混凝土制品工艺原理（第6讲） • 3.1混凝土内部结构的形成原理 • 3.2混凝土的基本工艺过程及其作 用 • 3.3混凝土基本性能 • 3.4搅拌工艺简介 • 3.5成型工艺简介 • 3.6养护工艺简介
3.1混凝土内部结构的形成原理
混凝土是胶凝材料（、掺合料）、水、粗细骨料及 各类化学外加剂按一定比例，经过均匀拌和、密实 成型及养护硬化后制成人工石材。 硅酸盐水泥是主要的胶凝材料；辅助胶凝材料如优 质粉煤灰、矿粉、硅灰等活性矿物掺合料，也是高 性能混凝土配制的。 胶凝材料水化硬化粘接粗细骨料---使混凝土具有 整体性----水化产物不断填充粗细骨料等固相组分 堆积后留下的空隙，与固相颗粒紧密粘接----不断 形成致密的内部结构---强度等物理、力学性能得 以发展
（三）水泥浆体内水的存在形式 水在水泥水化及水泥浆体结构形成过程中起着重要 作用。按水与固相组分的作用情况，可分为结晶水、 吸附水和自由水。 属于非蒸发水的主要是结晶水，而蒸发水则包括吸 附水及自由水。蒸发水量可近似作为浆体孔体积的 量度。 水泥浆体结构的主要变化反映在毛细孔及毛细孔水 的变化上。如水泥浆浓度低于一定限度，而且在常 温下保持水饱和状态时，水泥才能完全水化。若水 泥浆浓度过高，则多余水泥处于未水化状态。
普通硅酸盐水泥和快硬水泥：
在常用水泥品种范围内， 以及集料品质相同时， 决定混凝土强度的是胶 空比或密实度
四、集料 （一）集料颗粒级配的影响 集料强度、密度、粒型、表面状态、级配等物理性 能，以及化学性能对混凝土的性能影响仅次于水泥。 （如影响混凝土和易性、工作性、需水性、结构的 形成与发展、空隙率、强度、耐久性等） 颗粒级配表示各粒级集料在集料混合物中的数量配 合，有连续级配和间断级配之分。理想级配应是在 保证混凝土流动性及强度的条件下，水泥用量最少 的级配，或水泥用量相同时，获得最大流动性及最 小分层性的拌合物的级配。
（四）硬化水泥浆体的强度 硬化水泥浆体力学强度的形成有两种不同的解释。 两种观点区别在于凝聚结构的含义上，而就强度的 基本来源的解释系属于各种水化产物的微晶胶粒结 合构成空间骨架的论点(分子间作用力、化学键等)， 则毫无争议。 提高硬化水泥浆体的强度，就必须尽量增加化学键 结合的比例，同时提高其密实度。
3.1混凝土内部结构的形成原理
P49-P55内容（水泥工艺学、混凝土学） • 硅酸盐水泥矿物的水化过程 • 水泥石的相组成及物理过程 • 界面过渡区及其对混凝土性能的影响
3.1混凝土内部结构的形成原理
一、熟料矿物的水化简介 （一）硅酸三钙
水化放热速率和Ca C3S水化放热速率和Ca2+浓度变化曲线
3.3混凝土基本性能
3.3.1混凝土拌合物性能 3.3.1.2离析与泌水 • 离析：通常表现为粗集料与砂浆分离（可能 的原因：1）浇注、振捣方法不当；2）集料 最大粒径过大；3）集料比例过高；4）胶凝 材和细集料比例偏低；5）与细集料相比粗 集料的密度过大；6）拌合物过于干或湿等） • 泌水：拌合物密实之后，凝结硬化之前，水 从拌合物内部迁出（常见的原因： ？ ）
3.2混凝土的基本工艺过程及其作用
一、混凝土制品的基本工艺过程
原料加工与处理
混合料的制备
制品的密实和成型
制品的装饰和装修
制品的养护
3.2混凝土的基本工艺过程及其作用
原料的加工与处理 混凝土的制备工艺 搅拌工艺 密实成型工艺 养护
主要对物料进行破碎、筛分、磨细、 洗选、脱水、预热或预反应，以达到 改善颗粒级配、减少粒状物料空隙串、 降低含水量、提高温度及洁净度、增 大比表面积以及提高活性等目的
2.2水泥的组成及特性
表1水泥熟料矿物组成及特性 水泥熟料矿物组成及特性
矿物 名称 化学式 代号 含量 （%） ） 主要特性 水化 速度 快 慢 水 化 热 大 小 强度 体积 收缩 中 中 抗硫 酸盐 侵蚀 中 最好
硅酸 三钙 硅酸 二钙 铝酸 三钙 铁铝酸 四钙
3CaO·SiO2 2CaO·SiO2
（二）水泥凝胶的孔结构
水泥浆体中孔的分类
T.C.Power研究表明，水化从水泥颗粒开始同 时向内和向外发展。约占45%的内部水化产物处于 原颗粒周界之内，而占55%的外部水化产物则占据 了原颗粒间隙的充水空间。也即1cm3 的水泥水化 后约占2.2cm3 的空间，其中1cm3 在原周界之内， 1.2cm3 则占据原充水空间
3.3混凝土基本性能
3.3.1.3含气量 • 引入均匀、稳定、封闭、直径≤200微米的小气泡 • 浇注、振捣时引入 • 外加剂：减水剂、引气剂（品种） 3.2.1.3 密度（容积密度） 3.2.1.4 凝结时间 凝结：塑性-刚性、硬化之前 假凝(？)：硬石膏 速凝(？)：C3A
3.3混凝土基本性能
用分段搅拌、轮碾、超声、 振动、加热等措施进行活化、 改善界面层结构及加速水化 反应，以促进结构形成并提 高混凝土的强度。
3.3混凝土基本性能
• • • • • • 3.3.1混凝土拌合物性能 工作性 1、易于拌合和运输 2、拌合物质量均一、稳定、易于浇注 3、易于振捣密实、或自密实 4、在浇注、密实、振捣过程中不会产生分层、离 析 • 5、成型后混凝土表面易于修整 工程中常常描述混凝土为粘聚性、稠度、流动性、 可泵性、易密实性、可修整性、粗糙性等
（二）硅酸二钙 β-C2S的水化过程与C3S相似，但水化速率慢 得多，第二放热峰相当微弱，Ca2+ 过饱和度低， 成核较晚。所形成的水化硅酸钙与C3S差别甚微， 统称为C—S—H.
（三）铝酸三钙或铁铝酸四钙+石膏+水 C3A 与水迅速反应。在硅酸盐水泥浆体的碱性 液相中迅速生成C4AH13 。在室温下数量迅速增多是 浆体瞬时凝结的主要原因。石膏、氧化钙同时存在， 快速生成的C4AH13 与石膏反应生成钙矾石。其中的 铝可被置换成含Al，Fe的形成高硫型的水化硫酸钙 （AFt相）。石膏耗尽C3A 时， C4AH13 又与先生成 的钙矾石反应成单（低）硫型水化硫酸钙（AFm 相）。当石膏掺量极少时，钙矾石转化成AFm后， C3A仍有余。此时，可形成C3A·（CS·CH）H12 固溶 体。
3.1混凝土内部结构的形成原理
图 水泥浆-骨料界面的微观结构模型 混凝土内部结构既水泥石结构，水化产物的类型、 结晶形态、大小及聚集形式等；还包括固相组分堆 积状态、孔结构及水泥石-集料的界面。 内因；原材料、配合比 外因：成型工艺、养护工艺
3.1.1混凝土内部结构概述
内部结构概述：表面胶结原理、多级分散原理 3.1.1.1表面胶结原理
3.3混凝土基本性能
3.3.1混凝土拌合物性能 影响混凝土工作性的因素 • 1、用水量与高效减水剂的影响 • 2、集料配比与集料性质的影响 • 3、水泥与掺和料特性的影响 • 4、温度的影响 • 5、工作性的经时损失
3.3混凝土基本性能
3.3.1混凝土拌合物性能 工作性的经时损失 • 1、自由水的迅速减少：1）水的蒸发、2） 水被固相颗粒吸附或吸收、3）水泥水化反 应结合了拌合水 • 2、表面水化产物改变了固体颗粒的结合状 态
图3.6硅酸盐水泥水化放热曲线形态 C3S、C2S、C3A、CAF及石膏同时存在 C3S：37-60%
F.WLocher认为的水泥水化的三阶段： 第一阶段：水泥加水拌和至初凝。CH晶体析出的同 时，CSH2与C3A生成钙矾石的细薄晶体。浆体呈现 塑性。 第二阶段： CH与钙矾石晶体增多，水泥颗粒表面 形成长纤维状C—S—H。他们的初步凝聚连接成多 孔的网状结构，浆体凝结。 第三阶段：钙矾石转化成AFm和C4(A,F)H13 。 C— S—H为短纤维，各水化物数量不断增加结构更趋致 密。强度增长，形成“稳定结构”。
将合格的各组分按规定的配合 比称量配料并拌合成具有一定 均匀性及给定和易性指标的混 凝土混合料。应该将之视为混 凝土内部结构形成的正式开始。
使混凝土 结构进一 步完善和 继续硬化
利用水泥浆凝聚结构的触变性、对 浇灌入模的混合料施加外力干扰 (振动、离心力、压力等)使之流 动．以便充满模型．使制品具有所 需的形状．更重要的是使尺寸各异 的集料颗粒紧密排列，水泥浆则填 充空隙并将之粘结成一坚强整体。 （关键阶段）
C3S水化可以分为五个阶段： Ⅰ——初始水解期或诱导前期。 C3S加水后急剧出现 2+ Ca 和OH 。（化学反应控制） Ⅱ——诱导期或静止期。反应速率极慢，水泥浆体保 持塑性。决定初凝时间。（成核过程控制） Ⅲ——加速期。终凝、初始硬化（化学反应控制） Ⅳ——减速期。水泥石或砼获得早期强度（化学反应 及扩散控制） Ⅴ——稳定期。水泥石或砼后期强度增长（主要是扩 散控制）
孔隙率的测定方法有蒸发水法、压汞法和计算 法等。压汞法同时还可测定孔容、平均孔径和孔径分 压汞法同时还可测定孔容、
使用较为方便。 布等参 数，使用较为方便。孔分布的测定方法还有气体吸 附法、溶剂取代法、X射线小角散射法、热孔计法、反相体 射线小角散射法、 射线小角散射法 热孔计法、 积排阻色谱法等。 积排阻色谱法
集料空隙率对水泥用量、混凝土密实性及其他性 能起决定性作用。集料的理论空隙体积与粒径大小集料的强度取决于岩 石的强度以及粒径的大小。 同时集料的表面特征包括 粗糙度、硬度及孔的持征， 对混凝土需水量、与水泥 石的粘结力及强度有较大 影响。
五、界面层（界面过渡区） 水泥浆体与集料、钢筋或玻璃纤维的界面是 影响混凝土性能的重要因素之一。对于普通 混凝土，界面层常是导致破坏的薄弱环节， 因此适当增加界面的粘接力，是提高混凝土 强度并改善其性能的有效途径。 界面过渡区影响：砼强度、抗渗性、耐久性 等物理力学性能 界面层的粘结机理，尚较少研究，情况不同， 解释各异。一般可归纳为分子间力、机械咬 合力（如水泥浆进入多孔集料空隙）及化学 键（CaCO3、MgCO3、SiO2与水泥组分发生腐 蚀性界面）三种因素。
硬化混凝土性能 • 强度 普通混凝土界面区空隙率较高，是薄弱环节 S=S0e-kp S——材料强度 S0——材料本征强度，空隙率为0时的强度 p——空隙率，与初始水灰比及水化程度有关 k——所研究体系有关常数