專利名稱：硬化普通水泥凈漿導(dǎo)熱系數(shù)多尺度預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硬化普通水泥凈漿導(dǎo)熱系數(shù)多尺度預(yù)測(cè)方法，屬于水泥基材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
導(dǎo)熱系數(shù)是硬化水泥基材料的基本熱學(xué)性能之一，也是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最重要的參數(shù)之一，取值合理與否直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)內(nèi)力、溫度鋼筋配筋量計(jì)算。國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)水泥基材料宏觀性能進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，試圖闡明水泥基材料配合比、水泥用量、骨料等與宏觀性能的定量關(guān)系。水泥基材料導(dǎo)熱系數(shù)隨著其配合比等的改變而改變，試驗(yàn)測(cè)量比較困難，現(xiàn)有研究成果缺乏對(duì)水泥基材料導(dǎo)熱系數(shù)的系統(tǒng)研究，同時(shí)由于原材料、配合比、環(huán)境條件、測(cè)試設(shè)備及測(cè)試方法以及試驗(yàn)人員操作技術(shù)等原因，給出的熱學(xué)參數(shù)離散性較大。復(fù)合材料的總體性能取決于組成材料的性能、幾何形態(tài)以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。水泥凈漿是相當(dāng)復(fù)雜的多孔介質(zhì)材料，其組成物質(zhì)繁多，固、液、氣三相共存，并且無(wú)序分布，這些物質(zhì)分布的尺度范圍廣，從納米到微米、毫米都有分布，而且其組成結(jié)構(gòu)在水化過(guò)程發(fā)生較大變化。多尺度模擬方法可以考慮不同尺度上的組成材料特征，實(shí)現(xiàn)從微觀-細(xì)觀-宏觀的材料性能模擬，建立材料組成成分性能、微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的關(guān)系，并從根本上解釋材料宏觀性能的變化機(jī)理，這對(duì)于促進(jìn)材料研究具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種硬化普通水泥凈漿導(dǎo)熱系數(shù)多尺度預(yù)測(cè)方法，根據(jù)原材料組分和水化產(chǎn)物的本質(zhì)屬性，基于水泥凈漿微觀結(jié)構(gòu)，采用多尺度和均勻化方法預(yù)測(cè)硬化普通水泥凈漿的導(dǎo)熱系數(shù)，從而為水泥基材料的力學(xué)、變形性能研究及數(shù)值仿真分析提供準(zhǔn)確的導(dǎo)熱系數(shù)參數(shù)。本發(fā)明的硬化普通水泥凈漿導(dǎo)熱系數(shù)多尺度預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟:步驟A、將硬化普通水泥凈漿按照微觀結(jié)構(gòu)組成劃分為不同尺度，每個(gè)尺度包含不同典型物相；步驟B、獲取硬化普通水泥凈漿各尺度中各物相的體積百分含量；步驟C、從最小尺度開(kāi)始，采用向上逐步均勻化和廣義自洽方法，計(jì)算硬化普通水泥凈漿各尺度的導(dǎo)熱系數(shù)；其中，均勻化采用兩兩復(fù)合的方式，具體如下:從參與均勻化的物相中取兩種分別作為基體和夾雜進(jìn)行復(fù)合，并計(jì)算其所復(fù)合成的復(fù)合相的導(dǎo)熱系數(shù)；以上述復(fù)合相和其它一種參與均勻化的物相分別作為基體和夾雜進(jìn)行復(fù)合，并計(jì)算其所復(fù)合成的復(fù)合相的導(dǎo)熱系數(shù)；依此類推，直到參與均勻化的物相均完成復(fù)合，最后得到的復(fù)合相的導(dǎo)熱系數(shù)即為均勻化后的物相的導(dǎo)熱系數(shù)；其中，兩種物相的復(fù)合相的導(dǎo)熱系數(shù)按照以下公式計(jì)算:
權(quán)利要求
1.硬化普通水泥凈漿導(dǎo)熱系數(shù)多尺度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟A、將硬化普通水泥凈漿按照微觀結(jié)構(gòu)組成劃分為不同尺度，每個(gè)尺度包含不同典型物相； 步驟B、獲取硬化普通水泥凈漿各尺度中各物相的體積百分含量； 步驟C、從最小尺度開(kāi)始，采用向上逐步均勻化和廣義自洽方法，計(jì)算硬化普通水泥凈漿各尺度的導(dǎo)熱系數(shù)；其中，均勻化采用兩兩復(fù)合的方式，具體如下: 從參與均勻化的物相中取兩種分別作為基體和夾雜進(jìn)行復(fù)合，并計(jì)算其所復(fù)合成的復(fù)合相的導(dǎo)熱系數(shù)；以上述復(fù)合相和其它一種參與均勻化的物相分別作為基體和夾雜進(jìn)行復(fù)合，并計(jì)算其所復(fù)合成的復(fù)合相的導(dǎo)熱系數(shù)；依此類推，直到參與均勻化的物相均完成復(fù)合，最后得到的復(fù)合相的導(dǎo)熱系數(shù)即為均勻化后的物相的導(dǎo)熱系數(shù)；其中，兩種物相的復(fù)合相的導(dǎo)熱系數(shù)按照以下公式計(jì)算:
2.如權(quán)利要求1所述硬化普通水泥凈漿導(dǎo)熱系數(shù)多尺度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟A中所述尺度劃分具體如下:由低到高劃分為三個(gè)尺度:尺度1、尺度I1、尺度III ;尺度I包括硅酸三鈣、硅酸二鈣、鐵鋁酸四鈣、鋁酸三鈣這四種未水化水泥顆粒組相，以及氫氧化鈣、水化硅酸鈣、富鐵相、其它水化產(chǎn)物這四種水化產(chǎn)物組相；尺度II包括尺度I均勻化后的未水化水泥顆粒，以及尺度I均勻化后的水化產(chǎn)物；尺度III包括尺度II均勻化后的水泥漿體固相，以及毛細(xì)水和毛細(xì)孔空隙。
3.如權(quán)利要求2所述硬化普通水泥凈漿導(dǎo)熱系數(shù)多尺度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，尺度I中未水化水泥顆粒的均勻化具體按照以下方法:以鐵鋁酸四鈣為基體，鋁酸三鈣為夾雜進(jìn)行第一次復(fù)合；以第一次復(fù)合后的復(fù)合相作為夾雜，以硅酸二鈣作為基體進(jìn)行第二次復(fù)合；以第二次復(fù)合后的復(fù)合相作為夾雜，以硅酸三鈣作為基體進(jìn)行第三次復(fù)合，即得到均勻化后的未水化水泥顆粒相的導(dǎo)熱系數(shù)。
4.如權(quán)利要求2所述硬化普通水泥凈漿導(dǎo)熱系數(shù)多尺度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，尺度I中水化產(chǎn)物的均勻化具體按照以下方法:以其他水化產(chǎn)物為夾雜，富鐵相為基體進(jìn)行第一次復(fù)合；以第一次復(fù)合后的復(fù)合相作為夾雜，以水化硅酸鈣作為基體進(jìn)行第二次復(fù)合；以第二次復(fù)合后的復(fù)合相作為基體，以氫氧化鈣作為夾雜進(jìn)行第三次復(fù)合，即得到均勻化后的水化產(chǎn)物相的導(dǎo)熱系數(shù)。
5.如權(quán)利要求2所述硬化普通水泥凈漿導(dǎo)熱系數(shù)多尺度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，尺度II中水泥漿體固相的均勻化具體按照以下方法:以尺度I均勻化后的未水化水泥顆粒相為夾雜，以尺度I均勻化后的水化產(chǎn)物相為基體進(jìn)行復(fù)合，即得到均勻化后的水泥漿體固相的導(dǎo)熱系數(shù)。
6.如權(quán)利要求2所述硬化普通水泥凈漿導(dǎo)熱系數(shù)多尺度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，尺度III的均勻化具體按照以下方法:以尺度II均勻化后的水泥漿體固相為基體，以毛細(xì)水為夾雜進(jìn)行復(fù)合；然后以所得到的復(fù)合相作為基體，以毛細(xì)孔空隙作為夾雜進(jìn)行復(fù)合，即得到均勻化后的水泥漿體的導(dǎo)熱系數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述硬化普通水泥凈漿導(dǎo)熱系數(shù)多尺度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述硬化普通水泥凈漿不同尺度中各個(gè)物相的體積百分含量由試驗(yàn)得到，或者由Powers模型計(jì)算得出，或者由Jennings-Tennis模型計(jì)算得出 ，或者由HYM0STRC模型計(jì)算得出。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種硬化普通水泥凈漿導(dǎo)熱系數(shù)多尺度預(yù)測(cè)方法。本發(fā)明方法包括，根據(jù)硬化普通水泥凈漿微觀結(jié)構(gòu)及組成進(jìn)行多相多尺度劃分，每種尺度上包含典型物相，然后計(jì)算不同物相的體積百分?jǐn)?shù)，再根據(jù)各尺度上每種物相的體積百分含量、導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)，通過(guò)廣義自洽方法計(jì)算得到硬化普通水泥凈漿的導(dǎo)熱系數(shù)。本發(fā)明考慮了硬化普通水泥凈漿微觀結(jié)構(gòu)及組成材料的性能對(duì)水泥凈漿宏觀導(dǎo)熱系數(shù)的影響，考慮的影響因素全面合理，且形式簡(jiǎn)單，使用方便。根據(jù)該方法構(gòu)建的預(yù)測(cè)模型可較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)不同水灰比、不同種類水泥硬化普通水泥凈漿的導(dǎo)熱系數(shù)。
文檔編號(hào)G01N25/20GK103115942SQ20131003092
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者趙海濤, 吳勝興, 魏珍中, 張風(fēng)臣, 曹秀麗, 陳育志, 駱勇軍, 王溢, 唐易民, 朱曉琳 申請(qǐng)人:河海大學(xué)