水泥水化计算机模拟研究进展

介绍了水泥水化和微观结构的模拟与仿真的研究进展,对3个典型的水化仿真模型(HYMOSTRUC模型、CEMHYD3D模型、DuCOM模型)的模拟原理、特点及适用性进行分析和比较。

水泥水化过程计算机模拟研究——CEMHYD3D系统分析与模拟实现

分析了水泥水化过程计算机模拟这一领域最有代表性的模拟系统——CEMHYD3D的建模过程,以CCRLCement133水泥为例,对不同水灰比条件下的水泥水化过程进行了实际模拟计算,对水化热、水化程度、水化过程中主要反应物和产物的变化情况进行了预测。研究表明,CEMHYD3D的模拟结果与实验所揭示的规律一致性较好,尤其是该软件在物相成分变化规律方面的预测对于水化机理的研究很有意义。

基于计算机模拟的水化程度预测方法

总结了水泥水化计算机模拟的基本原理,强调了水泥颗粒之间的干扰效应,基于计算机模拟所得的水泥石微观结构,提出了水泥水化程度预测方法.通过与文献中的2组实验数据比较,验证了该方法的有效性,并利用该方法讨论了水灰比和最大颗粒直径对水泥水化程度的影响,结果发现:水化7 d后,水灰比为0.6的水泥其水化程度比水灰比为0.4的水泥大14%,最大颗粒直径为10μm的水泥其水化程度比最大颗粒直径为20μm的水泥大12%.

水泥水化计算机模拟方法及应用

提出了考虑周期性边界条件时水泥水化计算机模拟方法。根据水泥颗粒与模拟单元的相对位置,确定附加水泥颗粒的数量和位置以实现周期性边界条件。描述了单一水泥颗粒水化模拟的基本原理,引入三个参数量化水化过程中水泥颗粒之间的干扰效应。作为一个工程应用,基于模拟的水泥石微观结构,提出了水化度计算方法。通过与文献中的试验结果比较,验证了方法的有效性。最后,定量分析了水灰比和温度对水化度的影响,发现水化度随着水灰比和温度的增大而增大。

数字图像系统水泥水化计算机模拟(Ⅰ)

基于数字图像处理为基础的水泥水化模型—CEMHYD3D代表了当今世界水泥水化的计算机模拟的最先进的技术之一。本文以CEMHYD3D为背景,从二维图像的相关水泥参数的获取和水泥微结构的三维重建阐述水泥水化的计算机的模拟技术。

水泥水化过程的计算机模拟

介绍了一项新颖的设计并模拟水泥基复合材料水化过程并依据水泥细观组织结构预测水泥性能的技术流程框架,为水泥基复合材料耐久性的研究和发展提供了一种新思路.建立了一个随机的、基于数字化影像基础(DIBM)的模型,通过计算机模拟,将水泥基复合材料的整个拌制过程,特别是水泥的水化过程在计算机上进行生动的可视化仿真.随机模型依据元胞自动机(cellularautomata)技术,对水泥水化过程中各不同阶段的细观组织结构进行模拟、分析和计算,得到水泥熟料中各组成物的水化程度、各种水化产物的体积分数、水泥石的孔隙率以及孔的分布情况等,并依此预测水泥基复合材料硬化后的性能.通过对纯硅酸盐水泥基本性能参数的分析与计算,计算机模拟得到该种水泥在不同龄期的水化产物及细观组织结构.

水泥基材料水化与结构发展的三维计算机模拟

过去 2 0年间随着计算机运算能力的飞跃发展 ,水泥材料水化和结构演化的计算机模拟技术取得了长足的进步 ,各国研究人员陆续开发了一些模拟水泥水化和水泥基材料微观结构发展的三维模型 ,并且将这些模型结合实验结果和工程实际应用于水泥基材料的力学性能 ,物理性能 ,渗透性以及耐久性的预测 ,取得了比较满意的成果。按照水泥颗粒及其空间分布的模拟方法 ,目前有代表性的模型可以分为连续基模型 (continuum- based)和数字图像基模型 (digital- image- based)两大类。这些数值模型侧重点不同 ,各有长短 ,选取其中有代表性的四个微观结构模型进行比较 ,旨在为从事水泥基材料计算机模拟的学者提供一些信息和思路。

计算机模拟在水泥生产及水泥水化研究中的应用

介绍了计算机模拟技术在水泥生产和水泥水化研究中的应用情况及最新进展。

水泥水化计算机仿真模型的建立

本文主要介绍了基于数字图象的水泥水化及微观结构模型的建立过程 ,利用了水泥粉体的颗粒尺寸分布、相体积率、相表面积因子等重要参数 ,并考虑了扩散能力 ,可以获得水泥浆体的渗透、力学和传递性能等 ,并可模拟水化过程 ,预测其强度特性 。

水灰比以及水化程度对水泥水化计算模型的影响

为研究水化程度和水灰比对水泥水化放热模型的影响,对试验原材料性能进行了测试,同时分别进行了初始水化温度为25、35、45℃及水灰比为0.24、0.42、0.6等条件下的水泥水化绝热温升模型试验研究。通过试验测定水泥在不同温度、不同水灰比情况下的绝热温升,绘制水泥绝热温度变化曲线,依据已绘制出的水泥绝热温度变化曲线,确定相关参数,进而确定水泥的绝热温升计算模型,然后将几种不同计算模型算出的温度与实测温度进行比较,通过对比得出各个公式的准确性,并在对公式进行校核改进后考虑了水化程度对水化热模型的影响,最后利用综合考虑了龄期、温度、水化程度等因素的水化热公式预测得出了不同初始温度的水泥水化放热情况。试验结果表明:水泥水化绝热温升不但与水泥水化龄期、初始温度有关,还与水泥水化反应程度有很大的关系,考虑水化程度对水化放热影响的水泥绝热温升公式有更好的拟合精度。

-3℃养护下考虑矿物掺合料影响的水泥水化程度计算模型

针对多年冻土地区工程施工时混凝土养护的问题,采用10%、20%、30%的矿粉和粉煤灰替代量等量替代水泥,测试了-3℃恒温养护条件下0.38水胶比水泥浆体在各个龄期的水泥水化热,计算了水泥水化程度;分析了龄期及矿物掺合料对水泥水化程度的影响规律,建立了综合考虑龄期和矿物掺合料替代量的水泥水化程度计算模型.结果表明:-3℃恒温养护下,矿物掺合料等量替代水泥,水泥浆体的水化程度会降低,粉煤灰降低水化程度的值要比矿粉高;在相同矿物掺合料替代量下,随着龄期的增长,矿物掺合料对水泥水化程度的影响逐渐减弱;同一龄期时,随着矿物掺合料的增加,矿物掺合料对水泥水化程度的影响逐渐增强;利用建立的模型计算了分别掺入15%矿粉和粉煤灰的水泥水化程度,与实测值相比,计算值偏离值较少,预测精度较高。

考虑持续低温影响的水泥水化放热计算模型

为完成青藏铁路多年冻土区桥梁钻孔灌注桩混凝土水化放热量的定量分析以及进一步确定持续低温环境下的混凝土水化放热计算模型,需要探究在持续低温环境下的混凝土水化放热情况.依照试验测定的数据计算出持续低温环境((3±1)℃,(8±1)℃,(13±1)℃)下水泥净浆的水化放热量随龄期增长的变化规律,结果发现:持续低温环境下水泥水化在各个龄期放出的热量以及水化程度都较水泥水化温度不受限制时有所减少,且持续低温环境的温度越低时,这一趋势越是明显;通过对试验数据的分析和拟合,得出了考虑不同持续低温环境对水泥水化放热计算模型影响的水化热计算模型,模型的计算结果不仅与实测数据吻合得较好,而且能较准确地预测在不同持续低温环境下水泥水化放热量随龄期的变化规律.该模型中各项参数物理意义明确,计算结果可靠实用,具有一定的推广应用价值.

水泥-粉煤灰复合胶凝材料水化程度的研究

通过化学结合水量和粉煤灰反应程度的测定,研究了水泥-粉煤灰复合胶凝材料的水化程度.结果表明:粉煤灰的掺入降低了复合胶凝材料的总水化程度,但促进了复合胶凝材料中水泥的水化程度;粉煤灰掺量越大,粉煤灰自身的反应程度越低,水泥水化的程度越高;高温养护对早期复合胶凝材料总水化程度以及粉煤灰的反应程度均有显著的提高作用,但却阻碍了后期复合胶凝材料总水化程度的进一步提升;水胶比对各水化程度趋势的影响较小;90 d粉煤灰反应程度的突增降低了复合胶凝材料中水泥水化程度相对指数,水泥水化对于复合胶凝材料化学结合水量的贡献更多体现在水化早期(28 d前),而粉煤灰的贡献则体现在水化后期(28 d后).

水化程度对水泥基材料固化氯离子的影响

由于水泥基材料中水泥的水化是经时变化的,因此测定了水化程度对硬化水泥浆体固化氯离子的影响,同时考察了pH值对固化氯离子的影响。结果表明,与用龄期表征水泥固化氯离子相比,用水化程度表征更准确。此外,随着pH值增大,固化氯离子量减少。通过回归分析发现,水泥固化氯离子的能力与氯离子浓度符合幂函数关系。

不同养护方式对水泥-锂渣浆体水化程度影响

为了分析水泥-锂渣浆体的水化程度,采用高温煅烧法测试各龄期的化学结合水,结果发现:水泥-锂渣浆体的化学结合水量随龄期的延长而增加,水化3 d和7 d时能达到水化90 d时的60%和80%。高温养护、碱激发、高温和碱激发均能提高锂渣复合水泥基材料早期的化学结合水量,最高可达3~4倍,提高的幅度依次为碱激发和高温养护>碱激发>高温养护>标准养护。高温和复合环境养护也能提高水泥的水化程度,1~28 d内,锂渣掺量在40%以内时,水泥水化程度相对指数(ψ值)均大于1;掺量为60%时,ψ值均小于1。综上,高温养护、碱激发、高温和碱激发均能提高锂渣和水泥的水化程度,高温和碱激发复合作用时较为显著。

石膏对阿利特-硫铝酸钡钙水泥水化程度及浆体组成的影响

利用前期合成的阿利特-硫铝酸钡钙水泥,应用XRD、SEM-EDS等研究了随石膏掺量的改变对新型胶凝材料阿利特-硫铝酸钡钙水泥水化程度及水化浆体组成的影响.研究结果表明:随石膏掺量增加,水化浆体的水化程度大致趋势是先增加后降低;阿利特-硫铝酸钡钙水泥最佳铝硫比为1.0/1.0,此时硬化浆体在标准稠度加水量下1d、3d和28d龄期的水化程度分别达到48.3%、57.6%和75.3%.XRD及SEM-EDS分析表明在最佳铝硫比1d、3d龄期时水化产物就已大量形成,结构致密.

矿渣高钙灰复合水泥的水化程度研究

根据水化热、化学收缩、CH生成量和强度等实验结果,分析了由30%矿渣+25%改性高钙灰+45%52.5 PⅡ水泥制备的42.5矿渣高钙灰复合水泥在不同龄期的水化程度。与普通硅酸盐水泥相比,由于高掺量的矿渣及改性高钙灰大幅度减少了熟料量,同时其火山灰反应消耗熟料的水化产物CH,水化产物组成和结构改变,水化热显著降低,早期化学收缩降低而后期化学收缩基本一致,不同龄期的CH生成量均显著降低,7 d和28 d的龄期强度接近,该复合水泥能够有效控制集中放热期的水化程度和优化水化产物组成,有利于改善耐久性。降低水胶比减少水化热、化学收缩和CH生成量,使水化度降低,但有利于水泥石结构的优化。

油基水泥浆水化程度及强度变化规律

使用油基水泥浆堵水是油田开发中后期控水稳油的一项重要方法,但油基水泥浆水化过程以及作用机理的研究很少。研究了油基水泥浆在不同水浆质量比下的强度发展,并通过水泥石试样氢氧化钙含量分析研究了油基水泥浆水化过程。研究结果表明:水浆质量比为0 2的油基水泥浆,其早期强度在53℃和83℃2种温度条件下均出现峰值;水浆质量比为0 1和0 3的油基水泥浆在53℃下后期强度发展有加速趋势,接近和超过了水浆质量比为0 2的油基水泥浆,83℃下油基水泥浆水化后强度比53℃下高,后期强度发展平稳。分析了温度、盐浓度对水泥浆水化程度和水泥石强度的影响。并通过氢氧化钙含量分析了油基水泥浆水化程度。

水泥水化二维模拟的数值方法及其应用

通过引入周期性边界条件获得了正方形单元上水泥颗粒的初始分布。在水泥水化二维模拟中,假设水泥表面各点的反应速率相等,每个水泥颗粒用3个同心圆表示,引入3个参数量化相邻水泥颗粒之间的相互干涉,建立各相组分增量之间的关系。通过与已有试验结果进行比较,验证了水泥水化二维模拟数值方法的有效性,分析了养护温度对水化度的影响。应用该方法定量分析了毛细孔、未水化水泥和水化产物的面积百分数,毛细孔两点概率函数以及单位面积毛细孔周长随水化时间的变化规律。

3℃下不同矿物掺合料的水泥水化程度试验研究

通过试验,研究3℃下水灰比为0.31的水泥净浆水化程度以及添加不同矿物掺合料的水泥水化程度,研究矿物掺合料对水泥水化的影响和添加了不同矿物掺合料的水泥水化规律,为定量化研究水泥水化提供参考依据。对试验原材料性能进行了测试,分别进行了不同矿物掺合料以及不同配合比的水泥浆体水化热测定和水化程度计算。试验结果表明:在3℃下用粉煤灰、矿粉等量取代部分水泥,胶凝材料的水化程度比普通硅酸盐水泥的水化程度低,但降低的幅度不完全与掺量成比例关系,粉煤灰降低水化程度的值比矿粉要高。同时拟合出了3℃下添加矿物掺合料的水泥水化规律曲线函数,通过对比试验数据,函数曲线与3℃下添加矿物掺合料的水泥水化规律有较高的相符程度。