CN105606515A - 一种水泥基材料孔径分布模型的构建方法及预测应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水泥基材料孔径分布模型的构建方法，通过对不同水灰比ω/c、不同掺合料及其所对应不同掺和量m的水泥基材料进行试验，获得其孔隙分布随龄期t变化的试验数据，并采用模型拟合并得到模型与水灰比ω/c、龄期t、掺合料掺和量m之间的关系，使得水泥基材料孔径分布模型可以反映水灰比ω/c、龄期t、掺合料掺和量m对水泥基材料孔隙孔径分布的影响；不仅如此，本发明还涉及基于水泥基材料孔径分布模型的预测应用，通过所设计水泥基材料孔径分布模型，可以很方便的获得任意水灰比ω/c、任意掺合料掺和量m的水泥基材料上孔隙在任意时刻的孔径分布。

Description

一种水泥基材料孔径分布模型的构建方法及预测应用

技术领域

本发明涉及一种水泥基材料孔径分布模型的构建方法及预测应用，属于混凝土建筑技术领域。

背景技术

对于水泥基材料宏观性能如收缩、变形、强度与微观结构之间关系的研究，首先需要找到合适的计算模型来表征浆体内部孔结构的分布情况。合适的孔结构分布模型，首先是要在孔结构物理意义的基础上建立起来的，同时还要与试验结果相一致。目前使用的孔结构模型都是半经验模型，即在试验基础上给出模型参数，进而得到不同水灰比不同龄期下的孔径分布。

传统的孔结构模型研究中，仅对水泥净浆的孔径分布进行了描述。然而现代水泥科学中掺合料的使用十分普遍，这就需要对复合浆体的孔结构模型做深入的研究，从而使得孔结构模型可以反映掺合料对孔径分布的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够准确获知水泥基材料孔径分布随龄期变化而变化的水泥基材料孔径分布模型的构建方法。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种水泥基材料孔径分布模型的构建方法，包括如下步骤:

步骤001.浇筑预设份数的水泥基材料样品，且各份水泥基材料样品彼此具有不同水灰比ω/c、不同掺合料及其对应的不同掺和量m，然后进入步骤002；其中，掺合料包括粉煤灰、矿渣、硅灰；

步骤002.将各份水泥基材料样品放置于恒温环境中进行养护，然后进入步骤003；

步骤003.分别针对各份水泥基材料样品，按预设观测周期时间进行观测，检测水泥基材料样品上各个孔隙的孔径，获得水泥基材料样品上孔隙孔径分布的规律性曲线，进而获得各份水泥基材料样品的孔隙孔径分布规律性曲线，然后进入步骤004；

步骤004.针对各份水泥基材料样品的水灰比ω/c、掺合料的掺和量m，以及其孔隙孔径分布规律性曲线进行分析，提出水泥基材料孔径分布的共性规律，其表达式如下：

$p\left(d\right)=A\exp (-\frac{{\mathrm{\γ}}_{FA}{\mathrm{\γ}}_{SL}{\mathrm{\γ}}_{SI}{d}^B}{C})$

式中，p(d)表示水泥基材料上孔径大于等于d的孔隙的分布，即孔径大于等于d的孔隙占总孔隙的百分比；d为孔径大小，单位为纳米；参数A、B、C为待定参数，分别表示水灰比ω/c与龄期t之间的数据关系；γ_FA、γ_SL、γ_SI分别表示粉煤灰、矿渣、硅灰对水泥基材料孔径分布的影响因子，分别表示粉煤灰、矿渣、硅灰的掺和量m与龄期t之间的数据关系；龄期t的单位为天；然后进入步骤005；

步骤005.根据孔隙孔径分布规律性曲线，分别获得水泥基材料孔径分布表达式中的各个待定参数、各个影响因子如下：

A＝757*t^0.0024*[(ω/c)^16.6+0.00138]；

B＝-1.39*(ω/c)^-0.244*(t^0.0284+1.62)；

C＝1.51-1.54(ω/c)^0.017-27.64t^-0.47+28.17(ω/c)^0.017t^-0.47；

γ_FA＝exp(0.00106m^0.922*(t^2.34-1126))；

γ_SL＝exp(-6.48m^0.928*(t^-0.352-0.592))；

γ_SI＝exp(-9535m^0.931*(t^-7.⁹⁷-0.000617))；

则依据所获各个待定参数、各个影响因子，水泥基材料孔径分布表达式构成水泥基材料孔径分布模型。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤001中，所述浇筑水泥基材料样品的尺寸为20mm×20mm×20mm。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤002中，将各份水泥基材料样品放置于标准养护箱内进行养护。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤003中，所述预设观测周期时间为28天，时间间隔为1天。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤003中，分别针对各份水泥基材料样品，按预设观测周期时间进行观测，通过核磁共振仪检测水泥基材料样品上各个孔隙的孔径，获得水泥基材料样品上孔隙孔径分布的规律性曲线，进而获得各份水泥基材料样品的孔隙孔径分布规律性曲线。

本发明所述一种水泥基材料孔径分布模型的构建方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明所设计水泥基材料孔径分布模型的构建方法，通过对不同水灰比ω/c、不同掺合料及其所对应不同掺和量m的水泥基材料进行试验，获得其孔隙分布随龄期t变化的试验数据，并采用模型拟合并得到模型与水灰比ω/c、龄期t、掺合料掺和量m之间的关系，使得水泥基材料孔径分布模型可以反映水灰比ω/c、龄期t、掺合料掺和量m对水泥基材料孔隙孔径分布的影响，并且拟合数据与试验数据相关性更好；不仅如此，通过所设计水泥基材料孔径分布模型，可以很方便的获得任意水灰比ω/c、任意掺合料掺和量m的水泥基材料上孔隙在任意时刻的孔径分布，而不需要通过测试装置实时测试，对于水泥基材料数值化研究具有深刻意义。

与此相应，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于本发明所构建的水泥基材料孔径分布模型，能够针对待预测水泥基材料中孔隙孔径分布进行准确预测的预测应用。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种基于水泥基材料孔径分布模型的预测应用，包括水泥基材料孔径分布的预测方法，具体包括如下步骤：

步骤A01.针对待预测水泥基材料，分别获得其水灰比ω/c，以及其中掺合料的种类和掺和量m，然后进入步骤A02；

步骤A02.将待预测水泥基材料的水灰比ω/c，以及其中掺合料的掺和量m，代入到所述水泥基材料孔径分布模型中，即实现针对待水泥基材料孔径分布随龄期t变化的预测。

本发明所述一种基于水泥基材料孔径分布模型的预测应用采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明所设计基于水泥基材料孔径分布模型的预测应用，基于本发明所设计的水泥基材料孔径分布模型，针对待预测水泥基材料上孔隙孔径的分布进行预测，能够准确实现针对待水泥基材料孔径分布随龄期t变化的预测，有效提高了水泥基材料孔径分布实际应用中的工作效率。

附图说明

图1是水灰比0.4的水泥基材料在龄期3天(d)的试验数据与本发明水泥基材料孔径分布模型预测曲线的比较示意图；

图2是水灰比0.4的水泥基材料在龄期7天(d)的试验数据与本发明水泥基材料孔径分布模型预测曲线的比较示意图；

图3是水灰比0.4的水泥基材料在龄期14天(d)的试验数据与本发明水泥基材料孔径分布模型预测曲线的比较示意图；

图4是水灰比0.4的水泥基材料在龄期28天(d)的试验数据与本发明水泥基材料孔径分布模型预测曲线的比较示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明所设计一种水泥基材料孔径分布模型的构建方法在实际应用过程当中，具体包括如下步骤:

步骤001.浇筑预设份数的水泥基材料样品，各份浇筑水泥基材料样品的尺寸为20mm×20mm×20mm，且各份水泥基材料样品彼此具有不同水灰比ω/c、不同掺合料及其对应的不同掺和量m，然后进入步骤002；其中，掺合料包括粉煤灰、矿渣、硅灰。

步骤002.将各份水泥基材料样品放置于标准养护箱内进行养护，然后进入步骤003。

步骤003.分别针对各份水泥基材料样品，按预设观测周期时间进行观测，通过核磁共振仪检测水泥基材料样品上各个孔隙的孔径，获得水泥基材料样品上孔隙孔径分布的规律性曲线，进而获得各份水泥基材料样品的孔隙孔径分布规律性曲线，然后进入步骤004；其中，预设观测周期时间为28天，时间间隔为1天，即每隔一天针对水泥基材料样品进行观测，一直到第28天结束。

步骤004.针对各份水泥基材料样品的水灰比ω/c、掺合料的掺和量m，以及其孔隙孔径分布规律性曲线进行分析，提出水泥基材料孔径分布的共性规律，其表达式如下：

$p\left(d\right)=A\exp (-\frac{{\mathrm{\γ}}_{FA}{\mathrm{\γ}}_{SL}{\mathrm{\γ}}_{SI}{d}^B}{C})$

式中，p(d)表示水泥基材料上孔径大于等于d的孔隙的分布，即孔径大于等于d的孔隙占总孔隙的百分比；d为孔径大小，单位为纳米；参数A、B、C为待定参数，分别表示水灰比ω/c与龄期t之间的数据关系；γ_FA、γ_SL、γ_SI分别表示粉煤灰、矿渣、硅灰对水泥基材料孔径分布的影响因子，分别表示粉煤灰、矿渣、硅灰的掺和量m与龄期t之间的数据关系；龄期t的单位为天；然后进入步骤005。

步骤005.根据孔隙孔径分布规律性曲线，分别获得水泥基材料孔径分布表达式中的各个待定参数、各个影响因子如下：

A＝757*t^0.0024*[(ω/c)^16.6+0.00138]；

B＝-1.39*(ω/c)^-0.244*(t^0.0284+1.62)；

C＝1.51-1.54(ω/c)^0.017-27.64t^-0.47+28.17(ω/c)^0.017t^-0.47；

γ_FA＝exp(0.00106m^0.922*(t^2.34-1126))；

γ_SL＝exp(-6.48m^0.928*(t^-0.352-0.592))；

γ_SI＝exp(-9535m^0.931*(t^-7.97-0.000617))；

则依据所获各个待定参数、各个影响因子，水泥基材料孔径分布表达式构成水泥基材料孔径分布模型。

上述技术方案所设计水泥基材料孔径分布模型的构建方法，通过对不同水灰比ω/c、不同掺合料及其所对应不同掺和量m的水泥基材料进行试验，获得其孔隙分布随龄期t变化的试验数据，并采用模型拟合并得到模型与水灰比ω/c、龄期t、掺合料掺和量m之间的关系，使得水泥基材料孔径分布模型可以反映水灰比ω/c、龄期t、掺合料掺和量m对水泥基材料孔隙孔径分布的影响，并且拟合数据与试验数据相关性更好；不仅如此，通过所设计水泥基材料孔径分布模型，可以很方便的获得任意水灰比ω/c、任意掺合料掺和量m的水泥基材料上孔隙在任意时刻的孔径分布，而不需要通过测试装置实时测试，对于水泥基材料数值化研究具有深刻意义。

基于上述设计所获水泥基材料孔径分布模型，本发明还进一步设计了基于该水泥基材料孔径分布模型的预测应用，具体包括水泥基材料孔径分布的预测方法，具体包括如下步骤：

步骤A01.针对待预测水泥基材料，分别获得其水灰比ω/c，以及其中掺合料的种类和掺和量m，然后进入步骤A02；

步骤A02.将待预测水泥基材料的水灰比ω/c，以及其中掺合料的掺和量m，代入到所述水泥基材料孔径分布模型中，即实现针对待水泥基材料孔径分布随龄期t变化的预测。

上述技术方案所设计基于该水泥基材料孔径分布模型的预测应用，基于本发明所设计的水泥基材料孔径分布模型，针对待预测水泥基材料上孔隙孔径的分布进行预测，能够准确实现针对待水泥基材料孔径分布随龄期t变化的预测，有效提高了水泥基材料孔径分布实际应用中的工作效率。

实际应用过程当中，基于下表1浇筑各份数的水泥基材料样品：

表1

其中，表中0.4FA15、0.4SL15、0.4SI05分别代表掺有粉煤灰15％、矿渣15％、硅灰5％的浆体；由此，获得尺寸为20mm×20mm×20mm的各份浇筑水泥基材料样品，进而通过试验获得水泥基材料孔径分布模型，基于试验观测，如图1至如图4所示，从试验数据与拟合结果的比较可以看出，孔径分布曲线呈现规律与孔径分布规律一致，相关系数达到了0.98以上，标准误差在0.01左右，由此说明本发明所设计的水泥基材料孔径分布模型能够很好的描述水泥基材料孔径分布变化规律；且该水泥基材料孔径分布模型参数与水灰比、龄期、掺合料掺量间的表达式相关性都很好，可以用于表征水灰比ω/c、龄期t、掺合料掺和量m对水泥基材料孔结构模型的影响，因此，说明本发明所设计的水泥基材料孔径分布模型，能够较好的表征水泥基材料孔径分布随龄期t的变化发展规律。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种水泥基材料孔径分布模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤:

步骤001.浇筑预设份数的水泥基材料样品，且各份水泥基材料样品彼此具有不同水灰比ω/c、不同掺合料及其对应的不同掺和量m，然后进入步骤002；其中，掺合料包括粉煤灰、矿渣、硅灰；

步骤002.将各份水泥基材料样品放置于恒温环境中进行养护，然后进入步骤003；

步骤003.分别针对各份水泥基材料样品，按预设观测周期时间进行观测，检测水泥基材料样品上各个孔隙的孔径，获得水泥基材料样品上孔隙孔径分布的规律性曲线，进而获得各份水泥基材料样品的孔隙孔径分布规律性曲线，然后进入步骤004；

步骤004.针对各份水泥基材料样品的水灰比ω/c、掺合料的掺和量m，以及其孔隙孔径分布规律性曲线进行分析，提出水泥基材料孔径分布的共性规律，其表达式如下：

$p\left(d\right)=A\exp (-\frac{{\mathrm{\γ}}_{FA}{\mathrm{\γ}}_{SL}{\mathrm{\γ}}_{SI}{d}^B}{C})$

式中，p(d)表示水泥基材料上孔径大于等于d的孔隙的分布，即孔径大于等于d的孔隙占总孔隙的百分比；d为孔径大小，单位为纳米；参数A、B、C为待定参数，分别表示水灰比ω/c与龄期t之间的数据关系；γ_FA、γ_SL、γ_SI分别表示粉煤灰、矿渣、硅灰对水泥基材料孔径分布的影响因子，分别表示粉煤灰、矿渣、硅灰的掺和量m与龄期t之间的数据关系；龄期t的单位为天；然后进入步骤005；

步骤005.根据孔隙孔径分布规律性曲线，分别获得水泥基材料孔径分布表达式中的各个待定参数、各个影响因子如下：

A＝757*t^0.0024*[(ω/c)^16.6+0.00138]；

B＝-1.39*(ω/c)^-0.244*(t^0.0284+1.62)；

C＝1.51-1.54(ω/c)^0.017-27.64t^-0.47+28.17(ω/c)^0.017t^-0.47；

γ_FA＝exp(0.00106m^0.922*(t^2.34-1126))；

γ_SL＝exp(-6.48m^0.928*(t^-0.352-0.592))；

γ_SI＝exp(-9535m^0.931*(t^-7.97-0.000617))；

则依据所获各个待定参数、各个影响因子，水泥基材料孔径分布表达式构成水泥基材料孔径分布模型。

2.根据权利要求1所述一种水泥基材料孔径分布模型的构建方法，其特征在于：所述步骤001中，所述浇筑水泥基材料样品的尺寸为20mm×20mm×20mm。

3.根据权利要求1所述一种水泥基材料孔径分布模型的构建方法，其特征在于：所述步骤002中，将各份水泥基材料样品放置于标准养护箱内进行养护。

4.根据权利要求1所述一种水泥基材料孔径分布模型的构建方法，其特征在于：所述步骤003中，所述预设观测周期时间为28天，时间间隔为1天。

5.根据权利要求1或4所述一种水泥基材料孔径分布模型的构建方法，其特征在于：所述步骤003中，分别针对各份水泥基材料样品，按预设观测周期时间进行观测，通过核磁共振仪检测水泥基材料样品上各个孔隙的孔径，获得水泥基材料样品上孔隙孔径分布的规律性曲线，进而获得各份水泥基材料样品的孔隙孔径分布规律性曲线。

6.一种基于权利要求1至5中任意一项所述水泥基材料孔径分布模型的预测应用，包括水泥基材料孔径分布的预测方法，具体包括如下步骤：

步骤A01.针对待预测水泥基材料，分别获得其水灰比ω/c，以及其中掺合料的种类和掺和量m，然后进入步骤A02；

步骤A02.将待预测水泥基材料的水灰比ω/c，以及其中掺合料的掺和量m，代入到所述水泥基材料孔径分布模型中，即实现针对待水泥基材料孔径分布随龄期t变化的预测。