水泥的微观结构到底是怎么形成的

对聚合物商品混凝土的深入研究并能够使其迅速在工程中得到最广泛地的普及应用迫在眉睫。 新一代水溶性高分子聚合物WSP（Water Soluble Polymer）易溶于水，在商品混凝土中分布均匀，不存在搅拌结团、离析、易折断等问题， WSP分子可以在商品混凝土内部生成三维网状纤维物质，纤维的缝隙间形成空间骨架体系结构，从而起到增强增韧作用。此外，WSP不同于传统的聚合物乳液，不仅具有高效减水剂的效果，而且形成的网状纤维物质与水泥石具有“亲附性”，使得商品混凝土力学性能在根本上进行改善。 本文对普通、掺加聚羧酸高效减水剂及掺加WSP的三种水泥砂浆进行了力学性能对比试验研究，并对其微观结构进行分析，为聚合物改性商品混凝土的研究提供定性认识。2、试验设计 2.1 试验原料 1）水泥：秦岭牌PO32.5R水泥，各项指标符合国标GB 175-1999。 2）砂子：产于西安灞河，细度模数为2.7的中砂，级配良好。 3）外加剂：陕西金石商品混凝土科技发展有限公司提供的聚羧酸高效减水剂,WSP水溶性高分子聚合物。 2.2 试验方案 1）流动度试验，测定减水率； 2）测出相同流动度（133mm±2）下，普通砂浆、掺加聚羧酸、掺加不同掺量WSP水泥砂浆各组成原料的最佳比例；及其3天、7天、28天的抗压、抗折强度对比； 3）掺入WSP的砂浆其抗压、抗折强度及压折比同聚灰比的关系比较。3、试验结果及分析 3.1 试验结果 普通、掺加聚羧酸以及WSP水泥砂浆各原料用量如表1所示。测定相同流动度条件下的各类砂浆的力学性能，分别如表2、表3所示。表1 水灰比与流动度一定条件下各水泥砂浆用量比

砂浆类别编号掺量（%）水泥：砂子：水流动度（mm）减水率（%）

普通N101:2.6:0.51330

掺加聚羧酸J1.51:3.2:0.518.85

掺加WSPW121:3.0:0.513.46

W241:3.2:0.520.00

W361:3.3:0.522.11

W481:3.6:0.527.30

表2 复合砂浆与同条件下普通水泥砂浆的抗折强度比较

砂浆类别编号抗折强度（MPa）相对普通砂浆强度提高率（％）

3天7天28天3天7天28天

普通N14.054.826.52000

掺加聚羧酸J3.424.656.34-15.6-3.5-2.8

掺加WSPW13.354.766.73-17.3-1.23.2

W23.804.587.17-6.2-5.010.0

W33.884.566.32-4.2-5.4-3.1

W43.784.565.74-6.7-5.4-12.0

表3 复合砂浆与同条件下普通水泥砂浆的抗压强度比较及压折比

砂浆类别编号抗压强度（MPa）相对普通砂浆强度提高（％）压折比降低（％）

3天7天28天3天7天28天3天7天28天

普通N115.324.341.7000000

掺加聚羧酸J12.521.534.6-18.3-11.5-17.03.48.314.6

掺加WSPW115.323.231.60-4.5-24.2-20.93.426.7

W215.121.832.5-1.3-10.3-22.1-5.05.629.2

W314.820.028.7-3.3-17.7-31.2-0.813.528.3

W413.619.226.3-11.1-21.0-36.9-4.816.528.4

注：表2、表3中强度负号表示与普通砂浆相比，强度降低，表3中压折比负号表示压折比提高。 3.2 结果分析 根据试验结果，分别绘出图1－图4。 1）由图1、图2，在砂浆中掺入2%、4%、6%、8% (WSP与水泥的质量比即聚灰比)后的WSP抗折、抗压强度在一定程度上有所提高，掺量为4%时强度最大，强度提高率随龄期的增长有所下降。表明，WSP掺量存在最佳值，最佳掺量在4％左右。 2）由图3，WSP水泥砂浆早期强度一般，28d龄期时，抗折强度较普通砂浆提高10％；聚羧酸砂浆抗折强度略低。由此可知，在相同流动度和水灰比条件下，掺入聚羧酸能够大幅度减少水泥用量，但对提高水泥浆体的抗折强度作用不大；WSP在最佳掺量时，在大幅度减少水泥用量的同时能较大地提高水泥浆体的抗折强度。 3）水灰比相同，随WSP掺量的增加，减水率增大。 4）随着聚灰比的增大，压折比也增大。由图4，随龄期的增长，普通砂浆的脆性增加，而随着WSP掺量的增大，脆性逐渐减小。聚羧酸和WSP的掺入均可以降低压折比，提高柔韧性。 5）WSP相比聚羧酸，减水率更高，和易性好，流动性持久，保水性良好，且强度不降低。 3.3 微观结构分析 微观结构通过SEM照片进行分析，普通、掺加聚羧酸及掺加WSP的水泥砂浆7天龄期的SEM照片分别如图5、图6、图7所示。 水泥砂浆是一个多相多孔的体系，加入WSP后，其微观结构，特别是孔结构发生了变化，由SEM照片可以观察。由图5，普通砂浆中有大量针状的钙矾石晶体和一些絮状的水化硅酸钙凝胶，未水化水泥仍以颗粒形式单独存在，水化产物在其表面生长，存在较多孔隙且之间的连接稀少。由图6显示的聚羧酸水泥砂浆的水化结构中，一些絮状物形成多而杂，它们之间有薄弱连接，但不规则。当掺入WSP，由图7观察到聚合物WSP的成膜情况，针状的钙矾石晶体之间被许多膜状物粘结在一起，很多条形物聚集成为环形网状结构，许多膜状物越过孔隙，起到架桥和填充作用，孔隙体积变小，聚合物的相互交错形成网状结构。照片显示，WSP在水化早期就开始逐渐形成大量的膜状聚合物网络和聚合物键桥，使得其后期的抗折强度以及韧性等有很大改善。 图8与图9对比发现，聚合物的掺入明显改变了骨料－浆体界面过渡区的形貌。普通砂浆，骨料－浆体界面过渡区较松散；掺入WSP，聚合物的成膜反应不仅在水泥浆体中形成了聚合物键桥和膜状聚合物网络，而且聚合物的黏附特性使得骨料颗粒的表面包裹着一层呈集聚态的聚合物膜。此时，骨料与聚合物改性水泥浆体的界面连接已经不再是水泥水化产物与骨料凹陷区域的直接啮合搭接，而是聚合物膜与包裹在骨料颗粒表面的聚合物以聚合物键桥的方式搭接。此外，聚合物成膜反应所形成的聚合物网络结构以聚合物键桥和有孔聚合物膜相互交错的形式分布在整个水泥浆体中，在应力作用时可以发挥缓冲效应，对荷载作用下浆体裂缝的产生与发展具有抑制作用，从而在根本上改善硬化水泥浆体的性能。4、结论 1) WSP使水泥砂浆力学性能得到一种全新的改善，抗折强度提高10%以上，压折比降低达25%，有效提高了水泥砂浆的柔韧性，并在更大程度上降低了水泥用量，具有较高的经济效益。微观结构分析表明，水泥砂浆掺入WSP后，形成空间网状纤维结构，使得其微观结构得到改善。 2) 通过试验得出WSP的最佳掺量值，为WSP在实际施工的推广应用提供了参考依据。

1、放大率：

与普通光学显微镜不同，在SEM中，是通过控制扫描区域的大小来控制放大率的。如果需要更高的放大率，只需要扫描更小的一块面积就可以了。放大率由屏幕/照片面积除以扫描面积得到。

所以，SEM中，透镜与放大率无关。

2、场深：

在SEM中，位于焦平面上下的一小层区域内的样品点都可以得到良好的会焦而成象。这一小层的厚度称为场深，通常为几纳米厚，所以，SEM可以用于纳米级样品的三维成像。

3、作用体积：

电子束不仅仅与样品表层原子发生作用，它实际上与一定厚度范围内的样品原子发生作用，所以存在一个作用“体积”。

4、工作距离：

工作距离指从物镜到样品最高点的垂直距离。

如果增加工作距离，可以在其他条件不变的情况下获得更大的场深。如果减少工作距离，则可以在其他条件不变的情况下获得更高的分辨率。通常使用的工作距离在5毫米到10毫米之间。

5、成象：

次级电子和背散射电子可以用于成象，但后者不如前者，所以通常使用次级电子。

6、表面分析：

欧革电子、特征X射线、背散射电子的产生过程均与样品原子性质有关，所以可以用于成分分析。但由于电子束只能穿透样品表面很浅的一层（参见作用体积），所以只能用于表面分析。

表面分析以特征X射线分析最常用，所用到的探测器有两种：能谱分析仪与波谱分析仪。前者速度快但精度不高，后者非常精确，可以检测到“痕迹元素”的存在但耗时太长。

观察方法：

如果图像是规则的（具螺旋对称的活体高分子物质或结晶），则将电镜像放在光衍射计上可容易地观察图像的平行周期性。

尤其用光过滤法，即只留衍射像上有周期性的衍射斑，将其他部分遮蔽使重新衍射，则会得到背景干扰少的鲜明图像。

扩展资料：

SEM扫描电镜图的分析方法：

从干扰严重的电镜照片中找出真实图像的方法。在电镜照片中，有时因为背景干扰严重，只用肉眼观察不能判断出目的物的图像。

图像与其衍射像之间存在着数学的傅立叶变换关系，所以将电镜像用光度计扫描，使各点的浓淡数值化，将之进行傅立叶变换，便可求出衍射像〔衍射斑的强度（振幅的2乘）和其相位〕。

将其相位与从电子衍射或X射线衍射强度所得的振幅组合起来进行傅立叶变换，则会得到更鲜明的图像。此法对属于活体膜之一的紫膜等一些由二维结晶所成的材料特别适用。

扫描电镜从原理上讲就是利用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描，激发出各种物理信息。通过对这些信息的接受、放大和显示成像，获得测试试样表面形貌的观察。

参考资料：百度百科-扫描电子显微镜

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