[發明專利]一種硅酸三鈣水化全過程性能指標確定方法及其計算分析儀

有效

• 申請號: 202110933264.2
• 申請日: 2021-08-12
• 公開（公告）號: CN113722969B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 劉沐宇;劉洋;盧志芳;張強;羅桂濤
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G16C20/10;C01B33/24;G06F119/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

1.一種硅酸三鈣水化全過程性能指標確定方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)根據硅酸三鈣水化反應全過程中形成的溫度場、化學場和電勢場，分別建立基于溫度場、化學場和電勢場耦合作用的溫度場、化學場和電勢場控制方程；

根據具體硅酸三鈣水化條件下對應的溫度場、化學場和電勢場控制方程中涉及的實測參數值，并對構建的溫度場、化學場和電場控制方程施加邊界條件和初始條件，計算硅酸三鈣水化全過程中離子濃度、電勢和溫度隨時間變化的結果，和/或離子濃度隨時間變化的空間分布結果；

2)分別建立基于硅酸三鈣顆粒水化反應過程中涉及的水分吸附過程和化學反應過程中的放熱速率計算公式，將兩個過程所得放熱速率計算公式進行疊加，建立硅酸三鈣水化全過程的放熱速率計算公式；并結合控制方程計算的離子濃度、電勢、溫度值，計算放熱速率隨時間的變化結果；

3)根據硅酸三鈣水化過程中反應物與水化產物的體積變化關系，建立硅酸三鈣水化全過程化學收縮計算公式；并結合硅酸三鈣水化全過程的放熱速率計算結果，計算化學收縮隨時間的變化結果；

所述溫度場控制方程如式1～5所示：

式中，ρ_P、和分別為硅酸三鈣水化漿體、水和硅酸三鈣顆粒的密度，C_P，和分別表示硅酸三鈣水化漿體、水和硅酸三鈣顆粒的比熱容；k_P，和τ_mix分別為硅酸三鈣水化漿體導熱系數，單位體積硅酸三鈣顆粒表面水的吸附能，硅酸三鈣與水的混合攪拌時長；為單位摩爾硅酸三鈣顆粒表面水的吸附能；為單位體積水化漿體的硅酸三鈣顆粒表面積；為硅酸三鈣顆粒的比表面積；w/c為水灰比，為單位面積的硅酸三鈣顆粒表面所吸附的水分子的個數，t為水化時間，T為水化溫度，N_A為阿伏加德羅常數；為哈密頓算子，其中和分別表示散度和梯度；

所述化學場控制方程如下式6～15所示：

式中，k為離子種類，為Ca²⁺、H₃SO₄^-或OH^-；c_k，J_k，D_k，z_k，γ_k分別為不同種類離子的濃度、擴散通量、擴散系數、離子價數和離子活度系數；為硅酸三鈣溶解所引起的第k種離子的生成速率，和分別為第k種離子在水化硅酸鈣沉積反應和氫氧化鈣沉積反應中的化學計量系數，v_p-CSH和v_p-CH分別為水化硅酸鈣的沉積速率和氫氧化鈣的沉積速率；ψ，F和R分別為電勢，法拉第常數和理想氣體常數；

和分別為硅酸三鈣表面溶解速率常數，硅酸三鈣摩爾質量和不同種類離子的過飽和濃度；

k_CSH，和c₀分別為水化硅酸鈣在硅酸三鈣顆粒表面的沉積速率常數、單位體積水化漿體的硅酸三鈣顆粒表面積和標準狀態的質量摩爾濃度；

k_CH和K_CH分別為氫氧化鈣沉積速率常數和氫氧化鈣平衡常數；

I，e₀，ε_r和ε₀分別為離子強度，基本電荷數，水的介電常數，真空介電常數。

所述電勢場控制方程如式16所示：

2.根據權利要求1所述的硅酸三鈣水化全過程性能指標確定方法，其特征在于，步驟1)中引入濃度梯度、電勢、化學活度、硅酸三鈣溶解速率、水化硅酸鈣沉積速率和氫氧化鈣沉積速率對離子擴散過程的驅動作用作為影響因子，分別構建基于硅酸三鈣水化全過程的溫度場、化學場和電勢場控制方程。

3.根據權利要求1所述的硅酸三鈣水化全過程性能指標確定方法，其特征在于，所述離子濃度為鈣離子濃度、硅酸根離子濃度、氫氧根離子濃度中的一種或幾種。