混凝土材料的内部结构特征
混凝土材料的声发射性能与混凝土材料本身的内部结构特征密不可分。
混凝土是由水泥、砂子、石子3种主要材料与水及少量掺和材料按照一定比例拌和,经过一定时期的凝固硬化后形成的人工石材。它是一种由不一样性质、不一样成分共同组成的多相复合材料。
混凝土的内部组成结构包括从混凝土各组分的原子、分子级的微观结构到混凝土的宏观结构以内的不一样层次的材料结构。在不一样研究者提出的大量混凝土的结构分类中,一般是把混凝土的结构分成3种基本类别:微观结构,即水泥石结构;亚微观结构,即混凝土中的水泥砂浆结构;宏观结构,即砂浆和粗骨料两种组分的结构体。
水泥石由水泥凝胶、晶体骨架、未水化的水泥颗粒及凝胶孔组成。其物理、力学性质取决于水泥的化学成分与矿物成分、粉末细度、水灰比、硬化条件、硬化速度等等。水泥砂浆结构则可以看作是以水泥石为基材,砂子为分散相的二相复合体。其中,从力学性能来讲,砂子和水泥间的结合面是薄弱面。对于水泥砂浆结构,除了以上决定水泥石结构的因素以外,砂浆的配合比、砂的矿物组成、砂的颗粒级配等级、颗粒的表面特性以及砂中的杂质含量等等都是重要的控制因素。
混凝土的亚微观结构和宏观结构则有着许多相似之处。可以把水泥砂浆体视作基相,粗骨料分布当中,砂浆与粗骨料间的结合面也是薄弱面。从混凝土的亚微观结构和宏观结构来看,影响其力学性能的因素除基相和分散相(细骨料和粗骨料)自身的特性以外,骨料的分布、级配及其与基相间的结合面也都是重要的影响因素。
混凝土材料在浇注时由于泌水作用而引起的沉缩和在硬化过程中水泥浆水化造成的化学收缩和干缩(物理收缩)都会在不一样层次上造成对于结合界面及微观和亚微观结构的破坏,从而形成许多随机分布的微裂纹,即在未受荷载条件下的界面微裂缝。在硬化混凝土材料中,还存有许多孔隙,当中包括因为混凝土中游离水的作用而形成的毛细孔、由于混凝土拌和物中夹带的空气未被完全排除而形成的气孔,以及水泥石凝胶固相间的凝胶孔等等。由于混凝土硬化条件的不一样,毛细孔和凝胶孔有时会被水或空气充填。
所以,混凝土是一种复杂的多相复合材料。其组分中的砂、石、水泥凝胶块中的晶体、未水化的水泥颗粒共同组成了混凝土中的骨架。而水泥胶体中的凝胶孔、空隙、界面、裂缝等则构成混凝土中的“薄弱环节”。正是这多种组分所组成的复杂结构,共同决定了混凝土材料的力学性能和变形行为。实验研究表明,混凝土材料自身的内部结构不仅影响其力学性能,而且对于其声发射性能也都有着不一样程度的影响。混凝土材料声发射技术的产生就是从研究不一样因素对声发射性能的影响开始的,所得到的有关研究成果则为声发射技术的发展提供了理论基础和技术依据。