一种硅酸盐水泥水化性能指标确定方法及分析设备技术

本发明专利技术公开了一种硅酸盐水泥水化性能指标确定方法，包括如下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种硅酸盐水泥水化性能指标确定方法及分析设备


[0001]本专利技术涉及一种水泥指标确定方法啊，具体涉及一种硅酸盐水泥水化性能指标确定方法及分析设备，属于分析方法

。

技术介绍

[0002]硅酸盐水泥作为最重要的建筑材料之一，目前广泛应用于工程建设领域，其水化过程决定了浆体的微孔形成
、
强度演化
、
变形开裂等，对混凝土结构的热性能
、
力学性能
、
耐久性能等有显著影响
。
但是，水泥由于矿物成分众多
、
各矿物水化特性差异大
、
相互作用和影响极为复杂等特点，使其水化全过程难以充分掌握，缺少理论模型和计算方法
。
因此，建立硅酸盐水泥水化性能指标的理论模型和计算方法是十分必要的
。
[0003]目前，针对硅酸盐水泥水化性能的研究，主要采用实验方法进行，此类方法耗时费力
、
效率低下
、
成本较高；而现有模型没有建立各矿物相溶解r/>、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种硅酸盐水泥水化性能指标确定方法，其特征在于包括如下步骤：
1)
根据硅酸盐水泥中各矿物组分的不同溶解特性，各水化产物的不同沉积特性，基于水化浆液中离子浓度的饱和状态，分别建立各矿物相溶解
、
水化产物沉积
、
离子吸附反应速率与离子浓度的数学关系式；
2)
基于上述建立的各反应速率与离子浓度的数学关系，结合水化浆液中各离子的扩散系数，建立水化过程矿物相溶解
、
产物沉积
、
离子扩散
、
离子吸附反应耦合作用的化学场控制方程，及电势场
、
温度场控制方程；结合相应边界和初始条件，求解三组控制方程，输出水化全过程离子浓度
、
电势和温度随时间变化及空间分布的结果；
3)
基于上述输出的离子浓度
、
电势和温度随时间变化的结果，计算各矿物相溶解速率
、
水化产物沉积速率，并分别建立
(a)
表面水分润湿吸附
、
矿物相初始水化的热释放速率计算公式，
(b)
硅相和铝相与水的化学反应放热速率计算公式，叠加两个过程的放热速率，建立硅酸盐水泥水化全过程的水化热计算公式
。2.
根据权利要求1所述一种硅酸盐水泥水化性能指标确定方法，其特征在于：步骤
1)
中，建立水化全过程各矿物相溶解反应速率
、
水化产物沉积反应速率
、
离子吸附速率与离子浓度的数学关系式构建方法如下：根据各离子浓度饱和状态对各矿物相溶解
、
产物沉积
、
离子扩散
、
离子吸附反应速率的驱动控制作用，分别建立硅酸三钙
、
铝酸三钙
、
铁铝酸四钙
、
硅酸二钙
、
石膏矿物相的溶解速率计算公式，水化硅酸钙
、
氢氧化钙
、
钙矾石
、
单硫型水化硫铝酸钙水化产物的沉积速率计算公式，钙离子
、
铝酸根离子
、
硫酸根离子水化反应离子的吸附速率计算公式，如下式
10
‑
34
所示：所示：所示：所示：所示：所示：所示：所示：所示：
v
CH
＝
k
CH
(
β
CH
‑
1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(24)(24)(24)(24)(24)(24)(24)
式中，下标
k
表示离子种类，即
Ca
2+
、H3SiO4‑
、Al(OH)4‑
、OH
‑
、SO
42
‑
；
c
k
,J
k
,D
k
,z
k
,
γ
k
分别表示不同种类离子的浓度
、
扩散通量
、
扩散系数
、
离子价数和离子活度系数；表示哈密顿算子，其中和分别表示散度和梯度；表示硅酸盐水泥溶解所引起的第
k
种离子的生成速率；表示第
k
种离子的吸附速率；分别表示第
k
种离子在
Ca2SO4·
H2O
溶解反应，
C
‑
S
‑
H、CH、AFt、AFm
沉积反应中的化学计量系数；
v
gyp
,v
CSH
,v
CH
,v
AFt
,v
AFm
分别表示
Ca2SO4·
H2O
溶解速率，
C
‑
S
‑
H、CH、AFt、AFm
沉积速率；
T,
ψ
,F,R
分别表示温度，电势，法拉第常数，理想气体常数；分别表示第
k
种离子在
C3S
，
C3A
，
C4AF
，
C2S
溶解反应中的化学计量系数；溶解反应中的化学计量系数；分别表示
C3S
，
C3A
，
C4AF
，
C2S
的溶解反应速率；
m
gypsum
分别表示水泥中
C3S
，
C3A
，
C4AF
，
C2S
，
Ca2SO4·
H2O
的含量；
k
gypsum
,k
CSH
,k
CH
,k
AFt
,k
AFm
分别表示
C3S、C3A、C4AF、C2S、Ca2SO4·
H2O
溶解，
C
‑
S
‑
H、CH、AFt、AFm
沉积的反应速率常数；
K
gypsum
,K
CSH
,K
CH
,K
AFt
,K
AFm
分别表示
C3S、C3A、C4AF、C2S、Ca2SO4·
H2O
溶解，
C
‑
S
‑
H、CH、AFt、AFm
沉积的反应平衡常数；分别表示
Ca
2+
、Al
(OH)4‑
、SO
42
‑
的吸附速率常数；的吸附速率常数；分别表示单位体积浆体中水泥颗粒的表面积
、
石膏颗粒的表面积
。3.
根据权利要求2所述一种硅酸盐水泥水化性能指标确定方法，其特征在于：步骤
2)
中，水化过程矿物相溶解反应
、
产物沉积反应
、
离子扩散反应
、
离子吸附反应耦合在同一化学场控制方程中的方法包括：基于上述已建立的矿物相溶解速率
、
产物沉积速率
、
离子吸附速率的计算公式，分别建立矿物相溶解过程释放
Ca
2+
、H3SiO4‑
、Al(OH)4‑
、OH
‑
、SO
42
‑
的速率公式
、
产物沉积过程消耗各离子的速率公式
、
离子吸附过程消耗各离子的速率公式；同时，根据离子浓度梯度
、
离子电势梯度
、
化学活度梯度对离子扩散过程的驱动作用，建立水化过程各离子的扩散方程；将矿物相溶解过程释放离子
、
产物沉积过程消耗离子
、
离子吸附过程消耗离子的速率公式带入离子扩散方程，耦合在同一控制方程，如下式
35
‑
37
所示：所示：所示：
4.
根据权利要求2所述一种硅酸盐水泥水化性能指标确定方法，其特征在于：步骤
2)
中，所述电势场的构建方法包括：基于水化浆液中电性相异离子的不均匀分布所形成的电势场及其对离子扩散过程的驱动作用，运用
Poisson
方程，建立了水化过程的电场控制方程，如下所示：式中，
F
，
z
k
，
ε
r
和
ε0分别为法拉第常数，离子价数，水的介电常数，真空介电常数
。5.
根据权利要求2所述一种硅酸盐水泥水化性能指标确定方法，其特征在于：步骤
2)
中，所述温度场的构建方法包括：根据浆体热传导过程，建立温度场的热传导控制方程，如式
39
～
43
所示：所示：所示：所示：所示：式中，
ρ
P
，
ρ
cement
分别表示浆体
、
水<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘沐宇，刘洋，张强，卢志芳，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：