水泥基材料自收缩的动力学研究

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高性能混凝土具有水胶比较低,胶凝材料组成复杂化的特点,其水化温升和自收缩与普通混凝土有很大区别。论文作者设计了高精度计算机测量系统,每隔1分钟采集一次自收缩数据,可获得大量连续的数据,真实地反映水泥基材料自收缩的发展过程。 论文作者将化学动力方法应用于水泥基材料的研究中,系统分析了水胶比、矿物掺和料和温度对的胶凝材料水化放热和混凝土自收缩的影响。 水泥基材料的水化模型假设水化反应具有三个基本过程:结晶成核与晶体生长(NG)、相边界反应(I)和扩散(D),水化反应速率取决于其中最慢的一个。通过对水化热数据的动力学分析,可求出相应的动力学参数(反应级数n、反应速率常数K、表观活化能Eα),从而可以使用动力学方程模拟水化过程。 收缩的产生源于水化反应,自收缩的增长快慢与水化反应速度密切相关。因此,与水化反应的加速期(NG)、减速期(I)和扩散期(D)对应,本文将自收缩的发展过程划分为:加速期、平台期和稳定期三个阶段,从而将自收缩与水化反应的动力学特征统一。本文建立了水化反应和自收缩的动力学模型。将模型分别求导,可得到水化反应速率和自收缩生成速率随时间变化的规律。水化反应与自收缩动力学模型,不仅与实验数据符合良好,而且在数学形式上一致,反映了自收缩与水泥水化在本质上的联系。 在高性能混凝土中掺入膨胀剂可以起到良好的补偿收缩作用。膨胀剂的膨胀效能发挥对水胶比和温度具有选择性,只有在适当的水胶比和温度下才能获得理想的补偿收缩效果。在实际配制混凝土时,应当避免水胶比过低时掺入膨胀剂反而加剧自收缩的情况;尽量减少水泥用量,减小混凝土的自生收缩,并降低水化温升;掺入粉煤灰和矿渣对膨胀有抑制作用;此外,应注意加强补偿收缩混凝土的早期浇水养护。
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