混凝土是由大小不同的顆粒所組成的,大顆粒粗骨料的空隙由中小顆粒的粗骨料填充;粗骨料顆粒的空隙由細(xì)骨料(砂子)填充,它的顆粒也是有粗有細(xì),細(xì)顆粒填充粗顆粒之間的空隙;水泥漿則填充粗細(xì)骨料堆積體的大小空隙,并包裹它們形成一層潤滑層,使新拌混凝土(也稱拌合物)具有一定的工作性,能在外力或本身的自重作用下成型密實。硬化混凝土是一種復(fù)雜的、多相的復(fù)合材料,它的結(jié)構(gòu)主要包括三個相骨料、硬化水泥漿體以及二者之間的過渡區(qū),說它復(fù)雜是因為它很不勻質(zhì),主要體現(xiàn)在以下幾方面:,過渡區(qū)的存在。過渡區(qū)是圍繞骨料顆粒周邊的一層薄殼,厚度約10~50μm。由于它的薄弱,對混凝土性能的影響十分顯著;第二,三相中的任一相,本身實際上還是多相體。例如一顆花崗巖的骨料里除了有微裂縫、孔隙外,還不均勻地鑲嵌著石英、長石和云母三種礦物。石英很硬,而云母就很軟;第三,與其他工程材料不同,混凝土結(jié)構(gòu)中的兩相一硬化水泥漿體和過渡區(qū)是隨時間、溫度與濕度環(huán)境不斷變化著的。
1.骨料相
通常在為混凝土選擇骨料時,首先注意的是它的顆粒強度,也就是說它越堅硬越好。事實上,由于骨料的強度通常比其他兩相的高很多,因此它對混凝土的強度并沒有直接的影響。但是它們的粒徑和形狀間接地影響混凝土強度。當(dāng)骨料粒徑越大、針片狀顆粒越多時,其表面積存的水膜越厚,過渡區(qū)相就越薄弱,硬化混凝土的強度和抗?jié)B透性也越差。所以,質(zhì)量好的骨料應(yīng)該是顆粒形狀均勻、級配好,堆積密實度高,所需要的漿體用量少。許多路面板之所以不耐久,就是因為骨料質(zhì)量差,尤其缺乏5~10mm粒徑的顆粒,使得傳荷能力和抗沖擊與疲勞能力受到嚴(yán)重影響。
2.硬化水泥漿體(也稱水泥石)
在配制混凝土選用水泥時,都認(rèn)為標(biāo)號越高的水泥越好。事實上,高標(biāo)號水泥通常粉磨得越細(xì),在拌合時往往需要更多的水,硬化后生成更多薄弱的氫氧化鈣,多余的水分蒸發(fā)后也會形成更多的孔隙,對混凝土的強度和耐久性不利。但是,這樣的水泥水化反應(yīng)快,因此用它配制的混凝土早期強度高,這是它受歡迎的原因。
3.過渡區(qū)
試驗表明:即使所用骨料非常致密,混凝土的滲透性也要比相應(yīng)的水泥漿體低一個數(shù)量級。這說明:混凝土體的滲透性并不直接取決于硬化水泥漿體的滲透性,而是取決于過渡區(qū)剛澆注成型的混凝土在其凝固硬化之前,骨料顆粒受重力作用向下沉降,含有大量水分的稀水泥漿則由于密度小的原因向上遷移,它們之間的相對運動使骨料顆粒的周壁形成一層稀漿膜,待混凝土硬化后,這里就形成了過渡區(qū)。
過渡區(qū)微結(jié)構(gòu)的特點為:1)富集大晶粒的氫氧化鈣和鈣礬石;2)孔隙率大、大孔徑的孔多3)存在大量原生微裂縫,即混凝土未承載之前出現(xiàn)的裂縫。
因為過渡區(qū)的影響,使混凝土在比它兩個主要相能夠承受的應(yīng)力低得多的時候就被破壞;由于過渡區(qū)大量孔隙和微裂縫存在,雖然硬化水泥漿體和骨料兩相的剛性很大,但受它們之間傳遞應(yīng)力作用的過渡區(qū)影響,混凝土的剛性和彈性模量明顯地減小。
過渡區(qū)的特性對混凝土的耐久性影響也很顯著。因為硬化水泥漿體和骨料兩相在彈性模量、線脹系數(shù)等參數(shù)上的差異,在反復(fù)的荷載、冷熱循環(huán)與干濕循環(huán)作用下,過渡區(qū)作為薄弱環(huán)節(jié),在較低的拉應(yīng)力作用下其裂縫就會逐漸擴展,使外界水分和侵蝕性離子易于進入,對混凝土及鋼筋產(chǎn)生侵蝕作用。