界面过渡区的特征
• C-S-H凝胶较少，Aft浓度较大 • 存在大的、定向生长的 CH • 孔隙率较高、结构疏松
• 过渡区的强度主要取决于3个因素：
1、孔的体积和孔径大小，
表面积2、小C，a相(O应H)的2晶表体面的能大低小，和粘取结向力，差（。比 ）
3、存在的微裂缝和孔隙。（由于泌水，在 集料周围形成较厚的水膜，造成较大的孔 隙。）
• 水泥的凝结硬化与粘土以及石膏和石灰的 凝结硬化有着本质的区别
粘土的凝结硬化
粘土的凝结硬化过程不存在化学反应，他 仅仅是因为水分的失去使得固体颗粒相互 接触形成具有一定强度的结构，这一过程 是可逆的，当已经硬化的粘土重新放入水 中时，他将软化甚至流动，因此，粘土是 气硬性的。
（三）混凝土的凝结硬化过程
• 水泥浆体转变成坚硬固体的过程是一个复 杂的物理化学变化过程——水泥的水化凝 结硬化。
凝结——水泥与水混合形成可塑浆体，随着 时间推移、可塑性下降，但还不具备强度 ，此过程即为“凝结”；
硬化——随后浆体失去可塑性，强度逐渐增 长，形成坚硬固体，这个过程即为“硬化 ”。
硅酸盐水泥的水化：
•
水泥颗粒
C-S-H：是一种形态不明确的无固定组成的 化合物，占全部水化物体积的50-70%，对 水泥的凝结硬化性能和强度起重要作用。
C-S-H凝胶比表面积很大,100-700m2/g。表 面能高，粘结能力强。
水化硅酸钙形态主要为结晶差的纤维状、
针棒状、网状和内核状的凝胶胶粒，均在 μm级内，粒子间主要靠范德华力作用，是 水泥石强度的主要来源。
• 普通混凝土通常所用的粗骨料有碎石和卵 石两类。卵石是由天然岩石经自然风化、 水流搬运和分选、堆积形成 的粒径大于 5mm的颗粒。按其产源可分为河卵石、海卵 石、山卵石等几种，其中河卵石应用较多 。碎石大多由天然岩石经破碎、筛分制成 ，也可将大卵石轧碎筛分制得。
2.2 浆体相
硬化水泥浆体又称水泥石，是固、液、气三 相并存的复杂体系，是混凝土的基相，对 硬化混凝土的性能起着关键性的作用
1、化学结合水： 是水泥石中各种水化产物中的水，低
温干燥时不会失去，当水化产物受热分解 时会放出来。对水泥石的收缩、徐变产生 影响。
2、层间水： 处于C-S-H凝胶层间，由氢键牢固地
结合。存在于凝胶孔中，强烈干燥时才会 失去。对收缩、徐变影响很大
3、吸附水： 又称物理吸附水，吸附于水泥石的内
表面上，可形成多分子层吸附，处于毛细 孔中，当相对湿度小于30%时，大部分会 失去，对收缩和徐变均有影响。
AFt：钙矾石又称AFt(C3A•3CS•H32) ，其中Fe可以部分替换Al，硅酸盐 水泥水化几小时后形成，水化几天后 ，AFt数量减少。
AFm:单硫型水化硫铝酸钙相，，水 泥水化时，AFt相消失就会出现AFm 相。
AFt呈短粗杆状，通常情况下长度不超过几 微米。 AFm呈六边形状，厚度是超微米量级。
Alite Belite Aluminate Ferrite
C3SCa3SiO5Fra bibliotekC2S
Ca2SiO4
C3A Ca3Al2O6
C4AF Ca2(Al,Fe)2O5
矿物式
3CaO·SiO2 2CaO·SiO2 3CaO·Al2O3 4CaO·Al2O3·Fe2O3
另外还含有少量的其它矿物质：如
f—CaO f—MgO方镁石 含碱矿物及玻璃体：其中K2O、Na2O含 量较高（国标要求＜0.6%） 在上述的主要矿物中，C3S、C2S的含 量多在70%以上，C3A、C4AF的含量在 25%左右。也就是说在熟料中大量存在的 是硅酸盐矿物，正因为如此，由这种熟料 配制而成的水泥我们称其为硅酸盐水泥。
（2）浆体相——孔隙
• 水泥石中的孔可分为三类：凝胶孔、毛细 孔、非毛细孔。
C-S-H凝胶
C-S-H凝胶内的层间孔 毛细孔
• 水泥石孔结构包含孔隙率和孔径分布两个 概念。
•
孔隙率：孔体积占水泥石体积的百分
数
•
孔径分布：不同孔径尺寸范围的孔的
体积百分数。
• 凝胶孔是水化水泥颗粒间的过渡空间，尺 寸1.5～3nm，水泥凝胶的最小孔隙率占水 泥凝胶体积的28%，即凝胶孔约占凝胶体
4、毛细管水：
又称自由水，存在于孔径大于50纳米 的毛细管中，是不受范德华力影响的重力 水。
水泥石毛细管中的水，是水泥继续水 化的水源和动力。
随着水泥水化程度的提高，水泥石的 毛细孔孔隙率和凝胶孔孔隙率逐步降低。
水的作用
• 水份在水泥石结构中以不同的形态存在， 会在不同的温度、湿度下脱去，或在外力 下流动，这都是混凝土收缩变形、收缩裂 纹的根源和蠕变变形的根源。
降低水泥熟料的烧成温度
（2）硅酸盐水泥熟料的组成：
化学组成： 主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)， Al2O3(=A)， Fe2O3(=F) 少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。
矿物组成： 硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：
矿物名称
硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙
铁铝酸四钙
英文名称 缩写 分子式
来认识混凝土内在的影响因素和变化规律。
1 混凝土的宏观结构
抛光混凝土断面
混凝土的宏观结构
肉眼观察，基本由两相组成： （1）形状和尺寸各异的骨料 （2）相对连续的基体相
• 混凝土是集料颗粒分散在水泥浆基体中所 组成的两相材料。这一观点忽略了界面性 能和孔结构等因素对混凝土性能的影响。
•
这是对混凝土最传统的认识。
• 3、拌合加水量的影响 • 拌合水越多，硬化水泥石中的毛细孔就越
多，凝结硬化越慢，强度越低。 • 4、养护湿度和温度的影响 • 用水泥拌制的砂浆和混凝土，在浇灌后应
注意保持潮湿状态，以利获得和增加强度 。提高温度可加速水化反应。
• 5、养护龄期的影响 水泥的水化硬化是一个较长时期不断进行 的过程，所以水泥在3～14d内强度增长较 快，28d后增长缓慢。
水化产物和集料间的粘结力主要是范 德华力，所以界面强度较低。如何提高界 面的粘结力，是提高混凝土性能的关键所 在。
二、混凝土的矿物组成：
（1）混凝土生产原料：
A、石灰质原料— 石灰石、白垩等 CaO B、粘土质原料— 黏土、黄土等 SiO2、Al2O3、Fe2O3 C、校正原料— 铁矿粉、砂岩等 SiO2、Al2O3、Fe2O3 D、矿化剂— 萤石（CaF2）、石膏等
2 混凝土的微观结构
混凝土的微观结构
混凝土的微结构是由三部分（相）组成 （1）骨料相 （2）浆体相 （3）界面过渡区
2.1 骨料相
普通混凝土所用骨料按粒径大小分为细骨 料和粗骨料。粒径大于5mm的称为粗骨料， 粒径小于5mm的称为细骨料。
• 普通混凝土中所用细骨料，按来源分为天 然砂和人工砂。天然砂一般是由天然岩石 长期风化等自然条件形成的。根据产源不 同，天然砂可分为河砂、湖砂、山砂和淡 化海砂。河砂和海砂由于长期受水流的冲 刷作用，颗粒表面比较圆滑，且产源较广 ，但海砂中常含有贝壳碎片及可溶盐等有 害杂质。山砂颗粒多具有棱角，表面粗糙 ，砂中含泥量及有机质等有害杂质较多。 建筑工程中一般多采用河砂作细骨料。
影响水泥硬化的因素
• 1、熟料矿物组成的影响 硅酸盐水泥的四种熟料矿物中，C3A,C3S 的水化和凝结硬化速度最快，因此它们含 量越高，则水泥凝结硬化越快。
• 2、水泥细度的影响 水泥颗粒的粗细直接影响水泥的水化、凝 结硬化、强度、干缩及水化热等，水泥颗 粒越细，水化作用的发展就越迅速而充分 ，使凝结硬化的速度加快，早期强度也就 越高。但水泥颗粒过细，硬化时产生的收 缩亦较大。
C3AH6+CaSO4.2H2O+H2O→3CaO.AI2O3.3CaSO4.31H2 O（AFt）
归纳起来，硅酸盐水泥的主要水化产物有五 种，其中有两种凝胶、三种晶体。 凝胶：水化硅酸钙、水化铁酸一钙 晶体：氢氧化钙、水化铝酸钙、水化硫铝 酸钙
根据现有的水泥凝结硬化理论，一般认为水 泥浆体硬化结构的发展过程可分为水化早 期、水化中期和水化后期三个阶段。
1、水化早期：大约在水泥拌水起至初凝 时止，C3S迅速反应生成Ca(OH)2。石膏和 C3A反应生成钙矾石晶体。
水泥浆呈塑性状态。
2、水化中期：大约从初凝起至24h止，水泥 水化加速，生成较多的Ca(OH)2、钙矾石 晶体、水化硅酸钙凝胶。 水化产物大量生成，水泥凝结。
3、水化后期：指24h以后直到水化结束。所 有水化产物生成，数量不断增加，结构更 加致密，强度不断提高。
硬化水泥浆体的特点：不均匀，含多种固相 、孔隙和水。
• 固相：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：层间孔、毛细孔（微小）；气孔（ 大）。
• 水分：毛细孔水、层间水、吸附水和化学 结合水
（1）浆体相——固相
• • 固相
水化产物
C-S-H凝胶 Ca(OH)2晶体 钙矾石(AFt相) 单硫型(Afm相)
混凝土的结构、组成及特点
本节内容
1、混凝土的结构 2、矿物组成 3、混凝土的凝结硬化 4、特点及应用
一.混凝土的结构
• 材料的性能与其内部结构有着密切的依 存关系。
•
材料的内部结构决定了其性能，适当
地改变其结构可以改变其性能。这就是结
构与性能之间的关系
•
混凝土材料也是如此，在研究混凝土
的各种性能时，必须从混凝土的内部结构
• 人工砂为经过除土处理的机制砂和混合砂 的统称。机制砂是由机械破碎、筛分制成 的，粒径小于5mm的岩石颗粒，但不包括软 质岩、风化岩石的颗粒。机制砂单纯由矿 石、卵石或尾矿加工而成。其颗粒尖锐， 有棱角，较洁净，但片状颗粒及细粉含量 较多，成本较高。混合砂是由机制砂和天 然砂混合制成的。它执行人工砂的技术要 求和试验方法。把机制砂和天然砂相混合 ，可充分利用地方资源，降低机制砂的生 产成本。一般在当地缺乏天然砂源时，采 用人工砂。