淺談混凝土中的孔

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1、淺談混凝土中的孔學(xué)院：建筑與力學(xué)學(xué)院專(zhuān)業(yè)：結(jié)構(gòu)工程姓名：李東華學(xué)號(hào)：S09081402008導(dǎo)師：趙慶新4淺談混凝土中的孔1.孔的分類(lèi)混凝土是一種多相、多組分、不均勻、不連續(xù)、離散性較大的材料，也即它是由固、液、氣三相組成的一種復(fù)合材料。早在1896年，法國(guó)Feret最早提出的混凝土強(qiáng)度公式為式中C，W，A—水泥、水、空氣的絕對(duì)體積；R—抗壓強(qiáng)度；K—常數(shù)。由該公式可知，水與空氣的含量大時(shí)，則強(qiáng)度低。水與空氣的含量決定了孔的含量。可見(jiàn)，對(duì)孔的認(rèn)識(shí)對(duì)于認(rèn)識(shí)混凝土材料具有重大的意義。在混凝土中，根據(jù)孔徑尺度將孔分

2、為以下四種：孔徑大于103nm；孔徑為102—103nm；孔徑為10—102nm；孔徑小于10nm。細(xì)孔存在于水化硅酸鈣凝膠(CSH)中，其中凝膠孔可再分為兩種：存在于凝膠微晶內(nèi)部的稱(chēng)為凝膠內(nèi)孔，其孔徑小于1.2nm；存在于凝膠微晶粒子之間的稱(chēng)為微晶間孔，其孔徑為1.2-3.2nm。還有存在于凝膠粒子之間的稱(chēng)為凝膠間孔，其孔徑在3.2nm以上。凝膠間孔在制作不善的情況下可變大，直到成為毛細(xì)孔，故又稱(chēng)為過(guò)渡孔。吳中偉根據(jù)較多資料，按孔徑對(duì)強(qiáng)度的不同影響，將混凝土中的孔分為四類(lèi)：無(wú)害孔孔徑小于20nm；少害孔孔徑

3、為20—100nm；有害孔孔徑為100—200nm；多害孔孔徑大于200nm。此外，混凝土中未水化的水泥石中也含有孔，水泥石中的孔分為兩類(lèi)，即毛細(xì)孔（直徑為50—104nm、10—50nm）和凝膠孔（10—25nm、0.5—2.5nm、<0.5nm），毛細(xì)孔中包含大孔和中等孔,凝膠孔中包含細(xì)小毛細(xì)孔和凝膠孔。2.孔的成因2.1混凝土中孔的成因4在混凝土中存在著兩種形式的孔，一種是連通孔；一種是封閉孔。連通孔是拌和水留下的空間。在混凝土拌和時(shí)，為了保證混凝土具有一定的工作性，需要加入一定數(shù)量的水，混凝土凝結(jié)而形

4、成初始結(jié)構(gòu)時(shí)，這些水仍留在混凝土中，并占據(jù)一定的空間。隨著水化的進(jìn)行及以后的干燥過(guò)程，這些水分失去，原來(lái)被水占據(jù)的空間則成為孔隙。封閉孔通常是氣泡占據(jù)的空間。這些氣泡或者是由于在攪拌過(guò)程中混入空氣而形成，或者是由一些外加劑產(chǎn)生。這些在攪拌、成型過(guò)程中沒(méi)有排出的氣泡，當(dāng)混凝土硬化后便形成了封閉孔。2.2水泥石中孔的成因影響水泥石孔結(jié)構(gòu)的因素很多，歸納一下主要有以下幾個(gè)方面。(1)水灰比前面已經(jīng)提到，連通孔主要是由拌合水的消耗而留下的空間，水灰比高表明拌合水的相對(duì)數(shù)量較多，這些水移去后也將留下較多的孔隙。因此，水

5、灰比越高，水泥石孔隙率也將越高。(2)水化程度在水泥的水化過(guò)程中，固相體積將增加1.13倍，當(dāng)水泥初始結(jié)構(gòu)形成后，這些增加的反應(yīng)產(chǎn)物將填充在孔隙中，使得水泥的孔隙減小。水化程度越高，水泥石的孔隙率越低。(3)水泥的保水性能在攪拌過(guò)程中，拌合水均勻地分布在漿體中，如果水泥有較好的保水性能，不使這些水聚集的話，將在水泥石中留下較均勻分布的孔隙。但若水泥的保水性能較差的話，這些水將可能聚成較大的水滴，在水泥石中形成較多的大孔。(4)成型條件在混凝土攪拌過(guò)程中，不可避免地將混進(jìn)一些空氣，形成空氣泡，成型時(shí)如不能將這些

6、氣泡趕出，將在水泥石中形成孔隙，這種孔一般較大，對(duì)混凝土的性能有較大的影響。(5)養(yǎng)護(hù)制度在不同的養(yǎng)護(hù)制度下，所形成的水化產(chǎn)物的形態(tài)是不一樣的。采用高溫養(yǎng)護(hù)，所形成的水化產(chǎn)物一般結(jié)晶良好，顆粒較粗大。在相同水化程度下，盡管孔隙率沒(méi)有明顯變化，但大孔相對(duì)增多。這一作用主要影響凝膠粒子間孔即3.2—200nm范圍內(nèi)的孔。(6)摻入減水劑混凝土中摻入減水劑可以減少混凝土用水量，降低水灰比，不僅可以降低水泥石的孔隙率，也可以使水泥石的孔分布得到改善。(7)摻入混合材4在混凝土中摻入混合材對(duì)水泥石的孔結(jié)構(gòu)有相當(dāng)大的影響

7、，這種影響取決于混合材的品質(zhì)、摻量、摻入方式、養(yǎng)護(hù)制度等多種因素，是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。3.孔對(duì)強(qiáng)度的影響混凝土中的凝膠數(shù)量多時(shí)，強(qiáng)度和密實(shí)度就高，存在于凝膠中的凝膠孔也多。因此，可根據(jù)凝膠孔的多少來(lái)判斷強(qiáng)度的高低，這也是水化程度是否充分的表征。減小孔隙率，除去多害孔，減少有害孔，就能得到較高的強(qiáng)度和密實(shí)度。此外，孔的形狀與位置對(duì)強(qiáng)度也有一定的影響，例如長(zhǎng)短軸比例大的橢圓形孔對(duì)抗拉、抗折強(qiáng)度不利。在集料與水泥漿體的交界面附近有一個(gè)環(huán)狀過(guò)渡區(qū)，區(qū)內(nèi)常存在較多孔縫，這些孔縫也是強(qiáng)度和耐久性的薄弱環(huán)節(jié)，在外力作用下

8、不僅易于擴(kuò)展而且開(kāi)始破壞，還易引來(lái)外來(lái)的破壞因素（如氣體、液體、鹽類(lèi)等）而造成內(nèi)部侵蝕破壞。上述影響強(qiáng)度的孔隙率、孔徑尺寸與級(jí)配、孔形貌、孔分布等被統(tǒng)稱(chēng)為混凝土的孔結(jié)構(gòu)。孔結(jié)構(gòu)不僅對(duì)強(qiáng)度，而且對(duì)密實(shí)度因而也對(duì)耐久性有著重要的影響。優(yōu)良的孔結(jié)構(gòu)，即低孔隙率、小的孔徑與適當(dāng)?shù)募?jí)配、圓形孔多等，是高強(qiáng)度和高耐久性的必要條件?！皬?qiáng)度高的其他性能也是好的”這一種長(zhǎng)期被接受的思想就是由此而來(lái)的。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最