[发明专利]一种硅酸三钙水化全过程性能指标确定方法及其计算分析仪

说明书

本发明公开了一种硅酸三钙水化全过程性能指标确定方法及基于该方法的计算分析仪，其确定方法包括如下步骤：1)建立基于多尺度、多物理场、多驱动项作用下的C₃S水化过程温度场、化学场、电势场控制方程；2)结合C₃S颗粒与水反应过程中的放热特征，分别建立基于水分吸附和化学反应过程的放热速率计算公式，将二者叠加得C₃S水化全过程放热速率的确定方法；3)基于C₃S水化放热速率和C₃S水化反应过程，建立C₃S水化全过程化学收缩的确定方法。本发明充分考虑多尺度、多物理场、多驱动项作用，提出一种C₃S水化全过程的性能指标确定方法，具有分析结果准确、便捷、高效等优势，可为C₃S水化全过程性能分析提供新思路和新工具。

技术领域

本发明属于分析方法技术领域，具体涉及一种硅酸三钙水化全过程性能指标确定方法及及基于该方法的计算分析仪。

背景技术

水泥基材料作为目前普遍使用的一种建筑材料，现已广泛用于桥梁、道路、房屋等建设领域，水泥基材料的水化过程是其工程性能形成的关键阶段，决定了混凝土建筑的材料性能优劣、结构安全耐久，例如水化放热和化学收缩，对混凝土结构的变形、开裂等损伤影响显著。因此，建立水泥基材料水化过程的理论模型，实现其水化过程高效、精准、便捷的预测具有重要的工程意义。但是，水泥基材料组分复杂，且各组分的水化特性差异较大，现有模型普遍未考虑该复杂性，且缺乏对主要成分硅酸三钙(C₃S)水化过程理论模型和性能预测的研究。C₃S的水化是一个多物理场、多尺度、多驱动项控制的复杂物理化学反应过程，涉及宏观层面的温度场，微观层面的化学场、电势场，且水化浆液的离子扩散过程由浓度梯度、电势、化学活度、C₃S溶解、水化硅酸钙(C-S-H)沉积、氢氧化钙(CH)沉积等多项驱动作用。

目前，针对C₃S水化过程的性能预测，主要采用实验测量方法，该方法耗时费力、成本较高；而现有模型通常仅考虑化学反应和浓度梯度对C₃S水化过程的影响，且普遍需要采用实验拟合、回归等方法获取经验参数并建立经验模型，无法完整、准确、真实地反映C₃S水化过程，难以从本质机理上分析水泥水化放热和化学收缩原因和特点，缺乏对水化诱导前期、诱导期、加速期、减速期、稳定期全过程的预测。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种硅酸三钙水化全过程性能指标确定方法，通过分析C₃S水化浆体中不同尺度(微观硅酸三钙颗粒尺度和宏观C₃S浆体尺度)下的温度场、化学场和电场对C₃S水化速率的耦合控制作用以及C₃S水化放热和化学收缩的本质原因，构建多物理场、多尺度、多驱动项作用下的C₃S水化过程控制方程，建立C₃S水化全过程性能指标确定方法及基于该方法的计算分析仪，可计算C₃S水化诱导前期、诱导期、加速期、减速期、稳定期全过程不同时刻、不同水灰比、不同C₃S颗粒比表面积情况下的离子浓度(钙离子浓度、硅酸根离子浓度、氢氧根离子浓度)、电势、温度随时间变化结果及其空间分布情况，以及放热速率和化学收缩随时间变化结果，可为硅酸三钙水化过程的高效、准确分析提供一条新思路。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种硅酸三钙水化全过程性能指标确定方法，包括如下步骤：

1)根据硅酸三钙(C₃S)水化反应规律，利用水化反应释放能量产生的温度场、水化反应中离子扩散和沉积形成的化学场及电性相异离子的不均匀分布形成的电势场，分别建立基于温度场、化学场和电势场耦合作用的温度场、化学场和电势场控制方程；