混凝土複合膠凝材料體系水化動力學的定量表徵及微結構模擬

2021-01-20 混凝土博士

基本信息

批准號：1408365

項目名稱：混凝土複合膠凝材料體系水化動力學的定量表徵及微結構模擬

項目類別：青年科學基金項目

申請代碼：E080511

項目負責人：馬紅巖

負責人職稱：講師

依託單位：深圳大學

研究期限：2015-01-01 至 2017-12-31

支持經費：25（萬元）


中文摘要

    本項目擬建立混凝土二元複合膠凝材料的水化動力學模型，並在此基礎上建立計算機模型用以模擬複合漿體微結構的演化過程。項目將以膠凝材料的化學成分為輸入參數，討論水泥-矽灰和水泥-粉煤灰二元複合膠凝材料的水化模型。

    結合水化模型和複合膠凝材料漿體在不同齡期的熱重分析結果，通過數學分析得到同一體系中水泥和摻合料的實時水化/反應程度，從而提煉水泥水化程度和摻合料反應程度的時間函數，作為二元複合膠凝材料的水化動力學模型。以水化模型輸出的產物體積膨脹係數、微結構實驗結果、膠凝材料的組成、細度及水膠比為輸入參數，建立計算機模型，用於模擬二元複合膠凝材料漿體在特定水化狀態的微結構。微結構隨時間的演化可通過水化動力學模型獲知。計算機模型輸出的數位化微結構將被用於計算傳輸性能。

    項目擬研究的內容屬混凝土結構材料基礎研究，研究成果將為混凝土材料性能的準確預測及混凝土結構耐久性的準確評估提供相關的理論基礎與技術支持。


結題摘要

    混凝土可視為由膠凝材料漿體（膠凝材料、水及所需外加劑）和骨料組成的複合材料。傳統混凝土多以水泥，尤其是矽酸鹽水泥（國際上稱波特蘭水泥），作為單一膠凝材料。然而，現代混凝土多採用粉煤灰、礦渣、矽灰等礦物摻合料取代部分水泥，形成複合膠凝材料體系，以達到降低成本、提高性能、節能減排等目的。摻合料的加入增加了混凝土的複雜性，使混凝土的配合比設計和性能預測變得更加困難。

    本項目旨在通過對複合膠凝材料體系水化和微結構的基礎研究，最終實現對複合膠凝材料體系性能的準確預測。項目以膠凝材料的化學成分為輸入參數，討論了水泥-矽灰和水泥-粉煤灰二元複合膠凝材料的水化模型；結合水化模型和複合膠凝材料漿體在不同齡期的熱重分析結果，通過數學分析得到了同一體系中水泥和摻合料的實時水化/反應程度，從而提煉出了水泥水化程度和摻合料反應程度的時間函數，作為二元複合膠凝材料的水化動力學模型；以水化模型輸出的產物體積膨脹係數、微結構實驗結果、膠凝材料的組成、細度及水膠比為輸入參數，建立了計算機模型，用於模擬二元複合膠凝材料漿體在特定水化狀態的微結構。微結構隨時間的演化可通過水化動力學模型獲知。

    項目還初步建立了混凝土中界面過渡區微結構的模擬方法。計算機模型輸出的數位化微結構可被用於計算傳輸性能及其他性能。

    項目也初步提出了從數位化微結構直接計算等效傳輸係數的方法。

    該項目的研究內容屬混凝土結構材料基礎研究，研究成果可為混凝土材料性能的準確預測及混凝土結構耐久性的準確評估提供相關的理論基礎與技術支持。

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