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。

水泥水化产物的微观分析用扫描电镜法。根据查询相关资料，扫描电子显微镜(SEM)是一种介于透射电子显微镜和光学显微镜之间的一种观察手段。其利用聚焦的很窄的高能电子束来扫描样品，通过光束与物质间的相互作用，来激发各种物理信息，对这些信息收集、放大、再成像以达到对物质微观形貌表征的目的。

这是混凝土水化产物的化学组成含量吗？

EDS分析是分析元素种类的，利用不同元素的X射线光子特征能量不同进行成分分析。

完全水化的水泥石，其主要水化产物有：

1）水化硅酸钙凝胶（C-S-H）约为70%左右。（是水泥石形成强度的最主要化合物）

2）氢氧化钙晶体（Ca(OH)2）约为20%左右。

3）水化铝酸钙约为3%左右。

4）水化硫铝酸钙晶体（也称钙矾石）约为7%左右。

混凝土中因为有粉煤灰、矿渣粉等胶凝材料，水化产物会有所不同。

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