基于多相水化模型的水泥水化动力学研究.pdf

2010年第6期(总第248期
凝
理论研究
Number 6 in 2010(Total No 248)
Concrete
THEORETICAL RESEARCH
doi:10.3969iss.1002-3550.2010.06.014
基于多相水化模型的水泥水化动力学研究
吴浪,宋固全,雷斌
(南昌大学建筑工程学院,江西南昌330031)
摘要:基于Um和 Coussy提出的多相水化动力学模型,在考虑水泥的化学组成、养护温度、水灰比、最终水化程度及水泥细度等因素
情况下,从理论上建立了水化动力学方程,可用于预测水化速率随水化程度的变化。结果表明:水灰比会加速相边界反应,而对早期的结晶
成核与晶体生长却没有明显影响;温度的升高能够加速水化进程,却不能改变最终水化程度。
关键词:水泥水化;动力学;水化速率;最终水化程度
中图分类号:TU528.01
文献标志码:A文章编号:1002-355002010)06-0046-03
Cement hydration kinetics research based on multi-phase hydration model
WU Lang, SONG Gu-quan, LER Bim
College of Architectural and Civil Engineering, Nanchang University, Nanchang 330031, China)
Abstract: Based on the multi-phase hydration dynamic model proposed by Uim and Coussy, taking into account the factors such as chemical
composition of cement ung mperature water-cement ratio, the final hydration degree and fineness of cement, a theoretical hydration kinetics
equations was established in this paper. It can be used to predict the hydration rate increases with the change of hydration degree. The results
showed that water-cement ratio will accelerate the phase boundary reaction, while not influence thethe early crystallization of nucleation and
crystal growth; temperature can accelerate the hydration process, but it can not change the ultimate hydration degree
Key words: cement hydration; kinetics; hydration rate; ultimate hydration degree
0引言
成分(CS,C2S,C3A,CAF)中,CA最先与水反应,接下来一次
是CS、CS,最后是CAF。由于各种成分的反应速率不同,且识
水泥的水化是个伴随着热量产生、强度増长以及收缩的复别各种成分的水化过程较为困难,目前在定义水化程度和水化
杂物理化学过程,要深人探析其过程需要从微观角度来建立水泥速率时采用的是水泥各组分整体的水化程度和水化速率,本研
水化动力学模型。随着计算机技术的进步,Bentだリ、 Van Breugel、究也采用了这种定义。
Ki- Bong Park、Navi等从试验基础上建立了各种微观模型,并
2水灰比(W/C
运用计算机技术来模拟水泥水化过程,以达到机理分析、组分
O. M.ensen門的试验结果表明,较高的水灰比会加速相边界
优化和性能预测的目的,其中 CEMIAYD3D9和 HYMOSTRUC?
反应,而对早期的结晶成核与晶体生长却没有明显影响。根据
模型应用地最广泛。
Powers門的理论,当水灰比低于0.38时,水泥将不能完全被水化,
通过对比分析,可以发现大多数模型的参数是基于宏观试
验的数据回归分析,因而存在较大的离散型,且没有将力学参
换而言之,即水灰比还会影响水泥的最终水化程度cn。Wall
数应用到模型中。本研究是基于UIm和 Coussy提出的多相水
根据大量试验,得出水泥的最终水化程度n与水灰比的关系式
化动力学模型,考虑了水泥的化学组成、养护温度、水灰比及水
如式(1)所示
泥细度等因素,从理论上建立了水化动力学方程,可用于预测
am=l-e
(1)
水化速率和水化程度。
1.3水泥细度
由于水泥的细度会影响到水化速率,因而也会影响最终水化
1水化动力学的影响因素
程度。即水泥颗粒越细,水化速率和最终水化程度都会越大。Bent
在过去的20年里,国内外许多研究者通过大量试验来探讨和 Haecker的研究表明,在水灰比较小时,水泥的细度影响程度
水化动力学的影响因素,主要包括水泥的化学组成、水灰比、水将会降低。另外,当水化程度相同时,由于水泥颗粒越细,则相对
泥颗粒的细度、养护温度等。
于未水化水泥颗粒的水化产物的厚度越小,因而增加了最终水
1.1水泥的化学组成
化程度。除此之外,水泥颗粒的粒径分布也会影响水化速率叫
在影响水泥水化过程的所有因素中,水泥的化学组成应该1.4养护温度
是最主要的一个因素。试验表明,在水泥化学组成的4种主要
养护温度对于水泥水化反应的影响是双重的。一方面,水
收稿日期:2010-02-06
甚金项目:国家自然科学基金资助项目(5077904,50909049);江西省教育厅青年科学基金项目(GJ09428)
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