基於電阻率法的水泥基材料的水化機制與收縮性能研究

《基於電阻率法的水泥基材料的水化機制與收縮性能研究》是依託華中科技大學，由魏小勝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於電阻率法的水泥基材料的水化機制與收縮性能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：魏小勝
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

水泥基材料的水化機制與收縮性能是水泥研究領域的熱點和難點，在水化機制研究方面仍有許多問題無法準確解釋，水泥基材料的收縮則具有機理複雜、影響因素多和測試方法不一等特點。本項目提出將電阻率法套用於水泥基材料科學研究領域，把電阻率法和其它一些傳統的實驗方法相結合，進一步深化水泥基材料的水化機制與收縮性能的研究。電阻率法可以巨觀監測水泥基材料微觀結構的形成過程及其演變規律，可以反映水泥基材料的水化反應發展過程。本項目擬綜合採用電阻率法、量熱法和微觀分析等，半連續測定液相離子濃度，研究水泥基材料水化反應的反應度和活化能，基於成熟度理論建立可以反映微觀結構形成過程及演變規律的水化反應模型。在此基礎上，通過採用浮力法、波紋管法和非接觸法測定水泥基材料的收縮變形規律，研究水化反應與收縮之間的內在關係。探索建立水泥基材料的電阻率與水化反應參數（反應度、成熟度、水化熱和活化能）以及孔結構、收縮之間的關係。

結題摘要

本項目電阻率法和其它一些傳統的實驗方法相結合，進一步深化水泥基材料的水化機制與收縮性能的研究。電阻率法可以巨觀監測水泥基材料微觀結構的形成過程及其演變規律，可以反映水泥基材料的水化反應發展過程。本項目綜合採用電阻率法、量熱法和微觀分析等，研究了水泥基材料水化反應的反應度，基於電阻率法的計算機模擬對水泥基材料中水泥水化過程進行了研究。本項目首次提出將電阻率微分曲線峰值特徵點對應時間作為水泥水化動力學模型臨界時間輸入到計算機模擬當中，對不同水灰比的純水泥漿體在不同時間的微觀結構進行了計算機模擬。結果表明：根據電阻率微分曲線的3個峰值特徵點，水泥水化過程可劃分為溶解結晶期、凝結期、加速期和減速期4個發展階段；計算機模擬可以很好地解釋和分析水泥的水化過程，以及在水化過程中漿體電阻率的發展特點。採用電阻率法和基於電阻率法的計算機模擬研究了檸檬酸緩凝劑摻量對水泥漿體水化過程的影響，結果表明：隨著緩凝劑摻量增加，漿體電阻率在溶解結晶期逐漸變大，在凝結期後逐漸變小；電阻率微分曲線的第2峰值點對應時間與漿體凝結時間密切相關；緩凝劑對漿體早期水泥水化的緩凝效果隨著緩凝劑摻量增加而逐漸增強，但緩凝劑減弱了後期水泥水化速率降低的幅度；漿體孔隙率的計算機模擬曲線可以預測和分析漿體強度的發展趨勢。對不同水灰比的純水泥漿體的化學收縮進行了試驗測定和基於電阻率法的計算機模擬研究。水泥漿體中每克水泥的化學收縮隨著水灰比升高而增大，而單位體積漿體的化學收縮隨著水灰比升高而減小。化學收縮的計算機模擬值與試驗值的相對誤差小於5%，通過化學收縮模擬值的雙曲線方程計算得到的化學收縮最終值隨著水灰比升高而增大。測定了不同水膠比和粉煤灰摻量的早齡期水泥基漿體的電阻率、化學收縮和自收縮，首次分析了自收縮與化學收縮之間的定量關係。結果表明：水泥基漿體在減速期的電阻率隨時間對數的曲線斜率K和漿體3 d抗壓強度成線性關係；漿體的化學收縮和自收縮分別隨水膠比升高或粉煤灰摻量增大而降低；漿體在24 h後的單位體積化學收縮和30 h後的自收縮隨電阻率的發展均表現出線性關係；終凝後自收縮變化量在終凝後線性化學收縮變化量中所占比例（γ）小於3%，且隨水化時間逐漸減小，與未充水毛細孔相比，自收縮只是化學收縮中很小的一部分；參數γ將有助於定量描述水泥基材水化過程中自收縮和未充水毛細孔體積在化學收縮中所占的比例變化。