一种确定不可逆收缩范围内C-S-H孔隙结构的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种确定不可逆收缩范围内C

【技术实现步骤摘要】
一种确定不可逆收缩范围内C
‑
S
‑
H孔隙结构的计算方法


[0001]本专利技术涉及水泥材料
，特别是涉及一种确定不可逆收缩范围内C
‑
S
‑
H孔隙结构的计算方法。

技术介绍

[0002]C
‑
S
‑
H是硅酸盐水泥的主要水化产物，占总体积的60％～70％，被认为是影响水泥基材料耐久性及其他各项性能的重要组分，也是不可逆干燥收缩的主要来源。一般来说，水泥浆体在首次完全干燥后，干燥收缩中的不可逆部分基本得到完全发展，约占整个一次干缩的50％左右，因此不可逆干缩是十分非常重要的。但现有技术中对水泥浆体干燥收缩的研究主要集中在可逆收缩上，通过宏观实验建立了湿度与变形的关系，并形成了一些较为成熟的理论，如毛细压力理论、拆开压力理论、表面能理论、层间水移动理论等。而对于不可逆收缩的机理，目前只有一些解释假设和猜测，如颗粒间结合的变化、体系中孔径分布和水分分布的变化等，尚未形成完整的理论。大多数研究表明，硬化水泥浆体在11％RH
‑
40RH％或50％RH湿度范围内的收缩变形是可逆的，而不可逆收缩的范围在80％RH
‑
40％RH之间。
[0003]C
‑
S
‑
H的微观结构的变化是水泥浆体不可逆收缩的一个重要的体现。目前，吸附实验、扫描电镜、X射线小角散射、中子小角散射和核磁共振等都能够观测到C
‑
S
‑
H结构在不可逆收缩范围内的结构变化，但是样品的预处理方式和C
‑
S
‑
H结构本身的不可逆变化阻碍了吸附实验对不同湿度条件下孔结构信息的精准捕获。小角散射和核磁共振等技术能很好地解决吸附实验的不足之处，这些方法虽然能够表征材料的微观结构，但对于C
‑
S
‑
H的孔隙结构的定量描述还未形成完善的方法理论，同时也都没有定量地描述不同湿度条件下C
‑
S
‑
H的结构信息。总的来说，现有技术中各种实验测量方法以及结构模型对于C
‑
S
‑
H在不同湿度下的结构表征大都停留在定性描述层面。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种在给定的湿度条件下，能够定量描述不可逆收缩范围内的C
‑
S
‑
H孔隙结构的计算方法。
[0005]技术方案：为实现上述目的，本专利技术所述的一种确定不可逆收缩范围内C
‑
S
‑
H孔隙结构的计算方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1：建立C
‑
S
‑
H孔隙结构模型；
[0007]步骤S2：采用亥姆霍兹自由能描述C
‑
S
‑
H孔隙结构模型的能量；
[0008]步骤S3：采用信息熵代替亥姆霍兹自由能中的物理熵，并引入系数，建立与物理熵相关的能量部分与孔隙结构的关系；
[0009]步骤S4：根据介孔材料的热力学模型计算吸附应力，并将吸附应力替代亥姆霍兹自由能中的环境压力，建立与总体积相关的能量部分与孔隙结构的关系；
[0010]步骤S5：建立与表面能相关的能量部分与孔隙结构的关系；
[0011]步骤S6：确定计算参数，对C
‑
S
‑
H孔隙结构模型在给定计算范围内进行能量计算；
[0012]步骤S7：确定有效的C
‑
S
‑
H孔隙结构能量计算范围；
[0013]步骤S8：基于能量最小原理，确定稳定的C
‑
S
‑
H孔隙结构模型对应的结构信息和结构参数。
[0014]其中，步骤S1所述的建立C
‑
S
‑
H孔隙结构模型，具体为：基于Jennings模型的定量描述，C
‑
S
‑
H孔隙结构模型由C
‑
S
‑
H基本单元和孔隙组成，其中孔隙为圆柱孔，遵循单个对数正态分布的形式，孔隙分布f(x)为：
[0015][0016]式中，φ是位置参数，δ是形状参数，x为单个孔隙的直径；
[0017]建立C
‑
S
‑
H孔隙结构模型的总表面积、孔隙总体积以及C
‑
S
‑
H基本单元总体积之间的关系式：
[0018][0019]式中，S
sur
为C
‑
S
‑
H孔隙结构模型的总表面积，V
p
为孔隙总体积，V
s
为C
‑
S
‑
H基本单元的总体积，ρ
s
为C
‑
S
‑
H基本单元的密度，S
m
为基本单元的比表面积。
[0020]其中，步骤S2所述的采用亥姆霍兹自由能描述C
‑
S
‑
H孔隙结构的能量，具体为：
[0021]F＝μN
‑
TS
‑
PV+γA
ꢀꢀꢀꢀ
(3)，
[0022]式中，F为亥姆霍兹自由能，μ为化学势，N为固相数，T为温度，S为物理熵，P为环境压力，V为孔隙总体积V
p
与C
‑
S
‑
H基本单元总体积V
s
之和，γ为表面能，A为C
‑
S
‑
H孔隙结构模型的总表面积S
sur
。
[0023]其中，步骤S3所述的采用信息熵H替代式(3)中物理熵S，信息熵为：
[0024]H＝
‑
∫f(x)ln(f(x))dx
ꢀꢀꢀ
(4)。
[0025]其中，步骤S3所述的引入系数，建立与物理熵相关的能量部分与孔隙结构的关系，是指在C
‑
S
‑
H孔隙结构中，与物理熵相关的能量部分TS中引入表示物理熵与信息熵之间数值大小关系系数k，具体为：
[0026]TS＝kVH
ꢀꢀꢀ
(5)。
[0027]其中，步骤S4所述的根据介孔材料的热力学模型计算吸附应力，并将吸附应力替代亥姆霍兹自由能中的环境压力，建立与总体积相关的能量部分与孔隙结构的关系，是指根据介孔材料的热力学模型计算吸附应力σ，并将吸附应力σ替代亥姆霍兹自由能中的环境压力P，建立与C
‑
S
‑
H孔隙结构总体积相关的能量部分PV与孔隙结构的关系式，其中吸附应力σ为：
[0028][0029]式中，h为吸附膜厚度，γ
sl
为固液界本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定不可逆收缩范围内C
‑
S
‑
H孔隙结构的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：建立C
‑
S
‑
H孔隙结构模型；步骤S2：采用亥姆霍兹自由能描述C
‑
S
‑
H孔隙结构模型的能量；步骤S3：采用信息熵代替亥姆霍兹自由能中的物理熵，并引入系数，建立与物理熵相关的能量部分与孔隙结构的关系；步骤S4：根据介孔材料的热力学模型计算吸附应力，并将吸附应力替代亥姆霍兹自由能中的环境压力，建立与总体积相关的能量部分与孔隙结构的关系；步骤S5：建立与表面能相关的能量部分与孔隙结构的关系；步骤S6：确定计算参数，对C
‑
S
‑
H孔隙结构模型在给定计算范围内进行能量计算；步骤S7：确定有效的C
‑
S
‑
H孔隙结构能量计算范围；步骤S8：基于能量最小原理，确定稳定的C
‑
S
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H孔隙结构模型对应的结构信息和结构参数。2.根据权利要求1所述的一种确定不可逆收缩范围内C
‑
S
‑
H孔隙结构的计算方法，其特征在于，步骤S1所述的建立C
‑
S
‑
H孔隙结构模型，具体为：基于Jennings模型的定量描述，C
‑
S
‑
H孔隙结构模型由C
‑
S
‑
H基本单元和孔隙组成，其中孔隙为圆柱孔，遵循单个对数正态分布的形式，孔隙分布f(x)为：式中，φ是位置参数，δ是形状参数，x为单个孔隙的直径；建立C
‑
S
‑
H孔隙结构模型的总表面积、孔隙总体积以及C
‑
S
‑
H基本单元总体积之间的关系式：式中，S
sur
为C
‑
S
‑
H孔隙结构模型的总表面积，V
p
为孔隙总体积，V
s
为C
‑
S
‑
H基本单元的总体积，ρ
s
为C
‑
S
‑
H基本单元的密度，S
m
为基本单元的比表面积。3.根据权利要求2所述的一种确定不可逆收缩范围内C
‑
S
‑
H孔隙结构的计算方法，其特征在于，步骤S2所述的采用亥姆霍兹自由能描述C
‑
S
‑
H孔隙结构的能量，具体为：F＝μN
‑
TS
‑
PV+γA
ꢀꢀꢀ
(3)，式中，F为亥姆霍兹自由能，μ为化学势，N为固相数，T为温度，S为物理熵，P为环境压力，V为孔隙总体积V
p
与C
‑
S
‑
H基本单元总体积V
s
之和，γ为表面能，A为C
‑
S
‑
H孔隙结构模型的总表面积S
sur
。4.根据权利要求3所述的一种确定不可逆收缩范围内C
‑
S
‑
H孔隙结构的计算方法，其特征在于，步骤S3所述的采用信息熵H替代式(3)中物理熵S，信息熵为：H＝
‑
∫f(x)ln(f(x))dx
ꢀꢀꢀ
(4)。5.根据权利要求4所述的一种确定不可逆收缩范围内C
‑
S
‑
H孔隙结构的计算方法，其特征在于，步骤S3所述的引入系数，建立与物理熵相关的能量部分与孔隙结构的关系，是指在C
‑
S
‑
H孔隙结构中，与物理熵相关的能量部分TS中引入表示物理熵与信息熵之间数值大小关系系数k，具体为：
TS＝kVH
ꢀꢀꢀ
(5)。6.根据权利要求3所述的一种确定不可逆收缩范围内C
‑
S<...

【专利技术属性】
技术研发人员：万克树，贺志强，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：