CN109841266A - 一种高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型构建方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型构建方法及应用，通过对不同水灰比、CaO掺量、高吸水树脂SAP掺量与养护温度的水泥净浆进行试验，获得其孔径分布随龄期t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泥基材料孔隙孔径分布的影响。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，对于水泥基材料性能研究具有指导意义。

Description

一种高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布 模型构建方法及应用

技术领域

本发明涉及一种高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型构建方法及应用，属于混凝土建筑技术领域。

背景技术

水泥基材料的物理力学性能以及耐久性等与材料的孔径分布密切相关，表现出的宏观体积变化与内部孔径分布密切相关。要提高水泥基材料性能，首先需要研究水泥基材料孔径分布，了解其本质、机理和发展过程，进而改善水泥基材料的性能。

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广泛。此外孔径分布与养护温度也密切相关。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，补偿孔径分布所消耗的水分，将有效的提高湿度，提高胶凝材料以及CaO膨胀熟料的孔径分布程度，但掺加高吸水树脂的补偿收缩水泥基材料的孔径分布规律和预测目前尚未有成熟的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型构建方法，通过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，进而高效获得各份水泥基材料样品的孔隙孔径分布规律性曲线，实现无损连续监测。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型构建方法，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，实现早龄期孔径分布模型的构建，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m_SAP、以及不同CaO掺量m_CaO，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T进行养护，然后进入步骤002；

步骤002.分别针对各份水泥基材料样品，按预设观测周期时间进行检测，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m_SAP、CaO掺量m_CaO、养护温度T，以及其孔隙孔径分布规律性曲线进行分析，提出高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布的共性规律，其表达式如下；

式中，p(d)表示孔径大于或等于d的孔隙的体积累加；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；λ_CaO、λ_T、λ_SAP分别表示CaO掺量、养护温度、高吸水树脂SAP掺量对水泥基材料孔径分布的影响因子，即分别表示CaO掺量、养护温度、高吸水树脂SAP掺量与龄期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m_SAP、CaO掺量m_CaO、养护温度T、龄期t，以及其孔隙孔径分布规律性曲线的分析，获得待定参数A、B、C如下：

A＝0.117+0.619(w/c)³-0.012ln(t)

C＝23.972-127.693(w/c)+210.55(w/c)²-0.856ln(t)

并且获得影响因子λ_CaO、λ_SAP、λ_T如下：

λ_CaO＝(-0.0091m_CaO+0.9983)exp(t×0.0011×m_CaO)

λ_T＝0.99+(-5.63-0.0016(ln(T/40)²))×t+0.014(T/40)^-2

则依据所获各个待定参数、各个影响因子，高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布表达式，即构成高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型。

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001中，将各份水泥基材料样品放置于养护箱内并调整养护温度到预定值进行养护。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步002中，所述预设观测周期时间为28天，时间间隔为1天、或者28天中各指定天数为观测时间点。

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。

与上述相对应，本发明所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孔径分布模型的应用，能够针对待水泥基材料孔径分布随龄期t的变化实现准确预测。

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孔径分布模型的应用，包括高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布的预测方法，具体包括如下步骤：

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m_SAP、CaO掺量m_CaO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m_SAP、CaO掺量m_CaO和养护温度T，代入到所述高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型中，即实现针对待水泥基材料孔径分布随龄期t变化的预测。

本发明所述一种高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布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补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型构建方法及应用，通过对不同水灰比ω/c、CaO掺量、高吸水树脂SAP掺量在对应温度下的养护试验，获得水泥基材料样品上孔隙的孔径分布随龄期t变化的试验数据，并采用模型拟合得到模型与水灰比ω/c、CaO掺量、高吸水树脂SAP掺量与养护温度之间的关系，并且该模型可以反映水灰比ω/c、CaO掺量、高吸水树脂SAP掺量以及养护温度对水泥基材料上孔隙孔径分布的影响；不仅如此，通过该模型，可以很方便获得不同水灰比ω/c、不同CaO掺量、不同高吸水树脂SAP掺量，以及不同养护温度在任意时刻下孔隙孔径分布，而不需要通过测试装置实时测试，具有快速、连续和无损的优点，对于水泥基材料性能研究具有指导意义。

附图说明

图1a至图1d分别表示实施例中不同水灰比ω/c水泥复合浆体分别对应3天、7天、14天、28天龄期的孔隙累积体积试验数据与本发明模型拟合结果的对比示意图；

图2a至图2d分别表示实施例中不同CaO掺量水泥复合浆体分别对应3天、7天、14天、28天龄期的孔隙累积体积试验数据与本发明模型拟合结果的对比示意图；

图3a至图3d分别表示实施例中不同养护温度水泥复合浆体分别对应3天、7天、14天、28天龄期的孔隙累积体积试验数据与本发明模型拟合结果的对比示意图；

图4a至图4d分别表示实施例中不同高吸水树脂SAP水泥复合浆体分别对应3天、7天、14天、28天龄期的孔隙累积体积试验数据与本发明模型拟合结果的对比示意图。

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。

本发明所设计一种高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型构建方法，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，实现早龄期孔径分布模型的构建，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，各份浇筑水泥基材料样品的尺寸为20mm×20mm×20mm，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m_SAP、以及不同CaO掺量m_CaO，并分别针对各目标水泥基材料样品，将水泥基材料样品放置于养护箱内并调整养护温度到相对应的预定值进行养护，然后进入步骤002。

步骤002.分别针对各份水泥基材料样品，按预设观测周期时间进行检测，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003。实际应用中，预设观测周期时间为28天，分别为3天、7天、14天、28天。

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m_SAP、CaO掺量m_CaO、养护温度T，以及其孔隙孔径分布规律性曲线进行分析，提出高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布的共性规律，其表达式如下：

式中，p(d)表示孔径大于或等于d的孔隙的体积累加；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；λ_CaO、λ_T、λ_SAP分别表示CaO掺量、养护温度、高吸水树脂SAP掺量对水泥基材料孔径分布的影响因子，即分别表示CaO掺量、养护温度、高吸水树脂SAP掺量与龄期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m_SAP、CaO掺量m_CaO、养护温度T、龄期t，以及其孔隙孔径分布规律性曲线的分析，获得待定参数A、B、C如下：

A＝0.117+0.619(w/c)³-0.012ln(t)

C＝23.972-127.693(w/c)+210.55(w/c)²-0.856ln(t)

并且获得影响因子λ_CaO、λ_SAP、λ_T如下：

λ_CaO＝(-0.0091m_CaO+0.9983)exp(t×0.0011×m_CaO)

λ_T＝0.99+(-5.63-0.0016(ln(T/40)²))×t+0.014(T/40)^-2

则依据所获各个待定参数、各个影响因子，高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布表达式，即构成高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型。

与上述相对应，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孔径分布模型的应用，包括高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布的预测方法，具体包括如下步骤：

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m_SAP、CaO掺量m_CaO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m_SAP、CaO掺量m_CaO和养护温度T，代入到所述高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型中，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高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型构建方法及应用，通过对不同水灰比ω/c、CaO掺量、高吸水树脂SAP掺量在对应温度下的养护试验，获得水泥基材料样品上孔隙的孔径分布随龄期t变化的试验数据，并采用模型拟合得到模型与水灰比ω/c、CaO掺量、高吸水树脂SAP掺量与养护温度之间的关系，并且该模型可以反映水灰比ω/c、CaO掺量、高吸水树脂SAP掺量以及养护温度对水泥基材料上孔隙孔径分布的影响；不仅如此，通过该模型，可以很方便获得不同水灰比ω/c、不同CaO掺量、不同高吸水树脂SAP掺量，以及不同养护温度在任意时刻下孔隙孔径分布，而不需要通过测试装置实时测试，具有快速、连续和无损的优点，对于水泥基材料性能研究具有指导意义。

上述所设计高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型构建方法及应用，在实际应用过程当中，基于下表1浇筑各份数的水泥基材料样品：

表1

表1中CaO掺入的方式均为内掺，等量替代水泥的质量；内养护剂高吸水树脂SAP采用的是外掺的方式。具体应用中，采用origin软件对数据分析和绘图。

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1a至图1d、图2a至图2d、图3a至图3d、以及图4a至图4d所示，为不同水灰比ω/c、CaO含量、高吸水树脂SAP含量、以及相应养护温度的复合浆体在不同龄期时试验数据，分别与本发明设计模型拟合结果的对比，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，相关度较高，说明本发明所设计高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型，能够很好地表征孔径累积体积随时间变化的趋势，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孔径分布岁龄期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)

1.一种高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型构建方法，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，实现早龄期孔径分布模型的构建，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m_SAP、以及不同CaO掺量m_CaO，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T进行养护，然后进入步骤002；

步骤002.分别针对各份水泥基材料样品，按预设观测周期时间进行检测，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m_SAP、CaO掺量m_CaO、养护温度T，以及其孔隙孔径分布规律性曲线进行分析，提出高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布的共性规律，其表达式如下；

式中，p(d)表示孔径大于或等于d的孔隙的体积累加；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；λ_CaO、λ_T、λ_SAP分别表示CaO掺量、养护温度、高吸水树脂SAP掺量对水泥基材料孔径分布的影响因子，即分别表示CaO掺量、养护温度、高吸水树脂SAP掺量与龄期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m_SAP、CaO掺量m_CaO、养护温度T、龄期t，以及其孔隙孔径分布规律性曲线的分析，获得待定参数A、B、C如下：

A＝0.117+0.619(w/c)³-0.012ln(t)

C＝23.972-127.693(w/c)+210.55(w/c)²-0.856ln(t)

并且获得影响因子λ_CaO、λ_SAP、λ_T如下：

λ_CaO＝(-0.0091m_CaO+0.9983)exp(t×0.0011×m_CaO)

λ_T＝0.99+(-5.63-0.0016(ln(T/40)²))×t+0.014(T/40)^-2

则依据所获各个待定参数、各个影响因子，高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布表达式，即构成高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型。

2.根据权利要求1所述一种高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型构建方法，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所述一种高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型构建方法，其特征在于：所述步001中，将各份水泥基材料样品放置于养护箱内并调整养护温度到预定值进行养护。

4.根据权利要求1所述一种高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型构建方法，其特征在于：所述步002中，所述预设观测周期时间为28天，时间间隔为1天、或者28天中各指定天数为观测时间点。

5.根据权利要求1或4所述一种高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型构建方法，其特征在于：所述步骤002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中任意一项所述一种高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型的应用，其特征在于：包括高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布的预测方法，具体包括如下步骤：

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m_SAP、CaO掺量m_CaO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m_SAP、CaO掺量m_CaO和养护温度T，代入到所述高吸水树脂内养护补偿收缩水泥基材料早龄期孔径分布模型中，即实现针对待水泥基材料孔径分布随龄期t变化的预测。