汇报-水泥水化模型

水泥水化模型简介陈松贵2011年6月8日成核增长模型3单颗粒模型2概述1汇报提纲其他模型4结论521概述水泥水化模型的目的预测混凝土的工作性能（强度、孔隙率）设计新的胶凝材料水泥水化模型的分类单颗粒模型（single-particalmodel）成核增长模型（Nucleationandgrowthmodel）HymoStrucmodelCEMHYD3Ddigitalhydrationmodel成核增长模型32概述1汇报提纲其他模型4结论5单颗粒模型22单颗粒模型（single-particalmodel）基本假设反应物为球形，水化产物在球形颗粒周围成同心球层状生长；水化产物分为内水化产物和外水化产物，内外水化产物的分界为水泥颗粒的原始边界；水化初期，存在亚稳定的隔离层，隔离层厚度会随着时间减小直至消失2单颗粒模型（single-particalmodel）尺寸意义R：原始颗粒半径ri：未水化的C3S核半径ro：外水化产物半径x：隔离层厚度Co：孔隙溶液浓度其中：0<ri<R<ro2单颗粒模型（single-particalmodel）假设每一层中的扩散系数D为常数，对于水分的迁移，满足球坐标下的扩散方程：2单颗粒模型（single-particalmodel）对于每一层（内产物层、外产物层、隔离层），将初始条件和边界条件代入上式，则得到：扩散阻力内产物层扩散阻力隔离层的扩散阻力外产物层扩散阻力2单颗粒模型（single-particalmodel）总扩散阻力内产物层扩散阻力隔离层的扩散阻力外产物层扩散阻力式中：

：特征时间，y：ri/RDxDiDo分别为隔离层、内水化产物、外水化产物的扩散系数，其中假设Di为常数m：kR/Di。反应-扩散模数，m<1时反应控制，

m>5时，扩散控制2单颗粒模型（single-particalmodel）水化初期，未形成隔离层，x=0，ro≈R，则扩散阻力主要源于在内产物层的扩散水化中期，形成隔离层，Dx<<Di，ro≈R则扩散阻力主要源于在隔离层内的扩散水化后期，隔离层消失，ro>R，Do变小则扩散阻力主要源于在外产物层内的扩散2单颗粒模型（single-particalmodel）水化程度：α=1-y3假设外水化产物只与内水化产物有关，V外=νV内，则有2单颗粒模型（single-particalmodel）式中：β：为消减系数t0：出现隔离层的时间x0：开始时隔离层的厚度(350Å)2单颗粒模型（single-particalmodel）假设Do/Di与外产物的孔隙率ε和初始扩散率比(Do/Di)0有关：ε0：初始孔隙率ε：孔隙率2单颗粒模型（single-particalmodel）2单颗粒模型（single-particalmodel）计算结果：水化程度α，水花速率dα/dt未水化的核半径ri和颗粒半径ro自由水和结合水的量CH和C-S-H的量颗粒间的孔隙率ε2单颗粒模型（single-particalmodel）左图为不同颗粒粒径对水化进程的影响，颗粒越细水化越快右图为水灰比对水化进程的影响，水灰比越大水化越完全2单颗粒模型（single-particalmodel）不足和缺点没有考虑水泥不同粒径的分布；没有考虑颗粒与颗粒的接触嵌入成核增长模型3单颗粒模型2概述1汇报提纲其他模型4结论523成核增长模型（Nucleationandgrowthmodel）早期阶段转化度较低，颗粒与颗粒没发生碰撞，单颗粒增长行为；

s=1代表反应物充足；s=2代表反应物不断补充；p=1,2,3分别代表不同维度q=0代表核子来源于开始；q=1代表核子不断生成3成核增长模型（Nucleationandgrowthmodel）后期阶段转化度较高，颗粒与颗粒发生碰撞，接触面处不再有生长；考虑核子在空间内是随机分布的，则有如下等式：X(t)是t时刻的转化核子的体积分数；m和前面定义相同3成核增长模型（Nucleationandgrowthmodel）边界成核增长模型转化并不是空间内是随机分布的，只是发生在边界一定范围内3成核增长模型（Nucleationandgrowthmodel）成核增长模型边界成核增长模型不足假设的核子分布和实际的并不一致，导致拟合出来的参数没有实际的物理意义只能考虑单一相的水化，对于复杂的多相水泥，成核增长模型还存在着一定的问题3成核增长模型（Nucleationandgrowthmodel）成核增长模型3单颗粒模型2概述1汇报提纲其他模型4结论524其他模型HymoStrucmodel对于颗粒x，在任意时刻t时的反应范围和渗透深度的关系。能够给出Hydration、Morphology和STRUCtural发展4其他模型CEMHYD3Ddigitalhydrationmodel将水泥浆体离散化为一个许多的立方体晶格，每一个晶格赋予不同的材料属性（例如孔隙水、C3S等）。能够计算出水化热、孔隙率、凝结时间等水化进程参数，也可以和有限元耦合，计算出强度、弹模等力学参数成核增长模型3单颗粒模型2概述1汇报提纲其他模型4结论525结论单