基于水泥水化的水泥基材料熱-濕-碳化耦合模型研究.pdf

1、抗碳化性能是水泥基材料耐久性方面的主要性能之一。碳化過程中水泥基材料內(nèi)部溫度、濕度、孔隙、可碳化物質(zhì)都會發(fā)生相應的物理化學變化以及相互作用。定量化表征水泥基材料的熱-濕-碳化耦合作用規(guī)律，對全面理解水泥基材料的抗碳化性能，預測碳化深度，有十分重要的意義。本論文圍繞這一科學問題進行了如下的研究工作:
　　(1)采用酚酞測定法、熱重分析法(TGA)、X射線物相分析法、紅外光譜法和碳酸鈣定量分析法來評價混凝土碳化程度，并對試驗結(jié)果進行定

2、性與定量的比較，綜合分析多種混凝土碳化評價方法的優(yōu)缺點以及適用性。
　　(2)基于水泥顆粒粒徑分布函數(shù)，引入周期性邊界條件，將生成的水泥顆粒從大到小逐一分布到立方體模擬單元中?？紤]水泥礦物組分、水泥顆粒粒徑分布曲線、水灰比對水泥水化的影響，引入相應的三個量化參數(shù)改進了目前的三維球形水泥水化模型，較先前在參數(shù)規(guī)定的數(shù)值范圍中通過經(jīng)驗選取更為科學。并采用改進的水泥水化模型從微觀結(jié)構(gòu)與水化產(chǎn)物角度分析了水泥水化的全過程。通過計算機模擬重

3、構(gòu)水泥石內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，對水化產(chǎn)物和孔隙結(jié)構(gòu)進行了分析，并采用水化放熱法、熱重分析法、壓汞法對水泥水化模型的模擬結(jié)果進行了驗證。
　　(3)基于多孔介質(zhì)多場耦合基本理論，考慮水泥基材料的碳化機理，結(jié)合水泥水化模型得到的碳化初始狀態(tài)下可碳化物質(zhì)的含量、孔隙率、飽和度等參數(shù)，建立了水泥基材料碳化理論模型。該模型全面考慮水泥基材料中氣、液、固各相物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)換，并引入碳化產(chǎn)物體積膨脹導致的孔隙結(jié)構(gòu)變化以及溫濕度與碳化之間的相互影響，建立了

4、滿足在局部坐標下的質(zhì)量平衡、化學平衡、離子平衡和多孔介質(zhì)理論的水泥基材料碳化控制方程組。
　　(4)基于水泥水化模型，同時考慮CH與CSH的碳化，對凈漿內(nèi)部不同深度處的碳酸鈣含量變化進行了理論與試驗研究，獲得了不同水灰比情況下試件各測點的碳酸鈣含量隨時間的發(fā)展變化情況，其結(jié)果與模型模擬結(jié)果吻合較好，驗證了數(shù)值模型的可靠性。
　　(5)在凈漿的碳化理論模型基礎上，考慮了骨料稀釋效應、邊界效應以及界面效應建立砂漿和混凝土的碳化模