水泥胶凝材料水化进程及力学特性研究

首先简述了热分析的测定原理及其在水泥化学研究中的应用;利用热重方法分析了水泥净浆的水化进程变化规律,研究了不同水灰比的水泥净浆水化程度;并从理论上解释了不同水灰比的水泥净浆水化程度发展规律;而且,对水泥净浆水化过程中的抗压强度进行了测试,试验结果发现其变化趋势与水化程度变化趋势是完全一致的,这充分反映了微观结构与宏观性能之间的关系.     

基于计算机模拟的水化程度预测方法

总结了水泥水化计算机模拟的基本原理,强调了水泥颗粒之间的干扰效应,基于计算机模拟所得的水泥石微观结构,提出了水泥水化程度预测方法.通过与文献中的2组实验数据比较,验证了该方法的有效性,并利用该方法讨论了水灰比和最大颗粒直径对水泥水化程度的影响,结果发现:水化7 d后,水灰比为0.6的水泥其水化程度比水灰比为0.4的水泥大14%,最大颗粒直径为10μm的水泥其水化程度比最大颗粒直径为20μm的水泥大12%.     

基于微观信息的水泥水化动力学模型研究

为了精确预测水泥水化过程,分析水泥水化过程中微观结构的时变发展规律,提出了水化单元的概念;基于水泥水化的微观信息,采用Krstulovi(c)-Dabi(c)水化反应动力学方程式,构建了水泥水化度与微观结构之间的联系,考虑了水灰比、水泥化学组分、孔隙水分、温度、水泥颗粒与水的接触面积、水泥颗粒粒径分布等因素对水泥水化过程的影响,建立了改进的水泥水化动力学模型.通过热重分析、压汞试验等一系列试验方法,分析了水泥净浆的水化度、孔隙率等特征参数随时间的发展变化规律.试验结果与模型预测结果吻合良好,表明所建立的模型可以较准确地模拟水泥水化过程的时变发展规律.     

-3℃下水灰比对水泥水化放热影响的试验研究

硅酸盐水泥在凝结硬化过程中会释放大量的热量。为了探究持续负温养护下水灰比对水泥水化放热、水化度程、水化放热规律的影响并与低温养护下水泥水化放热特性进行对比分析,试验利用直接法测试了-3、3℃养护温度下龄期1、3、7、14、28、56 d水灰比为0.24、0.31、0.38的硅酸盐水泥净浆水化放热量,计算其水化程度、分析水化规律、得出结果。试验结果表明:-3℃养护温度下,水灰比越大,同一龄期的水泥水化程度越高。与3℃养护温度下水泥水化相比,相同龄期持续负温养护下水泥水化程度减小、速度变缓;持续负温养护下,低水灰比增大一个水灰比梯度(0.24~0.31)对水泥水化程度影响很小;中等水灰比增大一个水灰比梯度(0.31~0.38)对提高后期水泥水化程度效果明显。而3℃养护温度下增大水灰比水泥水化程度就会显著提高。     

水灰比以及水化程度对水泥水化计算模型的影响

为研究水化程度和水灰比对水泥水化放热模型的影响,对试验原材料性能进行了测试,同时分别进行了初始水化温度为25、35、45℃及水灰比为0.24、0.42、0.6等条件下的水泥水化绝热温升模型试验研究。通过试验测定水泥在不同温度、不同水灰比情况下的绝热温升,绘制水泥绝热温度变化曲线,依据已绘制出的水泥绝热温度变化曲线,确定相关参数,进而确定水泥的绝热温升计算模型,然后将几种不同计算模型算出的温度与实测温度进行比较,通过对比得出各个公式的准确性,并在对公式进行校核改进后考虑了水化程度对水化热模型的影响,最后利用综合考虑了龄期、温度、水化程度等因素的水化热公式预测得出了不同初始温度的水泥水化放热情况。试验结果表明:水泥水化绝热温升不但与水泥水化龄期、初始温度有关,还与水泥水化反应程度有很大的关系,考虑水化程度对水化放热影响的水泥绝热温升公式有更好的拟合精度。     

基于多相水化模型的水泥水化动力学研究

基于Ulm和Coussy提出的多相水化动力学模型,在考虑水泥的化学组成、养护温度、水灰比、最终水化程度及水泥细度等因素情况下,从理论上建立了水化动力学方程,可用于预测水化速率随水化程度的变化。结果表明:水灰比会加速相边界反应,而对早期的结晶成核与晶体生长却没有明显影响;温度的升高能够加速水化进程,却不能改变最终水化程度。     

低水灰比下硅酸盐水泥的水化性能和微观结构

研究了硅酸盐水泥的水化程度随时间的变化规律,并利用XRD和SEM分析了水化产物的微观结构,结果表明在低水灰比条件下,由于自身的密实性增强和体系的低孔隙率,使水泥的水化反应受到很大的限制。     

基于元胞自动机的水泥水化过程孔隙率模拟

计算机模拟水泥水化反应,有助于剖析水泥石的微观结构,说明水泥水化过程内在机理。建立元胞自动机模型,模拟水灰比分别为0.3、0.4、0.5时水泥孔隙率的变化过程。基于P·O 42.5级水泥水化热试验,拟合出水化度曲线α(t)用于水泥浆的模拟,得出模拟结果:孔隙率随水化时间增加而减小、相同时间下水灰比越大则孔隙率越大,并用P·O 42.5级水泥石试块72、168 h的抗压强度试验值来验证模拟结果。     

水泥水化计算机模拟方法及应用

提出了考虑周期性边界条件时水泥水化计算机模拟方法.根据水泥颗粒与模拟单元的相对位置,确定附加水泥颗粒的数量和位置以实现周期性边界条件.描述了单一水泥颗粒水化模拟的基本原理,引入三个参数量化水化过程中水泥颗粒之间的干扰效应.作为一个工程应用,基于模拟的水泥石微观结构,提出了水化度计算方法.通过与文献中的试验结果比较,验证了方法的有效性.最后,定量分析了水灰比和温度对水化度的影响,发现水化度随着水灰比和温度的增大而增大.     

低热硅酸盐水泥早期水化热动力学研究

为了解低热硅酸盐水泥早期水化特性,采用等温量热仪测试水化热,分析低热和中热硅酸盐水泥的水化过程,基于动力学和热力学模型模拟水化进程和水化产物演变。结果表明:由于C2S含量较多,低热硅酸盐水泥前期的水化速率较慢,水化程度总体上低于中热水泥;水灰比越大,最终放热量越高。低热和中热硅酸盐水泥1、3 d的水化产物分别占总体积的32.20%、47.66%和38.20%、53.92%;低热硅酸盐水泥早期生成的C-S-H凝胶与中热硅酸盐水泥相当。考虑到水泥水化的影响因素包括水灰比、温度和比表面积,基于动力学模型和吉布斯自由能最小化进行水化动力学和热力学模型计算。