CN109300511B - 高吸水树脂内养护水泥浆体早期水化模型构建方法及应用 - Google Patents

高吸水树脂内养护水泥浆体早期水化模型构建方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高吸水树脂内养护水泥浆体早期水化模型构建方法及应用，针对不同水灰比浆体的横向弛豫时间的第一回波峰振幅值随龄期变化的试验数据，采用模型拟合，得到模型与水灰比、CaO掺量、SAP掺量与养护温度之间的关系，模型可以反映水灰比、CaO掺量、SAP掺量以及养护温度对水化的影响。通过该模型，可以很方便的得知不同水灰比、不同CaO掺量、不同SAP掺量以及不同养护温度在任意时刻的水化，而不需要通过测试装置实时测试，对于水泥基材料性能研究具有深刻意义。

Description

高吸水树脂内养护水泥浆体早期水化模型构建方法及应用
技术领域
本发明涉及高吸水树脂内养护水泥浆体早期水化模型构建方法及应用，属于混凝土建筑技术领域。
背景技术
水泥基材料所有性能的变化都是起源于水化。水化过程伴随着水化热的产生，同时对材料早期及后期各种物理化学性能都有很大的影响。所以想要提高水泥性能，首先需要研究水泥水化，了解其本质、机理和过程，进而改善水泥的性能。
CaO类膨胀剂的膨胀源是Ca(OH)2，目前对掺CaO类膨胀剂的水泥基材料研究较少，但煅烧温度合适的CaO膨胀熟料，膨胀效率高，因此CaO类膨胀剂在今后的应用中会越来越多。但CaO膨胀剂早期水化速度较快，且其水化要与胶凝材料争夺水分，水化速度与温度也密切相关。高吸水树脂(SAP)能引入多余的水分，在浆体内部自干燥作用下能持续释放水分，补偿水化所消耗的水分，将有效的提高湿度，减少水泥基材料的自收缩变形。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供高吸水树脂内养护水泥浆体早期水化模型构建方法，通过监测水分子中氢质子的弛豫时间反映水分子所处的微观环境，实现无损连续监测，具有快速、连续和无损的优点。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了高吸水树脂内养护水泥浆体早期水化模型构建方法，用于针对具有高吸水树脂内养护补偿收缩的目标水泥基材料，实现早龄期水化反应模型的构建，包括如下步骤:
步骤001.浇筑预设份数的目标水泥基材料样品，且各份目标水泥基材料样品彼此具有不同水灰比w/c、不同高吸水树脂SAP掺量mSAP、以及不同CaO掺量mCaO，并分别针对各目标水泥基材料样品，采用预设与之相对应的温度进行养护，然后进入步骤002；
步骤002.分别针对各份目标水泥基材料样品，获得目标水泥基材料样品分别对应各观测时刻的横向驰豫时间T2的分布，然后进入步骤003；
步骤003.针对各份目标水泥基材料样品的水灰比w/c、高吸水树脂SAP掺量mSAP、CaO掺量mCaO和养护温度T，以及其分别对应各观测时刻、横向驰豫时间T2的分布进行分析，提出目标水泥基材料横向驰豫时间T2的第一回波峰振幅随龄期变化模型，如下所示，即早龄期水化反应模型；
Figure GDA0002767837270000021
式中，T(t)表示目标水泥基材料对应龄期t时、横向驰豫时间T2的第一回波峰振幅值；参数a、b、p分别为目标水泥基材料中矿物组分、细度、水灰比的表征参数；λCaO表示CaO掺量影响系数；λT表示目标水泥基材料养护温度影响系数；λSAP表示高吸水树脂SAP掺量影响系数，然后进入步骤004；
步骤004.依据针对各份目标水泥基材料样品的水灰比w/c、高吸水树脂SAP掺量mSAP、CaO掺量mCaO和养护温度T，以及其分别对应于各个观测时刻、横向驰豫时间T2的第一回波峰振幅值的分析，获得参数a、b、p分别与水灰比w/c的关系如下：
a＝1040(w/c)2+362.8(w/c)-37.24
b＝21130(w/c)2-14386(w/c)+2878.4
p＝324(w/c)2-175(w/c)+31.2
影响系数λCaO与CaO掺量mCaO、以及龄期t的关系如下：
λCaO＝0.9971exp(0.0359mCaO)×(0.0048(mCaO)2-0.0152mCaO+1)t
影响系数λSAP与高吸水树脂SAP掺量mSAP、以及龄期t的关系如下：
λSAP＝(-0.2444(mSAP)2+0.1167mSAP+1)t+2.2733mSAP-4.2667(mSAP)2
影响系数λT与养护温度T、以及龄期t的关系如下：
λT＝(dt+exp(e/t)+f)
d＝-0.422(T/40)2+0.623(T/40)+0.799
e＝-10.67(T/40)2+26.649(T/40)-15.979
f＝-1.53(T/40)2+2.113(T/40)-0.583
其中，d、e、f为关于养护温度T的函数。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤001中，浇筑预设份数的目标水泥基材料样品的过程中，将各种水泥试样分别搅拌后，分别装入直径为27mm，长200mm的圆柱形玻璃管进行浇筑，且各份目标水泥基材料样品的浇筑高度为2cm～3cm。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤002中，分别针对各份目标水泥基材料样品，按预设观测周期时间进行观测；
其中，在各个观测时刻中，首先通过核磁共振仪获得目标水泥基材料样品的横向磁矢量恢复过程图，接着采用核磁共振仪针对该横向磁矢量恢复过程图进行反演，获得目标水泥基材料样品对应该观测时刻、横向驰豫时间T2的分布；
进而分别获得各份目标水泥基材料样品对应于各观测时刻、横向驰豫时间T2的分布。
与上述相对应，本发明还要解决的技术问题是提供一种基于高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期水化预测模型的应用，通过监测水分子中氢质子的弛豫时间反映水分子所处的微观环境，实现无损连续监测，具有快速、连续和无损的优点。
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高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期水化预测模型的应用，用于针对具有高吸水树脂内养护补偿收缩的目标水泥基材料，实现水化反应的预测，包括如下步骤：
步骤A01.针对待检测目标水泥基材料，分别获得其水灰比w/c，以及其中高吸水树脂SAP掺量mSAP、CaO掺量mCaO和养护温度T，然后进入步骤A02；
步骤A02.将待检测目标水泥基材料的水灰比ω/c，以及其中高吸水树脂SAP掺量mSAP、CaO掺量mCaO和养护温度T，代入到所述目标水泥基材料水化反应模型中，获得目标水泥基材料水化反应模型，用于实现水化反应的预测。
本发明所述高吸水树脂内养护水泥浆体早期水化模型构建方法及应用，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明所设计高吸水树脂内养护水泥浆体早期水化模型构建方法及应用，针对不同水灰比浆体的横向弛豫时间的第一回波峰振幅值随龄期变化的试验数据，采用模型拟合，得到模型与水灰比、CaO掺量、SAP掺量与养护温度之间的关系，模型可以反映水灰比、CaO掺量、SAP掺量以及养护温度对水化的影响。通过该模型，可以很方便的得知不同水灰比、不同CaO掺量、不同SAP掺量以及不同养护温度在任意时刻的水化，而不需要通过测试装置实时测试，对于水泥基材料性能研究具有深刻意义。
附图说明
图1是本发明设计应用中不同水灰比复合浆体试验数据与拟合结果对比图；
图2是本发明设计应用中不同CaO膨胀熟料掺量复合浆体试验数据与拟合结果对比图；
图3是本发明设计应用中不同养护温度复合浆体试验数据与拟合结果对比图；
图4是本发明设计应用中不同内养护剂SAP掺量复合浆体试验数据与拟合结果对比图。
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。
本发明所设计高吸水树脂内养护水泥浆体早期水化模型构建方法，用于针对具有高吸水树脂内养护补偿收缩的目标水泥基材料，实现早龄期水化反应模型的构建，实际应用当中，具体包括如下步骤:
步骤001.浇筑预设份数的目标水泥基材料样品，且各份目标水泥基材料样品彼此具有不同水灰比w/c、不同高吸水树脂SAP掺量mSAP、以及不同CaO掺量mCaO，应用中，将各份目标水泥基材料样品分别搅拌后，分别装入直径为27mm，长200mm的圆柱形玻璃管进行浇筑，且各份目标水泥基材料样品的浇筑高度为2cm～3cm，然后分别针对各目标水泥基材料样品，采用预设与之相对应的温度进行养护，然后进入步骤002。
步骤002.分别针对各份目标水泥基材料样品，按预设观测周期时间进行观测；其中，在各个观测时刻中，首先通过核磁共振仪获得目标水泥基材料样品的横向磁矢量恢复过程图，接着采用核磁共振仪针对该横向磁矢量恢复过程图进行反演，获得目标水泥基材料样品对应该观测时刻、横向驰豫时间T2的分布；进而分别获得各份目标水泥基材料样品对应于各观测时刻、横向驰豫时间T2的分布，然后进入步骤003。
步骤003.针对各份目标水泥基材料样品的水灰比w/c、高吸水树脂SAP掺量mSAP、CaO掺量mCaO和养护温度T，以及其分别对应各观测时刻、横向驰豫时间T2的分布进行分析，提出目标水泥基材料横向驰豫时间T2的第一回波峰振幅随龄期变化模型，如下所示，即早龄期水化反应模型；
Figure GDA0002767837270000041
式中，T(t)表示目标水泥基材料对应龄期t时、横向驰豫时间T2的第一回波峰振幅值；参数a、b、p分别为目标水泥基材料中矿物组分、细度、水灰比的表征参数；λCaO表示CaO掺量影响系数；λT表示目标水泥基材料养护温度影响系数；λSAP表示高吸水树脂SAP掺量影响系数，然后进入步骤004。
步骤004.依据针对各份目标水泥基材料样品的水灰比w/c、高吸水树脂SAP掺量mSAP、CaO掺量mCaO和养护温度T，以及其分别对应于各个观测时刻、横向驰豫时间T2的第一回波峰振幅值的分析，获得参数a、b、p分别与水灰比w/c的关系如下：
a＝1040(w/c)2+362.8(w/c)-37.24
b＝21130(w/c)2-14386(w/c)+2878.4
p＝324(w/c)2-175(w/c)+31.2
影响系数λCaO与CaO掺量mCaO、以及龄期t的关系如下：
λCaO＝0.9971exp(0.0359mCaO)×(0.0048(mCaO)2-0.0152mCaO+1)t
影响系数λSAP与高吸水树脂SAP掺量mSAP、以及龄期t的关系如下：
λSAP＝(-0.2444(mSAP)2+0.1167mSAP+1)t+2.2733mSAP-4.2667(mSAP)2
影响系数λT与养护温度T、以及龄期t的关系如下：
λT＝(dt+exp(e/t)+f)
d＝-0.422(T/40)2+0.623(T/40)+0.799
e＝-10.67(T/40)2+26.649(T/40)-15.979
f＝-1.53(T/40)2+2.113(T/40)-0.583
其中，d、e、f为关于养护温度T的函数。
基于上述所述高吸水树脂内养护水泥浆体早期水化模型构建方法，本发明进一步设计基于高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期水化预测模型的应用，用于针对具有高吸水树脂内养护补偿收缩的目标水泥基材料，实现水化反应的预测，包括如下步骤：
步骤A01.针对待检测目标水泥基材料，分别获得其水灰比w/c，以及其中高吸水树脂SAP掺量mSAP、CaO掺量mCaO和养护温度T，然后进入步骤A02。
步骤A02.将待检测目标水泥基材料的水灰比ω/c，以及其中高吸水树脂SAP掺量mSAP、CaO掺量mCaO和养护温度T，代入到所述目标水泥基材料水化反应模型中，获得目标水泥基材料水化反应模型，用于实现水化反应的预测。
将本发明所设计高吸水树脂内养护水泥浆体早期水化模型构建方法及应用，应用到实际当中，实验原材料为PII 52.5型硅酸盐水泥、CaO膨胀熟料、内养护剂SAP，并按如下表1，浇筑预设份数的目标水泥基材料样品，且各份目标水泥基材料样品彼此具有不同水灰比w/c、不同高吸水树脂SAP掺量mSAP、以及不同CaO掺量mCaO；试样搅拌完成后，分别装入直径为27mm，长200mm的圆柱形玻璃管中，试样浇筑高度为2～3cm左右。
Figure GDA0002767837270000061
表1
表1中CaO掺入的方式均为内掺，等量替代水泥的质量；内养护剂SAP采用的是外掺的方式。应用中，采用origin软件对数据分析和绘图。
不同水灰比、CaO含量、SAP含量和养护温度的复合浆体在不同龄期时的试验数据与本发明模型预测曲线拟合如图1至如图4所示。通过图1至图4，可以看出随着龄期的增长，曲线变化速率逐渐变缓。
从试验数据与拟合结果的比较可以看出，T2的第一回波峰振幅值随时间变化的试验值与拟合值吻合较好，相关度较高，说明模型能够很好地表征T2的第一回波峰振幅值随时间变化的趋势。且模型参数与水灰比之间关系表达式简便，可以用于表征水灰比对模型的影响。说明该预测模型能够较好的表征水泥基材料早龄期T2的第一回波峰振幅值变化发展的规律，进而表征水化及其速率的变化发展规律。
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 (4)

1.高吸水树脂内养护水泥浆体早期水化模型构建方法，用于针对具有高吸水树脂内养护补偿收缩的目标水泥基材料，实现早龄期水化反应模型的构建，其特征在于，包括如下步骤:
步骤001.浇筑预设份数的目标水泥基材料样品，且各份目标水泥基材料样品彼此具有不同水灰比w/c、不同高吸水树脂SAP掺量mSAP、以及不同CaO掺量mCaO，并分别针对各目标水泥基材料样品，采用预设与之相对应的温度进行养护，然后进入步骤002；
步骤002.分别针对各份目标水泥基材料样品，获得目标水泥基材料样品分别对应各观测时刻的横向驰豫时间T2的分布，然后进入步骤003；
步骤003.针对各份目标水泥基材料样品的水灰比w/c、高吸水树脂SAP掺量mSAP、CaO掺量mCaO、养护温度T，以及其分别对应各观测时刻、横向驰豫时间T2的分布进行分析，提出目标水泥基材料横向驰豫时间T2的第一回波峰振幅随龄期变化模型，如下所示，即早龄期水化反应模型；
Figure FDA0002767837260000011
式中，T(t)表示目标水泥基材料对应龄期t时、横向驰豫时间T2的第一回波峰振幅值；参数a、b、p分别为目标水泥基材料中矿物组分、细度、水灰比的表征参数；λCaO表示CaO掺量影响系数；λT表示目标水泥基材料养护温度影响系数；λSAP表示高吸水树脂SAP掺量影响系数，然后进入步骤004；
步骤004.依据针对各份目标水泥基材料样品的水灰比w/c、高吸水树脂SAP掺量mSAP、CaO掺量mCaO、养护温度T，以及其分别对应于各个观测时刻、横向驰豫时间T2的第一回波峰振幅值的分析，获得参数a、b、p分别与水灰比w/c的关系如下：
a＝1040(w/c)2+362.8(w/c)-37.24
b＝21130(w/c)2-14386(w/c)+2878.4
p＝324(w/c)2-175(w/c)+31.2
影响系数λCaO与CaO掺量mCaO、以及龄期t的关系如下：
λCaO＝0.9971exp(0.0359mCaO)×(0.0048(mCaO)2-0.0152mCaO+1)t
影响系数λSAP与高吸水树脂SAP掺量mSAP、以及龄期t的关系如下：
λSAP＝(-0.2444(mSAP)2+0.1167mSAP+1)t+2.2733mSAP-4.2667(mSAP)2
影响系数λT与养护温度T、以及龄期t的关系如下：
λT＝(dt+exp(e/t)+f)
d＝-0.422(T/40)2+0.623(T/40)+0.799
e＝-10.67(T/40)2+26.649(T/40)-15.979
f＝-1.53(T/40)2+2.113(T/40)-0.583
其中，d、e、f为关于养护温度T的函数。
2.根据权利要求1所述高吸水树脂内养护水泥浆体早期水化模型构建方法，其特征在于：所述步骤001中，浇筑预设份数的目标水泥基材料样品的过程中，将各种水泥试样分别搅拌后，分别装入直径为27mm，长200mm的圆柱形玻璃管进行浇筑，且各份目标水泥基材料样品的浇筑高度为2cm～3cm。
3.根据权利要求1或2所述高吸水树脂内养护水泥浆体早期水化模型构建方法，其特征在于：所述步骤002中，分别针对各份目标水泥基材料样品，按预设观测周期时间进行观测；
其中，在各个观测时刻中，首先通过核磁共振仪获得目标水泥基材料样品的横向磁矢量恢复过程图，接着采用核磁共振仪针对该横向磁矢量恢复过程图进行反演，获得目标水泥基材料样品对应该观测时刻、横向驰豫时间T2的分布；
进而分别获得各份目标水泥基材料样品对应于各观测时刻、横向驰豫时间T2的分布。
4.一种基于权利要求1至3中任意一项所述构建方法构建的一种高吸水树脂内养护水泥浆体早期水化模型的应用，用于针对具有高吸水树脂内养护补偿收缩的目标水泥基材料，实现水化反应的预测，包括如下步骤：
步骤A01.针对待检测目标水泥基材料，分别获得其水灰比w/c，以及其中高吸水树脂SAP掺量mSAP、CaO掺量mCaO和养护温度T，然后进入步骤A02；
步骤A02.将待检测目标水泥基材料的水灰比w /c，以及其中高吸水树脂SAP掺量mSAP、CaO掺量mCaO和养护温度T，代入到所述目标水泥基材料水化反应模型中，获得目标水泥基材料水化反应模型，用于实现水化反应的预测。
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