匯報(bào)-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(bào)提綱其他模型4結(jié)論521概述水泥水化模型的目的預(yù)測混凝土的工作性能（強(qiáng)度、孔隙率）設(shè)計(jì)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(bào)提綱其他模型4結(jié)論5單顆粒模型22單顆粒模型（single-particalmodel）基本假設(shè)反應(yīng)物為球形，水化產(chǎn)物在球形顆粒周圍成同心球?qū)訝钌L；水化產(chǎn)物分為內(nèi)水化產(chǎn)物和外水化產(chǎn)物，內(nèi)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(huì)隨著時(shí)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(shè)每一層中的擴(kuò)散系數(shù)D為常數(shù)，對于水分的遷移，滿足球坐標(biāo)下的擴(kuò)散方程：2單顆粒模型（single-particalmodel）對于每一層（內(nèi)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(kuò)散阻力內(nèi)產(chǎn)物層擴(kuò)散阻力隔離層的擴(kuò)散阻力外產(chǎn)物層擴(kuò)散阻力2單顆粒模型（single-particalmodel）總擴(kuò)散阻力內(nèi)產(chǎn)物層擴(kuò)散阻力隔離層的擴(kuò)散阻力外產(chǎn)物層擴(kuò)散阻力式中：

：特征時(shí)間，y：ri/RDxDiDo分別為隔離層、內(nèi)水化產(chǎn)物、外水化產(chǎn)物的擴(kuò)散系數(shù)，其中假設(shè)Di為常數(shù)m：kR/Di。反應(yīng)-擴(kuò)散模數(shù)，m<1時(shí)反應(yīng)控制，

m>5時(shí)，擴(kuò)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(kuò)散阻力主要源于在內(nèi)產(chǎn)物層的擴(kuò)散水化中期，形成隔離層，Dx<<Di，ro≈R則擴(kuò)散阻力主要源于在隔離層內(nèi)的擴(kuò)散水化后期，隔離層消失，ro>R，Do變小則擴(kuò)散阻力主要源于在外產(chǎn)物層內(nèi)的擴(kuò)散2單顆粒模型（single-particalmodel）水化程度：α=1-y3假設(shè)外水化產(chǎn)物只與內(nèi)水化產(chǎn)物有關(guān)，V外=νV內(nèi)，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(shí)間x0：開始時(shí)隔離層的厚度(350?)2單顆粒模型（single-particalmodel）假設(shè)Do/Di與外產(chǎn)物的孔隙率ε和初始擴(kuò)散率比(Do/Di)0有關(guān)：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(jì)算結(jié)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(jié)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(jìn)程的影響，顆粒越細(xì)水化越快右圖為水灰比對水化進(jìn)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(diǎn)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(bào)提綱其他模型4結(jié)論523成核增長模型（Nucleationandgrowthmodel）早期階段轉(zhuǎn)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(yīng)物充足；s=2代表反應(yīng)物不斷補(bǔ)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(zhuǎn)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(nèi)是隨機(jī)分布的，則有如下等式：X(t)是t時(shí)刻的轉(zhuǎn)化核子的體積分?jǐn)?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(zhuǎn)化并不是空間內(nèi)是隨機(jī)分布的，只是發(fā)生在邊界一定范圍內(nèi)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(shè)的核子分布和實(shí)際的并不一致，導(dǎo)致擬合出來的參數(shù)沒有實(shí)際的物理意義只能考慮單一相的水化，對于復(fù)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(bào)提綱其他模型4結(jié)論524其他模型HymoStrucmodel對于顆粒x，在任意時(shí)刻t時(shí)的反應(yīng)范圍和滲透深度的關(guān)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(gè)許多的立方體晶格，每一個(gè)晶格賦予不同的材料屬性（例如孔隙水、C3S等）。能夠計(jì)算出水化熱、孔隙率、凝結(jié)時(shí)間等水化進(jìn)程參數(shù)，也可以和有限元耦合，計(jì)算出強(qiáng)度、彈模等力學(xué)參數(shù)成核增長模型3單顆粒模型2概述1匯報(bào)提綱其他模型4結(jié)論525結(jié)論單