匯報-水泥水化模型

水泥水化模型簡介陳松貴2011年6月8日成核增長模型3單顆粒模型2概述1匯報提綱其他模型4結論521概述水泥水化模型的目的預測混凝土的工作性能（強度、孔隙率）設計新的膠凝材料水泥水化模型的分類單顆粒模型（single-particalmodel）成核增長模型（Nucleationandgrowthmodel）HymoStrucmodelCEMHYD3Ddigitalhydrationmodel成核增長模型32概述1匯報提綱其他模型4結論5單顆粒模型22單顆粒模型（single-particalmodel）基本假設反應物為球形，水化產(chǎn)物在球形顆粒周圍成同心球層狀生長；水化產(chǎn)物分為內水化產(chǎn)物和外水化產(chǎn)物，內外水化產(chǎn)物的分界為水泥顆粒的原始邊界；水化初期，存在亞穩(wěn)定的隔離層，隔離層厚度會隨著時間減小直至消失2單顆粒模型（single-particalmodel）尺寸意義R：原始顆粒半徑ri：未水化的C3S核半徑ro：外水化產(chǎn)物半徑x：隔離層厚度Co：孔隙溶液濃度其中：0<ri<R<ro2單顆粒模型（single-particalmodel）假設每一層中的擴散系數(shù)D為常數(shù)，對于水分的遷移，滿足球坐標下的擴散方程：2單顆粒模型（single-particalmodel）對于每一層（內產(chǎn)物層、外產(chǎn)物層、隔離層），將初始條件和邊界條件代入上式，則得到：擴散阻力內產(chǎn)物層擴散阻力隔離層的擴散阻力外產(chǎn)物層擴散阻力2單顆粒模型（single-particalmodel）總擴散阻力內產(chǎn)物層擴散阻力隔離層的擴散阻力外產(chǎn)物層擴散阻力式中：

：特征時間，y：ri/RDxDiDo分別為隔離層、內水化產(chǎn)物、外水化產(chǎn)物的擴散系數(shù)，其中假設Di為常數(shù)m：kR/Di。反應-擴散模數(shù)，m<1時反應控制，

m>5時，擴散控制2單顆粒模型（single-particalmodel）水化初期，未形成隔離層，x=0，ro≈R，則擴散阻力主要源于在內產(chǎn)物層的擴散水化中期，形成隔離層，Dx<<Di，ro≈R則擴散阻力主要源于在隔離層內的擴散水化后期，隔離層消失，ro>R，Do變小則擴散阻力主要源于在外產(chǎn)物層內的擴散2單顆粒模型（single-particalmodel）水化程度：α=1-y3假設外水化產(chǎn)物只與內水化產(chǎn)物有關，V外=νV內，則有2單顆粒模型（single-particalmodel）式中：β：為消減系數(shù)t0：出現(xiàn)隔離層的時間x0：開始時隔離層的厚度(350?)2單顆粒模型（single-particalmodel）假設Do/Di與外產(chǎn)物的孔隙率ε和初始擴散率比(Do/Di)0有關：ε0：初始孔隙率ε：孔隙率2單顆粒模型（single-particalmodel）2單顆粒模型（single-particalmodel）計算結果：水化程度α，水花速率dα/dt未水化的核半徑ri和顆粒半徑ro自由水和結合水的量CH和C-S-H的量顆粒間的孔隙率ε2單顆粒模型（single-particalmodel）左圖為不同顆粒粒徑對水化進程的影響，顆粒越細水化越快右圖為水灰比對水化進程的影響，水灰比越大水化越完全2單顆粒模型（single-particalmodel）不足和缺點沒有考慮水泥不同粒徑的分布；沒有考慮顆粒與顆粒的接觸嵌入成核增長模型3單顆粒模型2概述1匯報提綱其他模型4結論523成核增長模型（Nucleationandgrowthmodel）早期階段轉化度較低，顆粒與顆粒沒發(fā)生碰撞，單顆粒增長行為；

s=1代表反應物充足；s=2代表反應物不斷補充；p=1,2,3分別代表不同維度q=0代表核子來源于開始；q=1代表核子不斷生成3成核增長模型（Nucleationandgrowthmodel）后期階段轉化度較高，顆粒與顆粒發(fā)生碰撞，接觸面處不再有生長；考慮核子在空間內是隨機分布的，則有如下等式：X(t)是t時刻的轉化核子的體積分數(shù)；m和前面定義相同3成核增長模型（Nucleationandgrowthmodel）邊界成核增長模型轉化并不是空間內是隨機分布的，只是發(fā)生在邊界一定范圍內3成核增長模型（Nucleationandgrowthmodel）成核增長模型邊界成核增長模型不足假設的核子分布和實際的并不一致，導致擬合出來的參數(shù)沒有實際的物理意義只能考慮單一相的水化，對于復雜的多相水泥，成核增長模型還存在著一定的問題3成核增長模型（Nucleationandgrowthmodel）成核增長模型3單顆粒模型2概述1匯報提綱其他模型4結論524其他模型HymoStrucmodel對于顆粒x，在任意時刻t時的反應范圍和滲透深度的關系。能夠給出Hydration、Morphology和STRUCtural發(fā)展4其他模型CEMHYD3Ddigitalhydrationmodel將水泥漿體離散化為一個許多的立方體晶格，每一個晶格賦予不同的材料屬性（例如孔隙水、C3S等）。能夠計算出水化熱、孔隙率、凝結時間等水化進程參數(shù)，也可以和有限元耦合，計算出強度、彈模等力學參數(shù)成核增長模型3單顆粒模型2概述1匯報提綱其他模型4結論525結論單