[发明专利]一种硬化砂浆导热系数的预测模型的构建方法

摘要

本发明公开了一种硬化砂浆导热系数的预测模型的构建方法，砂浆是由水泥、细骨料、水以及外加剂或掺加料等按照一定比例配制而成的复合材料。具体构建方法是：第一步、建立复合材料导热系数并联模型；第二步、计算各相的体积；第三步、建立硬化砂浆导热系数模型。本发明开创了一种硬化砂浆导热系数预测模型，将砂浆导热系数分解为孔隙、砂浆和细骨料的导热系数值，大大简化了测量难度。将试验的硬化砂浆导热系数值与采用本预测模型得到的数值进行比较，试验数据较好的吻合了预测值。通过该方法，可以很方便的得出硬化砂浆导热系数的导热系数，而不需要对其进行试验测量。

主权项

1.一种硬化砂浆导热系数的预测模型的构建方法，根据各组成材料的导热系数及其体积率预测砂浆导热系数，其特征在于：具体构建方法是：第一步、建立复合材料导热系数并联模型：设某一复合材料由两层不同材料相互叠而组成，两材料的平面面积均为，厚度分别为和，截面面积为和，热流垂直截面通过两材料，在的长度上形成的温差为，设两种组成材料的导热系数分别为和，复合材料的导热系数为，由傅里叶热传导方程可得通过材料1和材料2的热传导方程，如式（1）和式（2）所示：（1）（2）设复合材料横截面面积为，通过横截面的总热量，则和的表达式如式（3）和式（4）所示：（3）（4）由式（1）和式（2）可得式（5）：（5）设、分别为材料1和材料2的体积分数，则其表达式如式（6）和式（7）所示：（6）（7）将式（6）和式（7）代入式（5），得式（8）：（8）由式（8）可得复合材料的导热系数计算公式，如式（9）所示：（9）此式可推广到n层板复合的情况，如式（10）所示：（10）即并联时，材料的导热系数等于各组分导热系数与其体积率的乘积的代数和；第二步、计算各相的体积：由于砂浆化学收缩的影响，水泥水化产物的绝对体积小于未水化之前水的体积和未水化水泥的体积之和，大部分硅酸盐水泥浆体完全水化后，水泥净浆及细骨料体积计算如式（11）和式（12）所示：（11）式中，、、分别为水泥净浆、水和水泥粉末的体积；为水泥净浆体积收缩量，为7%~9%；这样，砂浆体积如式（12）所示：（12）式中，、、、分别为砂浆、水、水泥粉末和砂子的体积，等于各自的质量除以各自的表观密度；孔隙的体积如式（13）所示：（13）式中，、、、分别为空隙、细骨料、净浆和砂浆的体积；由式（13）、式（14）可以求得净浆、细骨料及空隙空气等相的体积分数，由于砂浆在搅拌、浇筑过程中，会引入一部分空气，称为引气量，一般取值为砂浆总体积的1%~2%，添加掺合料或引气剂的砂浆引气量更大，对于未添加掺合料或引气剂的砂浆试件，引气量取为2%，因此空隙空气的体积分数需要加上2%；第三步、建立硬化砂浆导热系数模型：在热流作用下，对于砂浆传热路径来说，砂浆单元可以看成是细骨料、砂浆和孔隙先并联而成，由复合材料导热系数并联模型公式（9）可得式（14）：（14）其中，、、、分别为砂浆、孔隙、水泥净浆和细骨料的导热系数值；、、分别为孔隙、水泥净浆和细骨料的体积分数；由于空气的导热系数为0.09，细骨料主要为石英成分，导热系数取为14.75，水泥砂浆的导热系数可由式（14）得出。