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水泥水化计算机模拟研究进展/曹秀丽等
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水泥水化计算机模拟研究进展
曹秀丽2,刘元寿,张红飞,董先锋,沈一鸣°
(1河海大学土木与交通学院,南京210098;2南京工程学院建筑工程学院,南京211167;3江苏省建筑工程
质量检测中心有限公司,南京210028:4达华集团北京建标诚和咨询有限公司南京分公司,南京210000
5中国联合工程公司,杭州310022;6无锡融创地产有限公司,无锡211125)
摘要介绍了水泥水化和微观结构的模拟与仿真的研究进展,对3个典型的水化仿真模型(HYM( STRUC
模型、 CEMIIYD3D模型、 DUCOM模型)的模拟原理、特点及适用性进行分析和比较。
关键词水泥水化计算机模拟水化程度水化热水化产物
中图分类号:TU5
文献标识码:A
A Review on Computer Simulation of Cement Hydration Models
CAO Xiuli,, LIU Yuanshou, ZHANG Hongfei, DONG Xianfeng, SHEN Yiming
School of Civil and Transportation Engineering, Hohai University, Nanjing 210098; 2 School of Architectural Engineering
Nanjing Institute of Technology, Nanjing 211167: 3 Jiangsu Province Construction Engineering Quality Test Center o
Ltd, Nanjing 210028; 4 Dehua Group Beijing Build Honesty and Consultation Co,Ltd, Nanjing Branch, Nanjing 210000
5 China United Engineering Corporation, Hangzhou 310022; 6 Wuxi Suna Real-estate Co., Ltd, Wuxi 214125
Abstract The research progress of modeling and simulation in cement hydration and microstructure are intro
duced. The simulation principle, characteristic and applicability of three typical models used in hydration simulation
are analyzed and compare
Key words cement hydration, computer simulation, hydration degree, hydration heat, hydration product
0引言
件。本文对具有代表性的计算机仿真模型进行了概述,介绍
了模拟过程和效果,重点介绍 HYMOSTRUC模型、CEM
水泥水化是水泥中各种组分与水之间发生相互反应的HYI3D模型和 DUCOV模型,并对它们各自的特点进行比
物理化学过程。通过水化反应,松散的水泥粉体变成具有胶较。
凝性能的水泥浆体,水泥浆体可将各种粗、细骨料粘结为
体,从而形成建设工程中的砂浆和混凝土。水化反应直接影1 HYMOSTRUC模型
响水泥基材料的各种性能指标,如强度、变形和耐久性等
HYM( STRUC模型是由荷兰代尔夫特理工大学的K
水化过程同时受到水灰比、环境温度、湿度、外加剂等多种因 van Breguel等1开发的,该模型模拟了水泥颗粒的水化进
素的影响,因此,水泥水化是一个十分复杂的问题。水泥基程,可作为研究水泥基材料微观结构发展的工具。 HYMOS
材料在水化过程中的微观结构、组成及性能的变化规律也一TURC模型考虑了水泥的矿物组分、水泥的粒径分布、水灰
直是国内外水泥研究者普遍关注的课题。对水化过程的试比和温度对水化反应的影响。模型的具体阐述可见文献[1
验观测研究已具有一定的成果,但水化过程影响因素的复杂2。近年来,不少研究者在K. van Breguel的基础上又对该
性、测试手段的局限性、试验结果的不可比性以及内在规律模型做了修正和改进4-
的模糊性成为研究水泥水化过程的壁垒,理论和现实都在呼
HYMOSTRUC模型的提出基于以下假设:(1)水化产
唤着新的研究思路和方法。
物首先在溶解的水泥颗粒周固析出,且在整个水化进程中水
随着计算机技术的发展,计算机模拟成为解决材料科学化产物的密度不变(恒温养护条件);(2)假设粒径相似的水
中理论和实际问题的重要于段。从20世纪80年代开始,研泥颗粒的水化速率一致,得到的水化产物的组分含量相同
究者逐渐在试验基础上提出各种水泥浆体微观结构模型,同(3)单个水泥颗粒的溶解和扩散进程均是向同心方向进行
时开始运用计算机对水化过程进行数值模拟和试验,以期达
K. van Breguel-强调,模型主要考虑了水泥颗粒的平
到机理阐述、组分优化、性能预测的目的。美国、荷兰、日本均间距对水化反应动力学的影响。该模型可以计算出任
等国的一些研究机构已经在计算机仿真方面进行了长期的时间水化反应所需“自由水”的含量。 HYMOSTRUC模型
探索和系列的研究,发表了大量论文,并已开发出相应的软将水化反应分成两个单独的相:溶解/膨胀(也称为边界反
曹秀丽:女,1980年生,博士,主要研究方向为混凝土结构基本理论与应用E-mail:dogupig@yahoo.com.cn