

15、间的过渡区结构 然而，过去和现在绝大多数的研究，针对的是硬化然而，过去和现在绝大多数的研究，针对的是硬化 水泥浆体水泥浆体水泥石相，不仅脱离混凝土实际，而且造水泥石相，不仅脱离混凝土实际，而且造 成严重的误导。成严重的误导。 l 混凝土受拉时呈脆性，而受压时较坚韧？混凝土受拉时呈脆性，而受压时较坚韧？ l 条件相同的砂浆比相应的混凝土强度高？且随集料的粒径条件相同的砂浆比相应的混凝土强度高？且随集料的粒径 增大，混凝土强度下降？增大，混凝土强度下降？ l 集料和水泥石单轴受压试验时呈弹性直至破坏，而混凝土集料和水泥石单轴受压试验时呈弹性直至破坏，而混凝土 本身却呈现非弹性行为？本身却呈现非弹性

16、行为？ l 混凝土的渗透性要比相应的水泥浆体大混凝土的渗透性要比相应的水泥浆体大1 1个数量级？个数量级？ 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 p混凝土的奇怪现象？混凝土的奇怪现象？ 混凝土性能混凝土性能 砂浆砂浆性能性能 净浆净浆性能性能 水化水泥浆体与集料间存在着界面过渡区水化水泥浆体与集料间存在着界面过渡区 问题的问题的 答案答案 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 p过渡区的成因过渡区的成因 集料集料 水水 可见泌水可见泌水 内泌水内泌水 浆体泌浆体泌 水，在水，在 集料下集料下 表面形表面形 成水囊。成水囊。 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界

17、面 p过渡区裂缝的成因过渡区裂缝的成因 水膜，硬化后有缝隙水膜，硬化后有缝隙 Steel bar concrete 混凝土硬化前，混凝土硬化前， 水泥浆体中的水水泥浆体中的水 分向亲水的集料分向亲水的集料 表面迁移，在集表面迁移，在集 料表面形成一层料表面形成一层 水膜，从而在硬水膜，从而在硬 化混凝土中留下化混凝土中留下 微裂纹。微裂纹。 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 p过渡区裂缝的成因过渡区裂缝的成因 裂缝扩展的裂缝扩展的 路径和方向路径和方向 骨料骨料 水水 泥泥 石石 骨料骨料 周围周围 的过的过 渡区渡区 水泥石和集料的弹性模水泥石和集料的弹性模 量不同，当温度、

18、湿度量不同，当温度、湿度 变化时，水泥石和集料变化时，水泥石和集料 变形不一致，致使在界变形不一致，致使在界 面处形成细微的裂纹。面处形成细微的裂纹。 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 p过渡区的结构模型过渡区的结构模型 过渡区的水灰比较大过渡区的水灰比较大 水化物结晶粗大片状水化物结晶粗大片状 Ca(OH)2形成形成择优取向择优取向 层层 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 p过渡区的结构模型过渡区的结构模型 Ca(OH) 2晶体 晶体C 轴垂直轴垂直 界面界面 双层膜双层膜 多孔区多孔区 C-S-H 凝胶凝胶 骨料表面形成厚骨料表面形成厚1m的的 Ca(OH)

19、2+CSH双层膜双层膜 双层膜外是多孔区，填充有双层膜外是多孔区，填充有 C轴平行于骨料表面的轴平行于骨料表面的 Ca(OH)2大大晶体，晶体， C轴垂直轴垂直 于骨料表面的于骨料表面的Ca(OH)2小晶小晶 体，以及大量体，以及大量Hadley粒子。粒子。 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 p过渡区的结构模型过渡区的结构模型 非活性骨料与非活性骨料与 水泥浆体间的界水泥浆体间的界 面层为双层结构。面层为双层结构。 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 p过渡区的结构模型过渡区的结构模型 活性骨料与水泥浆体活性骨料与水泥浆体 间的界面层为四层结间的界面层为四层结 构

20、。构。 紧贴骨料表面的是骨紧贴骨料表面的是骨 料与水泥浆体反应后料与水泥浆体反应后 生成的含碱凝胶层。生成的含碱凝胶层。 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 p过渡区的结构模型过渡区的结构模型 水泥浆体本体水泥浆体本体 弱弱 效效 应应 区区 富富 集集 区区 界界 面面 区区 刻蚀渗透层刻蚀渗透层 骨料骨料 界面区分为四层：界面区分为四层： 接触层接触层 弱效应层弱效应层 富集层富集层 刻蚀、渗透、扩散刻蚀、渗透、扩散 层。层。 p过渡区结构的特点过渡区结构的特点 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 p影响界面区厚度和性质的因素影响界面区厚度和性质的因素 4.2

21、4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 水化产物和集料之间的粘结力也是范德华力，过渡区中任意一点水化产物和集料之间的粘结力也是范德华力，过渡区中任意一点 的强度取决于孔的体积和尺寸。在水化的早期，过渡区内的孔体积与的强度取决于孔的体积和尺寸。在水化的早期，过渡区内的孔体积与 孔径均比砂浆基体大得多。因此，过渡区的强度较低。孔径均比砂浆基体大得多。因此，过渡区的强度较低。 大的氢氧化钙晶体粘结力较小，不仅因为其表面积的原因，而且大的氢氧化钙晶体粘结力较小，不仅因为其表面积的原因，而且 相应的范德华引力也弱。此外，其取向层结构为劈裂拉伸破坏提供了相应的范德华引力也弱。此外，其取向层结构为劈裂拉伸

22、破坏提供了 有利的条件。有利的条件。 混凝土过渡区中微裂缝的存在，是强度低的原因。在过渡区中的混凝土过渡区中微裂缝的存在，是强度低的原因。在过渡区中的 微裂缝主要以界面缝出现，主要是由于粗集粒颗粒周围表面所包裹的微裂缝主要以界面缝出现，主要是由于粗集粒颗粒周围表面所包裹的 水膜所形成。水膜所形成。 p过渡区的强度主要取决于三因素过渡区的强度主要取决于三因素 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 无需多大能量就能使过渡区的裂缝延伸，施加单位应力就能产生无需多大能量就能使过渡区的裂缝延伸，施加单位应力就能产生 较大的应变增量。较大的应变增量。这就是混凝土是非弹性的原因。这就是混凝土是非

23、弹性的原因。在拉伸荷载作用下，在拉伸荷载作用下， 微裂缝的扩展比压荷载作用更为迅速。因此，混凝土的抗拉强度十分微裂缝的扩展比压荷载作用更为迅速。因此，混凝土的抗拉强度十分 显著地低于抗压强度，且呈现脆性破坏。显著地低于抗压强度，且呈现脆性破坏。 过渡区微裂缝的存在，是混凝土比水化水泥浆体或砂浆渗透性更过渡区微裂缝的存在，是混凝土比水化水泥浆体或砂浆渗透性更 大的首要原因。甚至对钢筋的锈蚀也有不良的影响。大的首要原因。甚至对钢筋的锈蚀也有不良的影响。 p过渡区对混凝土性能的影响过渡区对混凝土性能的影响 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 过渡区在混凝土中起着水泥砂浆基体和粗集料颗粒

24、间的搭接作用，过渡区在混凝土中起着水泥砂浆基体和粗集料颗粒间的搭接作用， 由于该搭接作用的薄弱，不能较好地传递应力，故混凝土的刚性较小，由于该搭接作用的薄弱，不能较好地传递应力，故混凝土的刚性较小， 特别是在暴露于火或高温环境中，由于微裂缝的扩展更激烈，使混凝特别是在暴露于火或高温环境中，由于微裂缝的扩展更激烈，使混凝 土的弹性模量比抗压强度低得更快、更多。土的弹性模量比抗压强度低得更快、更多。 p过渡区对混凝土性能的影响过渡区对混凝土性能的影响 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 p界面过渡区形成机理界面过渡区形成机理 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 降低孔隙

25、率，增加密实程度。降低孔隙率，增加密实程度。 细化晶粒，减少晶体的择优取向。细化晶粒，减少晶体的择优取向。 降低水灰比降低水灰比 掺加矿物掺加矿物超细粉和高效外加剂超细粉和高效外加剂 改善混凝土制作工艺改善混凝土制作工艺 择优选取集料择优选取集料 p改善过渡区结构的措施改善过渡区结构的措施 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 降低水灰比降低水灰比 p改善过渡区结构的措施改善过渡区结构的措施 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 水灰比不同的混凝土界面水灰比不同的混凝土界面Ca(OH)2和和AFt晶粒尺寸的变化晶粒尺寸的变化 掺加矿物超细粉和高效外加剂掺加矿物超细粉和高

26、效外加剂 u 降低水泥熟料的用量；自身的火山灰反应消耗降低水泥熟料的用量；自身的火山灰反应消耗Ca(OH)2，使界面区的，使界面区的 Ca(OH)2量减少，同时限制其择优取向。量减少，同时限制其择优取向。 u 火山灰反应增加火山灰反应增加C-S-H的生成量；未参与反应的掺合料细粉可填充过的生成量；未参与反应的掺合料细粉可填充过 渡区的孔隙，使过渡区的密实度增加。渡区的孔隙，使过渡区的密实度增加。 u 掺入高效外加剂掺入高效外加剂(如高效减水剂如高效减水剂)后后,混凝土界面处混凝土界面处CH晶体的取向程度晶体的取向程度 大大降低大大降低,取向范围也大大减小。这意味着过渡层厚度减小取向范围也大大减

27、小。这意味着过渡层厚度减小,不利界面不利界面 效应也降低效应也降低,过渡层更趋于均衡。过渡层更趋于均衡。 p改善过渡区结构的措施改善过渡区结构的措施 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 掺改善混凝土制作工艺掺改善混凝土制作工艺 常规搅拌投料顺序：常规搅拌投料顺序： p改善过渡区结构的措施改善过渡区结构的措施 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 砂砂+石石+水泥水泥干混料干混料出料出料 加水加水 干拌干拌30s 净浆裹石工艺：净浆裹石工艺： 用部分胶凝材料以低水胶比的净浆与石子搅拌，然后加入砂和其用部分胶凝材料以低水胶比的净浆与石子搅拌，然后加入砂和其 余的胶凝材料，

28、以正常水胶比进行第二次搅拌。余的胶凝材料，以正常水胶比进行第二次搅拌。 或者或者 砂砂+石石 部分拌和水喷淋部分拌和水喷淋 湿润的（砂湿润的（砂+石）石）+水泥水泥 加其余拌和水加其余拌和水 极低极低W/C的拌和料的拌和料 搅拌搅拌30秒秒 出料出料 搅拌搅拌30秒秒 择优选取集料择优选取集料 l 如果集料吸水如果集料吸水, ,则可以降低集料周围浆体的水灰比则可以降低集料周围浆体的水灰比, ,从而减从而减 小界面的不利因素。例如采用陶粒作为粗集料制作的混凝小界面的不利因素。例如采用陶粒作为粗集料制作的混凝 土强度可以远高于陶粒本身的强度土强度可以远高于陶粒本身的强度, ,就是利用了陶粒吸水就是

29、利用了陶粒吸水 的原理。的原理。 l 有水硬活性或潜在水硬活性的集料可在界面处参与水化反有水硬活性或潜在水硬活性的集料可在界面处参与水化反 应而改善界面。如选择适当的水泥熟料球作为混凝土的粗应而改善界面。如选择适当的水泥熟料球作为混凝土的粗 集料等等。集料等等。 p改善过渡区结构的措施改善过渡区结构的措施 4.2 4.2 硬化混凝土的界面硬化混凝土的界面 4.34.3 国内学者有关硬化混凝土结构的论述国内学者有关硬化混凝土结构的论述 p吴中伟吴中伟 中心质假说中心质假说 集料、增强材集料、增强材 （钢筋、纤维）（钢筋、纤维） 粗粗 粒粒 、 残残 渣渣 水水 熟料、混合材熟料、混合材 水溶性聚

30、合物水溶性聚合物 细粒活细粒活 性与离性与离 解部分解部分 结合水结合水毛细水毛细水 胶体胶体 空气空气 微介质微介质微中心质微中心质 次介质次介质次中心质次中心质 大介质大介质大中心质大中心质 负中心质负中心质P 非胶体非胶体 水化 离解 界面界面 界面界面 界面界面 层次层次 层次层次 层次层次 水泥基复合材料中心质理论水泥基复合材料中心质理论 p吴中伟吴中伟 中心质假说中心质假说 4.34.3 国内学者有关硬化混凝土结构的论述国内学者有关硬化混凝土结构的论述 各级中心质（分散相）以最佳状态（均布、网络、紧密）各级中心质（分散相）以最佳状态（均布、网络、紧密） 分散在各级介质（连续相）之中

31、分散在各级介质（连续相）之中 。 网络化是中心质的特征。网络化是中心质的特征。 界面区保证着中心质与介质的连续性界面区保证着中心质与介质的连续性 。 各种尺度的孔、缝也是一种分散相，分布在各级介质之中，各种尺度的孔、缝也是一种分散相，分布在各级介质之中， 因此，也是中心质因此，也是中心质 。 p吴中伟吴中伟 中心质假说中心质假说 4.34.3 国内学者有关硬化混凝土结构的论述国内学者有关硬化混凝土结构的论述 中心质网络化中心质网络化 大中心质网络骨架大中心质网络骨架 、大中心质与次中心质网络、大中心质与次中心质网络 、次中心质网络、次中心质网络 、 次中心质与微中心质网络次中心质与微中心质网络

32、 、微中心质网络、微中心质网络 。 界面区组成结构界面区组成结构 界面区通过强化，能够具有比介质更好的物理力学性能。界面区通过强化，能够具有比介质更好的物理力学性能。 中心质效应中心质效应 中心质对介质的吸附、化合、机械咬合、粘结、稠化、晶核作用、中心质对介质的吸附、化合、机械咬合、粘结、稠化、晶核作用、 晶体取向和晶体连生等一切物理、化学和物理化学的效应晶体取向和晶体连生等一切物理、化学和物理化学的效应 。 p吴中伟吴中伟 中心质假说中心质假说 4.34.3 国内学者有关硬化混凝土结构的论述国内学者有关硬化混凝土结构的论述 中心质效应叠加图中心质效应叠加图 p吴中伟吴中伟 中心质假说中心质假

33、说 4.34.3 国内学者有关硬化混凝土结构的论述国内学者有关硬化混凝土结构的论述 Xe1 Xe2 Xe3 I1 I2 I3 rdI/dx 性能1 性能2 性能3 效应程度效应程度(I)，效应梯度，效应梯度(r)，有效效应间距，有效效应间距(Xe) 中心质效应三要素中心质效应三要素 p吴中伟吴中伟 中心质假说中心质假说 4.34.3 国内学者有关硬化混凝土结构的论述国内学者有关硬化混凝土结构的论述 孔、缝既能为水泥的继续水化提供水源及供水通道，又可成为水化产孔、缝既能为水泥的继续水化提供水源及供水通道，又可成为水化产 物生长的场所，从而为混凝土结构及其性能的发展创造条件。物生长的场所，从而为混

34、凝土结构及其性能的发展创造条件。 由于混凝土中形成了各种中心质的网络骨架，所以荷载、干湿、温度由于混凝土中形成了各种中心质的网络骨架，所以荷载、干湿、温度 等外界因素的作用，并非完全反映为外形体积的变化，而可能更多地等外界因素的作用，并非完全反映为外形体积的变化，而可能更多地 反映在孔、缝的变化。反映在孔、缝的变化。 尺寸较小的孔、缝，不但对混凝土的某些性能如强度、在一定水压下尺寸较小的孔、缝，不但对混凝土的某些性能如强度、在一定水压下 的抗渗性无害，而且对轻质、隔热及抗冻性还有一定的益处。的抗渗性无害，而且对轻质、隔热及抗冻性还有一定的益处。 可利用孔、缝网络来改善混凝土结构，如用聚合物浸渍

35、形成大中心质可利用孔、缝网络来改善混凝土结构，如用聚合物浸渍形成大中心质 网络。网络。 p吴中伟吴中伟 中心质假说中心质假说 4.34.3 国内学者有关硬化混凝土结构的论述国内学者有关硬化混凝土结构的论述 原生孔缝原生孔缝 是混凝土在制备过程中即已形成并在养护后即已存在的孔缝。是混凝土在制备过程中即已形成并在养护后即已存在的孔缝。 次生孔缝次生孔缝 是在混凝土养护结束后，在使用过程中，由于荷载、温度变化、是在混凝土养护结束后，在使用过程中，由于荷载、温度变化、 化学侵蚀等外界因素以及内部的化学与物理化学变化的继续，在已硬化学侵蚀等外界因素以及内部的化学与物理化学变化的继续，在已硬 化的混凝土中

36、所产生的新孔缝化的混凝土中所产生的新孔缝 。 u 凡引起收缩或膨胀的各种因素均能导致负中心质的发生变化。凡引起收缩或膨胀的各种因素均能导致负中心质的发生变化。 u 混凝土一些性能的变化与波动也与负中心质的变化有关。混凝土一些性能的变化与波动也与负中心质的变化有关。 p吴中伟吴中伟 中心质假说中心质假说 4.34.3 国内学者有关硬化混凝土结构的论述国内学者有关硬化混凝土结构的论述 负中心质如同中心质一样，能形成网络分布。负中心质如同中心质一样，能形成网络分布。 负中心质的网络分布表明了混凝土中所存在的缺陷，但是，负中心质的网络分布表明了混凝土中所存在的缺陷，但是， 在一定程度内，混凝土的强度等

37、性能不受负中心质变化的在一定程度内，混凝土的强度等性能不受负中心质变化的 影响或影响甚微。影响或影响甚微。 如在混凝土中引入大量均匀分布的如在混凝土中引入大量均匀分布的50200m50200m的气泡，可的气泡，可 改善混凝土的抗冻性、新拌混凝土的和易性，并可减少用改善混凝土的抗冻性、新拌混凝土的和易性，并可减少用 水量以补偿由于气泡的存在所造成的强度损失。水量以补偿由于气泡的存在所造成的强度损失。 p吴中伟吴中伟 中心质假说中心质假说 4.34.3 国内学者有关硬化混凝土结构的论述国内学者有关硬化混凝土结构的论述 用聚合物浸渍，填充了孔缝，可显著改善混凝土的一些主用聚合物浸渍，填充了孔缝，可显

38、著改善混凝土的一些主 要性能。要性能。 减少大中心质的水膜层及其界面缝的来源是减少负中心质减少大中心质的水膜层及其界面缝的来源是减少负中心质 的主要方法，使用高效减水剂不失为一项重要措施。的主要方法，使用高效减水剂不失为一项重要措施。 提高次中心质的分散程度和水化程度也是减少负中心质的提高次中心质的分散程度和水化程度也是减少负中心质的 重要方法之一。重要方法之一。 在混凝土中掺有膨胀剂或配制膨胀混凝土，则减少负中心在混凝土中掺有膨胀剂或配制膨胀混凝土，则减少负中心 质的效果更为显著。质的效果更为显著。 p吴中伟吴中伟 中心质假说中心质假说 4.34.3 国内学者有关硬化混凝土结构的论述国内学者

39、有关硬化混凝土结构的论述 根据中心质假说的理论混凝土最终结构的形成乃是组分变根据中心质假说的理论混凝土最终结构的形成乃是组分变 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 在各级介质之中，在中心质与介质接触部位存在着过渡层在各级介质之中，在中心质与介质接触部位存在着过渡层 的不均匀结构。的不均匀结构。 中心质网络构成了整个结构的骨架，而过渡区则使结构形中心质网络构成了整个结构的骨架，而过渡区则使结构形 成为整体。因此，研究中心质网络与过渡区，是改进混凝成为整体。因此，研究中心质网络与过渡区，是改进混凝 土最终结构和提高混凝土主要性能的关键。土最终结构和提高混凝土主要性能的关键。 中心质假说适用于混凝土，高强、特高强水泥基材料与纤中心质假说适用于混凝土，高强、特高强水泥基材料与纤 维增强水泥基材料维增强水泥基材料 。 p黄蕴元的硬化混凝土的黄蕴元的硬化混凝土的4个结构层次个结构层次 4.34.3 国内学者有关硬化混凝土