ZEM20台式电镜用于研究混凝土材料微观结构及性能

混凝土作为当今世界上使用最多的建筑材料，广泛应用于桥梁、水坝、高层建筑等重要土木工程和设施中，起着举足轻重的作用。普通混凝土存在抗压强度低、脆性大等缺陷。此外，水泥生产过程与高能耗和二氧化碳排放有关。因此，研究开发高性能环保混凝土刻不容缓，已成为建筑行业的重要课题。

在优化混凝土成分和性能的过程中，孔隙率、界面结合力等微观结构参数以及水化产物的形态、大小和分布起着关键作用。深入分析混凝土的微纳结构可以为指导高性能混凝土的设计提供理论依据。扫描电子显微镜（SEM）具有高分辨率成像的优势，可以清晰、直观地显示混凝土试样内部的微观形貌，实现混凝土微观结构到宏观性能的多尺度连接，是研究混凝土材料的有力工具。本文将以泽友科技自主研发的ZEM20桌面扫描电镜为基础，探讨其在混凝土纳米尺度上的相关应用。

水化过程与水化产物表征

混凝土从搅拌到最终凝固必须经历一个复杂的水化过程。在水化过程中，水泥、外加剂和骨料等原材料发生反应，形成水化硅酸钙(C-S-H)纳米颗粒。C-S-H的形态、分布和孔隙率在很大程度上决定了混凝土的力学性能。因此，准确表征C-S-H水化产物的微纳结构，分析混凝土抗压强度的形成机理，对高性能混凝土的设计具有重要意义。

图 左为混凝土10d，右为混凝土30d

混凝土应从浇筑开始进行标准养护，以确保水化反应持续进行。试验结果表明，不同养护龄期混凝土的微观结构有明显差异。如上图所示，水化产物C-S-H在30天的养护样品中更丰富，更结晶，这与10天的养护样品形成了明显的对比。定量试验结果还表明，30d试样的抗压强度、弹性模量和抗渗性均高于10d试样。进一步证明了混凝土性能的变化与微区结构的演变密切相关。

在ZEM20 (ZEM20)电子桌面扫描显微镜下，实验室可以获得一个带有薄晶体的卸载产品的部分。表面结果表明，随着混凝土维护时间的推移，c - s - h粒子数量增加，晶体增加，网络变得更加稳定，混凝土密度和密度显著改善。在探测混凝土卸载过程和机制过程中，检验了SEM的科学价值。

混凝土成分与微结构

混凝土作为一种复合材料，由水泥、水、骨料和添加剂等组成。当水泥与水发生水合反应时，就会形成像水合硅酸钙（c-s-h）凝胶这样的产品来粘结骨料，然后干燥和固化形成整体成分。这种水合反应的整个过程和最终产物决定了混凝土材料的机械性能和使用寿命。

图 与混凝土材料有关的粒度和比表面积标尺

图 根据混凝土内分层理论，混凝土浇筑成型后展示图

物质是混凝土土壤的重要组成部分，约占混凝土土壤总质量的 60-80%，其物理性质对混凝土土壤的效率有直接影响。成分分为粗粒和细粒，细粒在0.15-5mm范围内，如天然砂和砾石碎片，粗料在5-150mm范围内，如石头、石头和石头。如下图所示，ZEM20 台式 SEM 可以清楚地显示混凝土土壤样品中不同粒径的骨料组成、粒径和分布。实验结果表明，细料的大尺寸增加了材料之间的孔隙率，降低了混凝土土的微生物结构，增加了混凝土土流失的风险。

图 不同纤维及掺量的自密实轻骨料混凝土强度分析对比

图 左边为粉煤灰，右边为骨料

除了天然骨料之外，工程师还将纤维和粉煤灰等改性材料混合到混凝土中。添加适量的粉煤灰可以显着改善混凝土的和易性。一方面，灰烬的加入增加了新混凝土的体积，从而有效填充骨料之间的空间，另一方面，灰烬颗粒的“球效应"减少和改善了混凝土材料的内摩擦；混凝土的运动和相容性。

此外，ZEM20台式扫描电子显微镜可以准确测定混凝土基体中纤维的分散程度。实验表明，在一定范围内，自密实轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度随着纤维含量的增加而逐渐增大。如果纤维含量太大，纤维容易发生团聚和不均匀，很容易降低自密实混凝土的和易性。另外，纤维含量的增加增加了纤维的比表面积，因此需要更多的水泥来粘合纤维，纤维含量的增加增加了纤维与自密实轻骨料之间的疏松界面数量混凝土基体，降低劈裂抗拉强度。

图 混凝土中的纤维材料

基于ZEM20台式扫描电子显微镜，实验人员可以清晰地获得针状颗粒和薄层状晶体水化产物的微观形貌。表征结果表明，随着混凝土硬化龄期的增加，C-S-H颗粒数量增多，结晶度增大，网络结构变得稳定，混凝土的强度和密实度显着提高。这证实了电子显微镜技术揭示混凝土水化过程和机制的科学价值。

本实验充分证实了ZEM20在混凝土结构研究和性能优化方面的重要应用，ZEM20是为婚礼科学领域的独立工作而设计的。与传统的测试方法相比，它可以快速直观地展示混凝土的形状、孔隙度、缺陷分布、界面连接和水产品的变化规律，为高性能混凝土的设计和生产提供强大的技术支持。