（一）混凝土细观组成
混凝土是由水泥、砂子（细骨料）、石子（粗骨料）、水（另外还常掺入适当的掺合料和外加剂）等材料按照一定比例拌制而成的非均质混合物。混凝土作为一种非均质混合物，其宏观层次上的力学特性是其微观、细观组成与结构的体现。从细观层次上可以将混凝土材料分为三相，即粗骨料、硬化水泥砂浆以及二者之间的界面过渡区。（如图1所示）。
图1混凝土细观结构示意图
（1）水泥砂浆
水泥和水反应形成水泥浆体，水泥浆体将砂子颗粒包裹起来并填充砂粒间的空隙形成水泥砂浆，水泥砂浆包裹在粗骨料的表面，一方面填充粗骨料之间的空隙，另一方面在混凝土硬化前起润滑作用，使得混凝土具有一定的流动性以便于浇筑，硬化后的水泥砂浆将混凝土内的粗骨料胶结成一个整体。硬化水泥砂浆可视为由硬化水泥浆、砂子以及二者间的界面所组成的复合材料。如同混凝土中的界面过渡区一样，砂子和水泥浆的结合面同样也是水泥砂浆的薄弱面，砂浆相的破坏往往从这里开始。
在单独作为一相材料进行研究时，一般认为水泥砂浆是一种细集料混凝土，因此有关混凝土的强度规律，原则上亦适用于水泥砂浆。故在其他条件相同的情况下，影响硬化水泥砂浆强度的主要因素是其自身的水灰比及灰砂比。水泥砂浆对混凝土强度的影响也主要是通过其水灰比得以体现，当混凝土采用的水灰比过大时，经拌合形成的水泥砂浆浓度较低，水化反应后混凝土体内存在的多余的水分一部分存在基体内形成孔隙，另一部分附着在骨料的表面上，使骨料表面附近的水泥胶体水灰比高于基体中的水灰比，使界面的粘结力下降，进而使混凝土强度降低。水灰比过小时，水化反应不够完全，且混凝土和易性差，若混凝土硬化后未水化的部分水泥再遇水发生反应，水化产物造成的膨胀应力作用有可能会造成混凝土的开裂。
水灰比也是一个表征混凝土密实性与渗透性的重要宏观指标，混凝土渗透系数随着水灰比增加而增大，在水灰比小于0.38时，渗透系数的增量不明显；在水灰比大于0.38后，渗透系数随着水灰比的增加而迅速增大。水灰比对渗透性的影响归根结底还是源于用水量的影响，因为若水灰比过低，则混凝土的和易性变差，一部分水将被限制在胶体孔隙当中，不能充分参与水化过程，减小或切断了混凝土毛细孔道，故其渗透性降低。
（2）粗骨料
一般来说，混凝土中粗骨料的体积占混凝土总体积很大一部分，在混凝土结构中起着重要的“骨架”作用，其体积占混凝土总体积的很大一部分。普通混凝土中的粗骨料有卵石和碎石两种，卵石又称砾石，与碎石相比具有表面光滑、拌制混凝土时需水量较少、拌合物的和易性较好等特点，但卵石因其表面光滑导致其与水泥砂浆的胶结能力较差，在相同条件下，卵石混凝土的强度略低于碎石混凝土；碎石大多由天然岩石经人工破碎、筛分而成，因而其表面较为粗糙、多棱角，空隙率与表面积较大，所拌制的混凝土的和易性较差，但碎石与水泥砂浆胶结能力较好。
粗骨料本身的一些特征，如岩石的原岩种类、颗粒形状、表面特征和级配，对新拌混凝土和硬化后混凝土的性能都有着重要的影响。在普通混凝土承受压荷载时，其内部由粗骨料传递应力，当混凝土在外荷载作用下发生破坏时，裂缝很难贯穿粗骨料而是绕过粗骨料在骨料周围出现，这样在一定的条件下，混凝土破坏时可能会吸收更高的能量，从而提高混凝土的强度。粗骨料的这种作用不仅可以提高混凝土的强度，而且还可提高混凝土的弹模，减小荷载作用下的变形，改善混凝土的变形性，使得混凝土比水泥砂浆的体积稳定性和耐久性更好。
提高粗骨料强度可以在一定程度上提高混凝土的断裂能。目前普遍认为粗骨料的弹性模量直接影响混凝土材料的强度和弹性模量。混凝土的弹性模量因其所选用的骨料的弹性模量不同而有较大的变化。一般来讲，采用弹性模量较低的粗骨料易发生韧性破坏，故所配制的混凝土弹性模量也较低。粗骨料对高强混凝土有较大影响，配制高强混凝土时所采用的水灰比通常较低，这时水泥砂浆以及界面过渡区的强度已经很高，因此制约混凝土强度的是粗骨料本身的强度与其矿物特征。普通混凝土中，砂浆的强度及界面过渡区的强度较低，它们是混凝土的薄弱区，制约着混凝土强度，而不是粗骨料。
由于骨料的加入，与硬化水泥砂浆相比，混凝土的内部结构更为复杂，水的传输路径也更加庞杂。一方面，对于一些也具有渗透性的骨料，势必会对增大混凝土渗透性；另一方面，理论上认为若混凝土中加入低渗透性的骨料，在一定压力下水分渗透过砂浆层到达界面区，必定会沿着界面区域绕过骨料进而使路径增加，即骨料可切断毛细孔管道的连通性，从而降低混凝土的渗透性。然而在掺入骨料之后，混凝土渗透性不降反增，且渗透性随着粒径增大而增大。其原因是因为过渡区的引入，过渡区中存在大量微裂隙成为运输水分的主要通道。
骨料的几何形状与级配亦对混凝土渗透性有着重要影响。若骨料的级配良好、颗粒表面粗糙、粒形接近于球形都有助于增强混凝土的抗渗性。采用粒径小于20mm的粗骨料制作的混凝土，砂浆与骨料的界面区厚度较小，较难形成大的缺陷，同时，骨料粒径越小其本身的缺陷也会随之减小，故混凝土渗透系数没有明显的变化；当骨料粒径大于40mm时，界面区域性能出现劣化，导致混凝土的渗透系数显著增大，抗渗性能降低。
（3）界面过渡区
骨料与砂浆之间的界面过渡区是围绕在骨料颗粒周围的一层薄层。在混凝土被搅拌均匀后，水泥颗粒在重力的作用下向下运动，水向上运动，当水遇到骨料时，其运动受到阻碍并在骨料下部富集，形成水囊。同时水泥水化产生的Ca2+等离子也随着水的运动被带到骨料下部，产生的水囊导致水泥浆与骨料的粘结较弱；同时由于存在“边壁效应”，使得水在骨料表面区域富集，使得骨料周围的水泥浆的实际水灰比大于本体中的水灰比，导致区域内的结构较为疏松；随着水化反应的不断进行以及干燥作用，大量的六方片状Ca(OH)2晶体在这一区域结晶出来，在硬化水泥砂浆与粗骨料之间就形成了一个Ca(OH)2晶体定向排列的结构疏松的界面过渡区。界面过渡区划分为以下四个层次：
1.渗透、扩散层。
此层是由于水泥浆与骨料发生反应而形成的，对表面呈惰性且不吸水的石英等骨料，这一层厚度为零；对人造集料（陶砾）和浮石，这一层存在的可能很大。
2.接触层。
在水泥浆一侧，厚度约2~3μm。此层包括了双层膜结构（Ca(OH)2晶膜和C-S-H凝胶膜）和界面的化学反应生成物，如碳铝酸钙和硫铝酸钙等。
3.富集层。
这里Ca(OH)2晶体和AFt相富集，而C-S-H凝胶较少，孔隙率较大。Ca(OH)2晶体有较强的取向性，厚度约为5~10μm。
4.弱效应层。
在此区域内Ca(OH)2的取向性减弱，其厚度约为5~10μm。
图2界面过渡区微观结构示意图
由于界面过渡区强度较低，会使混凝土在承受未达到水泥砂浆和骨料强度的应力作用下发生破坏。同时由于界面过渡区存在初始裂纹，加载后又会因应力集中而在该部位产生微裂纹，并且原本存在的初始裂纹更易扩展，这些因素使得混凝土在加载破坏过程中呈现非线性行为。并且在拉伸荷载作用下，过渡区裂纹的扩展速度比在压荷载作用下的扩展速度要快得多，因此，混凝土的抗拉强度要远低于抗压强度，并呈现脆性破坏。界面过渡区中存在的孔隙和微裂纹，不仅会对混凝土的强度有产生影响，对混凝土的变形性能影响也很大。混凝土作为一种典型的复合材料，界面过渡区在其中起着连接骨料与水泥砂浆的作用，即使混凝土其它组分的刚度再高，也得依靠界面过渡区来进行传递，进行传递的组分结构越差，则其传递效果也越差。
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