建筑材料分析测试技术

1、界面的相互作用1） 化学作用：不同相在界面处发生化学反应而产生化学键。如在混凝土中使用石灰岩作骨料时，硅酸盐水泥中的C3A和石灰岩表面的碳酸钙反应生成水化碳铝酸钙。2） 范德华力：范德华力即分子之间作用力，范德华力包括静电力、诱导力和色散力。在大多数分子间，色散力是主要的。范德华力是粘结的主要来源。3） 机械作用：分散相或增强材料表面粗糙不平时，可与基相材料互相嵌固、咬台，从宏观上来看，增加摩擦力；从微观上看，增加了实际接触面积，从而大大增加了粘附力。中心质假说中心质假说是在不同层次上将物相分成中心质（分散质）和介质（连续相）(连续相)。在宏观上，集料是大中心质水泥浆体是大介质，在亚微观上，水

2、化物相为次介质，未水化细粒和微观矿物粉(如果有的话)为次中心质，第三个层次以Ca(OH)2、AFt相等结晶的水化物为微中心质，CSH为微介质。其中宏观上的孔和毛细孔为负中心质。各层次都有中心质的效应发生。吴中伟教授认为，在大中心质界面以外存在的相组成、结构和性能变异的范围都属于过渡层。但由于性能变异范围比组成结构变异的范围大得多，将其称为效应圈。中心质对介质的效应存在于结构形成和发展阶段，也存在于承受荷载时中心质与介质共同作用的阶段。这种效应不一定是不利的，也有有利的效应；效应程度也有大有小。凡是大中心质对周围介质产生的吸附、化合、机械咬台、粘结、强化、晶核作用、晶体的取向和连生等一切物理、化

3、学和物理化学效应，都称为大中心质效应。大中心质在介质中引起明显变化的范围为大中心质效应范围，也称为结构膜层。结构膜层的结构和性质对整个水泥基复合材料的性能有很大的影响。各层次都存在中心质效应，但目前以研究大中心质效应为主。对次中心质、微中心质和负中心质的效应，由于研究手段所限，研究得极少，甚至有的还没有开始进行研究。固5-11为大中心质效应和次中心质效应的示意表图。对于大中心质效应，可用三个参数来描述，称为效应圈三要素：效应程度(I)：界面处效应的大小。此处效应是大中心质和大介质相互作用造成的取决于大中心质表面的性质如吸附性、化学性质、成分和变形性质等；效应衰减梯度(r)：效应随其与界面的距离

4、x的增加面衰减的速率； rdI/dx效应衰减梯度可以是等速的，也可以是变速的，取决于大介质对效应的阻力可有图5-12所示的方式，多数为(a)、(b)的方式，有时也会出现(c)的形式。最大效应距离(x0)：为大中心质效应所能达到的范围，即从界面到效应消失处的距离。x0为理论效应距离。实际上，当效应衰减到很小时，材料整体在某特定性质上还表现出大中心质效应的影响、但对介质性质作用已经不明显。这段距离为有效最大效应距离。界面效应的叠加相邻中心质效应叠加对形成中心质网络提高混凝土的匀质性有重要的作用。以大中心质效应为例，设二个大中心质间距为S，有效效应范围为X0效应程度为I，取SX0，S=2X0和S2X

5、0三种典型情况分析如图5-14所示。由图5-14可知，当大中心质效应强而间距小时，可提高整个效应而在大介质中均匀分布，如果在混凝土中填加具有活性的矿物粉料，则可增加大中心质数量，减少中心质间距，并提高中心质效应的程度，起到改善混凝土的明显效果。超高强混凝土，为了满足流动性要求，往往骨料用量较小而水泥浆量大，适当添加矿物粉掺和料，则可大大缓解骨料间距加大而造成的不均匀性。影响过渡层各效应圈厦度的因素1、集料的种类水泥浆体中的Ca(OH)：在不同集料表面的富集和取向程度不同，如图5-15所示为不同集料表面CH取向程度的变化。集料吸水性强时，则可减小水膜层。具有一定活性的集料，可使水泥中的成分如Ca

6、(OH)2、C3A与之反应生成连接集料和水泥浆体的产物使界面中产生一定的化学键，增强大中心质和介质的效应。如石灰岩(以CaCO3为主要成分和水泥浆体间能生成C3A·CaCO3·11H2O的稳定水化产物。又如以0.6-1.25mm粒径的沸石岩颗粒掺入水泥浆体，养护7天和28天刷得界面两侧显微埂度的变化如图5-l 6所示。7天时由于大中心质和介质相互作用的效应，使紧靠界面两侧处均显示有比本体薄弱处，28天后，则均有明显加强。在集料一边，甚至界面处显微硬度高于本体的显微硬度(见图5-16)。2集料表面性质集料表面光滑时，在水泥浆体凝结前，Ca(OH)2集料表面生成得多，取向程度也

7、越大3. 水灰比水灰比大时，界面结构琉松，Ca(OH)2，在集料表面处生成得多，取向范围也大，集料表面水膜层薄，过渡层厚度小。4. 混合材料活性混合材料可以减少Ca(OH)2的生成量，如硅灰可以使界面上Ca(OH)2的取向范围减小到4m；能增加水泥浆体中AFt生成量的混合材料，可使界面AFt的浓度大，降低Ca(OH)2的取向性。研究和掌握水泥基复合材料界面效应的规律，利用有利的效应改善界面结构，就可能不断提高或改善水泥基复合材料的整体性能。用扫描电子显微镑分析界面形貌和微结构1、用扫描电子显微镜可以观察相分析水泥浆体-粗骨料界面区的形貌和微结构还可对界面裂缝进行观察分析，并用电子探针分析表面成

8、分。用扫描电子显微镜观察水泥浆体-骨料界面时，制样方法可以将抛光表面的骨料埋入水泥浆体，然后在标准条件下养护至指定龄期。实验时从界面处将两相断开，分别观察两个粘结面，或在垂直于界面的方向断开，观察界面缝的变化。观察界面时，可同时用X-射线能谱(EDXA)检测界面两侧组成的变比。2、用X-射线衍射方法测定骨料-水泥浆体界面Ca(OH)2取向和界面效应根据X-射线衍射测定品体取向性的原理，当一束X-射线照射到无择优取向的晶体上时，其衍射强度I为：3、用电子能谱分析界面成分和结构物质在一定能量的电子、X射线或紫外光作用下，表面原于中不同能级的电子受激发成自由电子，这些自由电子带有物质表面的信息和待征

9、能量，记录这些电子及其能量分布就可得到电子能谱，并可据此进行电子能谱分析。其中以X-射线或紫外线为激发源得到的电子能谱称为光电子能谱，简称ESCA(E1ectron Spectroscopy of Chemlca1 Analysis)。以能量较高的X-射线为激发源，激发原子内层电子得到X光电子能谱(XPS)，主要用于研究物质表面组成和化学结构，有时也将其称为ESCA。量测电子束作用于物质时在物质表面产生的俄歇电子能量分布，就得到俄歇电子能诺(AES)，是反映物质表面以下几A深度的信息，可用于快速测定表面成分分布。把AES谱仪制成扫描探针，称为扫描俄歇探针(SAM)。4、用显微硬度分析界面界面结合与效应集料一侧的纤维硬度基本上无变化，而在水泥浆体一侧，紧靠界面处有很窄的高硬度区，与界面距离增加到20m以后，有一个硬度低谷，然后水泥浆体中硬度稳定的区。水泥石孔结构研究中的模型法1、水泥石孔结构模型为简化起见，认为新拌水泥浆体主要由水泥颗粒和溶液组成；在完全硬化的水泥浆体中，主要由固相水化物和孔所组成，随着水灰比(W/C)和养护条件的不同，孔可能被水充满，也可部分被水充满。模型假设水泥主要水化产物水泥凝胶与C3S及C2S的水化产物相似，是一种结晶不良的托勃莫来石的变体。并取名“托勃莫来石”凝胶。凝胶呈层