[發明專利]一種早期水泥石毛細水中可凍水含量的預判方法

有效

• 申請號: 202011592623.4
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112765868B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 楊英姿;張歌;應偉超
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06Q10/04
• 代理公司: 深圳匯策知識產權代理事務所(普通合伙) 44487
• 代理人: 遲芳

1.一種早期水泥石毛細水中可凍水含量的預判方法，其特征在于：在獲取水泥粒徑分布曲線的基礎上，采取各單一粒徑分別建立等徑緊密堆積模型，根據水灰比、水泥密度與水密度計算等徑緊密堆積模型的初始距離參數，結合水泥水化模擬確定水泥顆粒(11)在水化過程中水泥水化固相顆粒(13)體積變化及過程距離參數，利用過程距離參數對毛細水凍結狀態進行預判，分別計算不同粒級水泥水化固相顆粒(13)對應的可凍水含量，最后通過加和不同粒級水泥水化固相顆粒(13)對應的可凍水含量來計算水泥石的可凍水含量的過程；

將數個等徑水泥顆粒(11)分散于水中的形成等徑緊密堆積模型，將等徑緊密堆積模型與初始水灰比相結合確定不同粒徑時水泥顆粒(11)的初始距離參數的具體過程為：

水泥由多種不同粒徑球形顆粒形成，選取水泥中多種不同粒徑球形顆粒的一種水泥顆粒(11)作為研究對象，將數個該水泥顆粒(11)以緊密堆積形式分散到水中形成等徑緊密堆積模型，水泥顆粒(11)的粒徑為d，初始半徑為R₀，兩個相鄰水泥顆粒(11)中心的距離為2L，當已知水泥密度ρ_c、水密度ρ_w、水灰比m_w/m_c時，根據公式(1)計算得到初始中心距離參數L：

兩個相鄰水泥顆粒(11)的最短距離為2a₀，則初始最短距離參數a₀根據公式(2)計算：

a₀＝L-R₀ (2)；

將水化過程距離參數與水泥水化熱力學的模擬結果相結合確定水泥顆粒(11)在水化過程中體積變化及水泥水化固相顆粒(13)的水化過程距離參數的過程包括基于水泥水化熱力學模擬的水泥顆粒(11)在水化過程中體積變化計算過程，具體計算過程為：

采用水泥水化模擬軟件對硅酸鹽水泥在水化過程中水化產物(12)相體積進行計算，將水泥顆粒(11)及其水化產物(12)簡化等效為球體結構，水泥顆粒(11)外包裹有一層水化產物(12)形成水泥水化固相顆粒(13)，得到水泥水化固相顆粒(13)在t時刻的半徑R_t；

t時刻兩個相鄰水泥水化固相顆粒(13)的距離為2a_t，則過程最短距離參數a_t根據公式(3)計算：

a_t＝L-R_t (3)

從而得出a_t、L和R_t之間的關系式；

根據緊密堆積模型中過程距離參數的判定，實現毛細水凍結狀態的判斷及可凍水含量的過程為：

水泥水化固相顆粒(13)的半徑為R_t，當數個水泥水化固相顆粒(13)以緊密堆積的形式形成毛細孔時，水泥水化固相顆粒(13)之間成的孔隙分為兩類，相鄰的三個水泥水化固相顆粒(13)形成孔隙為大孔，大孔的孔半徑為r_l，其計算公式為(4)：

相鄰的兩個水泥水化固相顆粒(13)形成孔隙為彎曲細孔通道，將彎曲細孔通道劃分為若干個不同孔徑的垂直孔通道，等效孔半徑為r_s，聯立公式(5)、(6)和(7)計算冰/水界面與水泥水化固相顆粒(13)的交點坐標P(x，y)，計算過程如下：

x＝L-R_tcosα (5)

y＝R_tsinα (6)

對于給定的負溫溫度T，存在一個臨界受凍半徑r_p(T)，根據水泥水化固相顆粒(13)形成孔隙的大小，孔隙水受凍情況分為以下三種：

孔隙水受凍的第一種情況：當r_l＜r_p(T)時，該孔半徑下水泥水化固相顆粒(13)形成的孔隙水均不會凍結，水泥水化固相顆粒(13)的粒徑為d、齡期為t對應的孔隙未凍水含量為W_dt1，W_dt1的公式如下：

孔隙水受凍的第二種情況：當a_t＞r_p(T)時，該孔半徑下水泥水化固相顆粒(13)形成的孔隙水均會凍結，此時水泥水化固相顆粒(13)的粒徑為d、齡期為t對應的孔隙未凍水含量為0，即W_dt2＝0；

孔隙水受凍的第三種情況：當r_p(T)＜r_l且r_p(T)＞a_t時，半徑為r_l的大孔中的水全部凍結，存在等效臨界半徑為r_s＝r_p(T)的冰/水界面，因此在給定的溫度T下，通過顆粒尺寸的幾何關系求出水泥水化固相顆粒(13)為d時的未凍水含量W_dt3，通過熱力學模擬能夠得到水泥在水化過程中各組分的體積變化情況及等效顆粒尺寸，計算公式為公式(9)所示：

用t時刻液相含量減去未凍水的含量，即為t時刻樣品的可凍水含量Wt，計算公式為公式(10)所示：

W_t＝W_w-∑_dW_dt1φ_d-∑_dW_dt3φ_d (10)

上式中W_w為t時刻體系中的液相含量；φd為初始粒徑為d的水泥水化固相顆粒(13)體積分數，從而計算過程中得到的可凍水含量是理想情況，最終完成根據加和不同粒級水泥水化固相顆粒(13)對應的可凍水含量來計算水泥石的可凍水含量的過程。