混凝土的微结构

  混凝土是一类带孔水泥基复合材料。作为一种广泛使用的传统
建筑工程材料，对其的研究停留在宏观尺度上，采用物理和力学方
法研究其强度、变形以及密度等。在宏观尺度上的研究可满足一般
工程需要。近年来对混凝土建筑材料提出了更高强度、更高性能的
要求，研究人员发现可以通过改善混凝土的微观结构达到此目的。
为此，混凝土的研究尺度扩充到了细观和微观层次。对于用于工程
的水泥基材料，研究应在宏观、细观和微观层次上进行，以宏观为
主，再向微观深入
  混凝土断裂力学
  混凝土结构是指组成成分的种类、数量、尺寸、形状以及分布
。
  宏观层次对应的分析是工程技术人员感兴趣的范围，主要表现
为混凝土作为一个连续匀质各向同性的材料其整体的性能。如果将
内部结构一改性一宏观性能作为一条关联的链条，则宏观层次的研
究只是链条的末端，是内部结构改性的结果。如果仅从宏观层次上
研究混凝土，从材料学的角度而言则略显粗糙，也不能从本质上揭
示混凝土宏观特性的原因，进而不能指导从改进材料的微观结构达
到改善混凝土性能的目的。借助于透射显微镜、扫描电子显微镜、
光学显微镜以及核磁共振技术等，可以分辨水泥水化产物以及骨料
的结构，看到复杂的孔隙分布。微观层次上的研究属于化学范畴。
目前从理解混凝土的内部结构和宏观性能的关系上更多的是在细观
尺度上。
  在细观层次混凝土材料可看做由三相组分构成：粗骨料、周围
的均匀硬化砂浆和过渡界面区。而骨料和砂浆之间的过渡区是混凝
土内部结构的薄弱环节，是引起混凝土材料破坏的主要原因。细观
层次上模型可用于研究混凝土成分对宏观性能的影响。除上述三种
尺度外，目前研究的层次甚至达到纳米数量级，如通过纳米级材料
的加入可以提高混凝土的强度、韧性等，制作出高寿命、智能型以
及环保型的混凝土。但这是一门新兴的领域，目前还处于探索阶段
，下面从细观角度介绍混凝土的内部结构。硬化水泥浆体
 钙矾石
  钙矾石是成熟浆体的少数组分，大约占固体体积的10％～15％
，因此在硬化水泥浆体的微结构中是小角色。结晶为针状六面体，
长细比较大，长度约为5μm。虽然单个晶体尺寸小，在一般的光学
显微镜下观测不到，在受到硫侵蚀的混凝土中，从断面处可看到针
状的辐射钙矾石束。

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