[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

本發明公開了一種硅酸三鈣水化全過程性能指標確定方法及基于該方法的計算分析儀，其確定方法包括如下步驟：1)建立基于多尺度、多物理場、多驅動項作用下的C₃S水化過程溫度場、化學場、電勢場控制方程；2)結合C₃S顆粒與水反應過程中的放熱特征，分別建立基于水分吸附和化學反應過程的放熱速率計算公式，將二者疊加得C₃S水化全過程放熱速率的確定方法；3)基于C₃S水化放熱速率和C₃S水化反應過程，建立C₃S水化全過程化學收縮的確定方法。本發明充分考慮多尺度、多物理場、多驅動項作用，提出一種C₃S水化全過程的性能指標確定方法，具有分析結果準確、便捷、高效等優勢，可為C₃S水化全過程性能分析提供新思路和新工具。

技術領域

本發明屬于分析方法技術領域，具體涉及一種硅酸三鈣水化全過程性能指標確定方法及及基于該方法的計算分析儀。

背景技術

水泥基材料作為目前普遍使用的一種建筑材料，現已廣泛用于橋梁、道路、房屋等建設領域，水泥基材料的水化過程是其工程性能形成的關鍵階段，決定了混凝土建筑的材料性能優劣、結構安全耐久，例如水化放熱和化學收縮，對混凝土結構的變形、開裂等損傷影響顯著。因此，建立水泥基材料水化過程的理論模型，實現其水化過程高效、精準、便捷的預測具有重要的工程意義。但是，水泥基材料組分復雜，且各組分的水化特性差異較大，現有模型普遍未考慮該復雜性，且缺乏對主要成分硅酸三鈣(C₃S)水化過程理論模型和性能預測的研究。C₃S的水化是一個多物理場、多尺度、多驅動項控制的復雜物理化學反應過程，涉及宏觀層面的溫度場，微觀層面的化學場、電勢場，且水化漿液的離子擴散過程由濃度梯度、電勢、化學活度、C₃S溶解、水化硅酸鈣(C-S-H)沉積、氫氧化鈣(CH)沉積等多項驅動作用。

目前，針對C₃S水化過程的性能預測，主要采用實驗測量方法，該方法耗時費力、成本較高；而現有模型通常僅考慮化學反應和濃度梯度對C₃S水化過程的影響，且普遍需要采用實驗擬合、回歸等方法獲取經驗參數并建立經驗模型，無法完整、準確、真實地反映C₃S水化過程，難以從本質機理上分析水泥水化放熱和化學收縮原因和特點，缺乏對水化誘導前期、誘導期、加速期、減速期、穩定期全過程的預測。

發明內容

本發明的主要目的在于針對現有技術存在的不足，提供一種硅酸三鈣水化全過程性能指標確定方法，通過分析C₃S水化漿體中不同尺度(微觀硅酸三鈣顆粒尺度和宏觀C₃S漿體尺度)下的溫度場、化學場和電場對C₃S水化速率的耦合控制作用以及C₃S水化放熱和化學收縮的本質原因，構建多物理場、多尺度、多驅動項作用下的C₃S水化過程控制方程，建立C₃S水化全過程性能指標確定方法及基于該方法的計算分析儀，可計算C₃S水化誘導前期、誘導期、加速期、減速期、穩定期全過程不同時刻、不同水灰比、不同C₃S顆粒比表面積情況下的離子濃度(鈣離子濃度、硅酸根離子濃度、氫氧根離子濃度)、電勢、溫度隨時間變化結果及其空間分布情況，以及放熱速率和化學收縮隨時間變化結果，可為硅酸三鈣水化過程的高效、準確分析提供一條新思路。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種硅酸三鈣水化全過程性能指標確定方法，包括如下步驟：

1)根據硅酸三鈣(C₃S)水化反應規律，利用水化反應釋放能量產生的溫度場、水化反應中離子擴散和沉積形成的化學場及電性相異離子的不均勻分布形成的電勢場，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；