[发明专利]硬化普通水泥净浆导热系数多尺度预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬化普通水泥净浆导热系数多尺度预测方法，属于水泥基材料技术领域。

背景技术

导热系数是硬化水泥基材料的基本热学性能之一，也是进行结构设计的最重要的参数之一，取值合理与否直接关系到结构内力、温度钢筋配筋量计算。国内外研究者对水泥基材料宏观性能进行了大量的试验研究，试图阐明水泥基材料配合比、水泥用量、骨料等与宏观性能的定量关系。水泥基材料导热系数随着其配合比等的改变而改变，试验测量比较困难，现有研究成果缺乏对水泥基材料导热系数的系统研究，同时由于原材料、配合比、环境条件、测试设备及测试方法以及试验人员操作技术等原因，给出的热学参数离散性较大。

复合材料的总体性能取决于组成材料的性能、几何形态以及拓扑结构。水泥净浆是相当复杂的多孔介质材料，其组成物质繁多，固、液、气三相共存，并且无序分布，这些物质分布的尺度范围广，从纳米到微米、毫米都有分布，而且其组成结构在水化过程发生较大变化。多尺度模拟方法可以考虑不同尺度上的组成材料特征，实现从微观-细观-宏观的材料性能模拟，建立材料组成成分性能、微观结构与宏观性能之间的关系，并从根本上解释材料宏观性能的变化机理，这对于促进材料研究具有重大意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种硬化普通水泥净浆导热系数多尺度预测方法，根据原材料组分和水化产物的本质属性，基于水泥净浆微观结构，采用多尺度和均匀化方法预测硬化普通水泥净浆的导热系数，从而为水泥基材料的力学、变形性能研究及数值仿真分析提供准确的导热系数参数。

本发明的硬化普通水泥净浆导热系数多尺度预测方法，包括以下步骤：

步骤A、将硬化普通水泥净浆按照微观结构组成划分为不同尺度，每个尺度包含不同典型物相；

步骤B、获取硬化普通水泥净浆各尺度中各物相的体积百分含量；

步骤C、从最小尺度开始，采用向上逐步均匀化和广义自洽方法，计算硬化普通水泥净浆各尺度的导热系数；其中，均匀化采用两两复合的方式，具体如下：

从参与均匀化的物相中取两种分别作为基体和夹杂进行复合，并计算其所复合成的复合相的导热系数；以上述复合相和其它一种参与均匀化的物相分别作为基体和夹杂进行复合，并计算其所复合成的复合相的导热系数；依此类推，直到参与均匀化的物相均完成复合，最后得到的复合相的导热系数即为均匀化后的物相的导热系数；其中，两种物相的复合相的导热系数按照以下公式计算：

keff=km[1+3vevm+3kmke-km],]]>

式中，k_eff为复合相的导热系数，k_m、v_m分别为基体的导热系数和体积百分含量，k_e、v_e分别为夹杂的导热系数和体积百分含量；

均匀化后的最大尺度的导热系数即为硬化普通水泥净浆的导热系数。

作为本发明的优选方案，步骤A中所述尺度划分具体如下：由低到高划分为三个尺度：尺度Ⅰ、尺度Ⅱ、尺度Ⅲ；尺度Ⅰ包括硅酸三钙、硅酸二钙、铁铝酸四钙、铝酸三钙这四种未水化水泥颗粒组相，以及氢氧化钙、水化硅酸钙、富铁相、其它水化产物这四种水化产物组相；尺度Ⅱ包括尺度Ⅰ均匀化后的未水化水泥颗粒，以及尺度Ⅰ均匀化后的水化产物；尺度Ⅲ包括尺度Ⅱ均匀化后的水泥浆体固相，以及毛细水和毛细孔空隙。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：