水泥—矿渣复合胶凝材料水化动力学模型研究

来源 :清华大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:ctbt010
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建立动力学模型是研究水泥基材料水化的重要手段。一方面,水化动力学模型有助于阐述特定的水泥水化机理,利于理解和表征水泥的水化行为;另一方面,精细化的水化动力学模型计算可以预测水泥浆体中物相含量的变化,为水泥基材料的力学性能和耐久性能建模研究提供基础。目前,大量的辅助性胶凝材料被用于水泥基材料的制备。但是现有的水化动力学模型通常基于纯水泥水化机理建立,针对复合胶凝材料的水化动力学模型研究则较为缺乏。因此,有必要建立一个同时表征水泥水化和矿物掺合料火山灰反应的动力学模型。本文以水泥-矿渣复合胶凝材料为研究对象,建立了复合材料体系水化动力学模型。建立了溶解-沉淀耦合动力学方程来描述C3S的水化过程。在新建动力学模型中通过同时考虑溶解释放离子和水化产物沉淀消耗离子两个相反过程来计算液相中的离子浓度。离子浓度又反过来决定了液相中C3S和水化产物的饱和度,进而影响了C3S溶解速率和水化产物沉淀速率。水化产物沉淀过程采用了与BNG模型相似的推导思路,但产物的生长速率通过局部生长假说进行了修正。在纯硅酸盐水泥的水化过程建模时,忽略早期水泥溶解动力学建模部分。硅酸盐水泥产物成核生长阶段和扩散控制阶段分别通过修正的BNG模型和修正的Jander方程表征。研究了水灰比对动力学参数的影响,并提出了动力学参数与水灰比之间的函数关系,同时测定了不同动力学参数的活化能。把惰性掺合料对水泥水化的影响分为3个方面:成核作用(增加成核位点)、稀释作用(增大实际水灰比)和加速溶解作用(表现为成核速率和生长速率的增长)。基于纯硅酸盐水泥的水化动力学模型,引入相关动力学参数表征了上述惰性掺合料对硅酸盐水泥水化的影响机理。对含不同细度和掺量的石英粉的胶凝材料体系进行模型拟合,确定了相关动力学参数的值,并给出了取值方法。最终建立了完整的复合胶凝材料水化动力学模型。在完整水泥-矿渣水化动力学模型中,水泥水化部分仍然由“水泥&石英”水化动力学模型表征。矿渣的火山灰反应同样有产物成核生长和扩散2个过程,分别以修正的BNG模型和修正的Jander方程表征。通过矿渣的化学组成和反应产物相组成分析,给出了矿渣的反应方程式。通过对实验数据的拟合,确定了矿渣开始反应的时间、矿渣反应产物晶核密度、生长速率常数、扩散速率常数等动力学参数。
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