基于电阻率法的水泥水化过程的计算机模拟研究

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我国是世界上混凝土产量最高的国家,但生产高性能混凝土的比例却很低,而随着我国城镇化的规模和步伐进一步加大,对高性能混凝土的需求日益剧增。因此,急需对影响硬化水泥石结构及其性能的水泥水化过程进行研究。在此背景下,本课题主要采用电阻率法和基于电阻率法的计算机模拟对水泥基材料中水泥水化过程进行了研究。  本文首次提出将电阻率微分曲线峰值特征点对应时间作为水泥水化动力学模型临界时间输入到计算机模拟当中,对水灰比分别为0.35、0.40、0.45的纯水泥浆体在0、12 h、24 h的微观结构进行了计算机模拟。结果表明:根据电阻率微分曲线的3个峰值特征点,水泥水化过程可划分为溶解结晶期、凝结期、加速期和减速期4个发展阶段;计算机模拟可以很好地解释和分析水泥的水化过程,以及在水化过程中浆体电阻率的发展特点。  采用电阻率法和基于电阻率法的计算机模拟研究了柠檬酸缓凝剂掺量(0%、0.03%、0.05%、0.07%)对水泥浆体水化过程的影响,结果表明:随着缓凝剂掺量增加,浆体电阻率在溶解结晶期逐渐变大,在凝结期后逐渐变小;电阻率微分曲线的第2峰值点对应时间与浆体凝结时间密切相关;缓凝剂对浆体早期水泥水化的缓凝效果随着缓凝剂掺量增加而逐渐增强,但缓凝剂减弱了后期水泥水化速率降低的幅度;浆体孔隙率的计算机模拟曲线可以预测和分析浆体强度的发展趋势。  对水灰比为0.3、0.4、0.5的纯水泥浆体的化学收缩进行了试验测定和基于电阻率法的计算机模拟研究。水泥浆体中每克水泥的化学收缩随着水灰比升高而增大,而单位体积浆体的化学收缩随着水灰比升高而减小。化学收缩的计算机模拟值与试验值的相对误差小于5%,通过化学收缩模拟值的双曲线方程计算得到的化学收缩最终值随着水灰比升高而增大。  收缩,首次分析了自收缩与化学收缩之间的定量关系。结果表明:水泥基浆体在减速期的电阻率随时间对数的曲线斜率K和浆体3d抗压强度成线性关系;浆体的化学收缩和自收缩分别随水胶比升高或粉煤灰掺量增大而降低;浆体在24 h后的单位体积化学收缩和30 h后的自收缩随电阻率的发展均表现出线性关系;终凝后自收缩变化量在终凝后线性化学收缩变化量中所占比例(γ)小于3%,且随水化时间逐渐减小,与未充水毛细孔相比,自收缩只是化学收缩中很小的一部分;参数γ将有助于定量描述水泥基材水化过程中自收缩和未充水毛细孔体积在化学收缩中所占的比例变化。
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