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水泥混凝土中水化过程的数值模拟研究水泥混凝土因其具有优良的力学性质而被广泛应用于建筑物的结构中。
但水泥混凝土的制造过程中需要充分考虑水化反应的过程，水化反应过程会影响水泥混凝土的力学性质、耐久性能、工作性能等方面。
为了深入了解水泥混凝土中水化过程的影响，本文将介绍水泥混凝土中水化过程的数值模拟研究。
一、数值模拟的原理数值模拟是将实际问题转化为数值计算问题来解决的方法，通过对一定的物理模型进行离散化，应用数值方法计算出模型的解答。
水泥混凝土中的水化反应是一种非常复杂的物理化学过程，通过数值模拟可以更加方便地模拟和分析水化反应过程。
数值模拟中主要运用了计算机科学、数学、物理学等方面的知识，可以较好的模拟出实际问题的过程以及结果，对于工程实践具有重要的应用价值。
二、数值模拟在水泥混凝土中的应用水泥混凝土中水化反应的数值模拟主要分为传统方法和非传统方法两种。
1. 传统方法传统方法主要是基于有限元或者有限差分等数值方法，通过对水泥混凝土的宏观结构进行建模，将水化反应过程当做一个物理学问题来解决。
其主要考虑水泥混凝土的宏观物理性质，如温度、含水量、化学物质浓度等等，而对水化反应的微观过程等因素不做考虑，因此所求解的结果主要是从整体上来反映水泥混凝土物理性质的变化。
2. 非传统方法非传统方法主要包括分子动力学法、格子玻尔兹曼法等方法。
将混凝土材料的微观结构、尺度、化学成分等因素纳入研究中，建立更为精确的模型，并以分子为单位，对水化反应过程进行模拟。
由于非传统方法具有更高的精度、更准确的结果，其应用前景越来越广泛。
三、水化过程数值模拟的挑战和趋势水泥混凝土中的水化过程具有极高的复杂性，这给数值模拟的研究带来了极大的挑战。
如何准确地刻画水化反应的微观过程，如何高效地进行计算，如何有效地将数值模拟结果与实际情况相匹配等等都是需要面对的问题。
因此，目前的数值模拟仍有很多待解决的问题。
未来，随着计算机技术的进一步发展和算法的优化，数值模拟在水泥混凝土领域中将具有更广泛的应用前景。
水泥水化反应与混凝土自收缩的动力学模型①阎培渝,郑 峰(清华大学土木工程系,北京100084)摘 要:基于水泥的多组分和多尺度水化反应的原理,分别建立了水泥的水化反应和混凝土自收缩的动力学模型。
这2个模型均采用两阶段的经验公式,分别用于模拟水化反应和自收缩的快速发展阶段与平稳变化阶段。
实测数据检验结果表明,这2个模型可以用于模拟硅酸盐水泥的等温水化放热曲线,以及用硅酸盐水泥配制的混凝土的自收缩发展过程。
关键词:动力学模型;自收缩;水化反应;水泥;混凝土中图分类号:T U528 文献标识码:A 文章编号:1672-7029(2006)01-0056-04Dynamic models of hydration reaction of Portland cement andautogenous shrinkage of concreteY AN Pei2yu ZHE NG Feng(Department of Civil Engineering,Tsinghua University,Beijing100084,China)Abstract:The dynamic m odels of hydration reaction of cement and autogenous shrinkage of concrete were constructed respectively based on the multi-com position and multi-scale hydration reaction of cement1In both m odels tw o-step regressive equations are adopted to simulate the step of quick development and the step of even change of hydration re2 action and autogenous shrinkage1The experimental results show that these m odels can express precisely the is otherm hydration heat emission curve of P ortland cement and the autogenous shrinkage process of concrete prepared with P ort2 land cement1K ey w ords:dynamic m odel;autogenous shrinkage;hydration reaction;cement;concrete 高强高性能混凝土在现代土木工程中的应用越来越广泛。
水泥水化动力学模型
杨智光;张景富;徐明
【期刊名称】《钻井液与完井液》
【年(卷),期】2006(023)003
【摘要】水泥的水化是一个复杂的变化过程,很难建立起一套直接用于描述水泥水化完整过程的动力学模型.依据水泥水化过程特点及化学反应动力学原理,明确了成核与产物生长、界面化学反应及扩散控制反应三种基本动力学方式对水泥水化的控制作用过程及转换条件,建立了水泥水化动力学模型.该模型能够直接依据水泥水化程度随时间的变化曲线确定水泥颗粒的水化速度,或在已知有关颗粒水化速度的基础上测算水泥在不同时间的水化程度.与其它模型相比,所建模型更加直观和准确.应用结果表明,提出的理论及方法具有良好的适用性和准确性.
【总页数】4页(P27-30)
【作者】杨智光;张景富;徐明
【作者单位】大庆石油管理局钻探集团钻井工程技术研究院,黑龙江,大庆;大庆石油学院石油工程系,黑龙江,大庆;大庆石油管理局钻探集团钻井工程技术研究院,黑龙江,大庆
【正文语种】中文
【中图分类】TE256.9
【相关文献】
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2.基于Extended Freundlich函数的水泥恒温水化动力学模型 [J], 李占印;董继红
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第53卷第7期2022年7月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.53No.7Jul.2022持续负温环境下入模温度对水泥水化热的影响及预测模型龙朝飞1，张戎令2，郭海贞3，段运1，肖鹏震1，段亚伟1(1.兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州，730070；2.兰州交通大学道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室，甘肃兰州，730070；3.甘肃畅陇公路养护技术研究院有限公司，甘肃兰州，730070)摘要：为了研究不同入模温度下的水泥水化放热规律，采用溶解热法对持续负温环境下的水泥进行水化热测定试验。
为了对冻土区水泥水化热进行定量分析及预测，采用指数、幂指数、复合指数、双曲线函数、对数模型这5种水化放热模型对试验数据进行拟合及误差分析，最终建立冻土区入模温度−水化热的预测模型。
研究结果表明：在持续负温环境下，水泥水化放热速率减慢，随着入模温度升高，水泥的累计水化热和水化放热速率均提高；提高入模温度有利于负温环境下水泥水化放热，且入模温度越高水泥水化愈充分；在水化过程后期，负温抑制水泥水化的不利影响将会减弱。
在5种预测模型中，双曲线函数模型可以较好地预测持续负温环境下水泥水化热随龄期变化的规律。
本文所提模型可有效预测持续负温环境下不同入模温度工况对应的水泥水化热。
关键词：多年冻土；持续负温环境；水化热；入模温度；预测模型中图分类号：TU528文献标志码：A文章编号：1672-7207（2022）07-2777-12Influence and prediction model of molding temperature on cement hydration heat in continuous negative temperature environmentLONG Zhaofei 1,ZHANG Rongling 2,GUO Haizhen 3,DUAN Yun 1,XIAO Pengzhen 1,DUAN Yawei 1(1.School of Civil Engineering,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China;2.National and Provincial Joint Engineering Laboratory of Road &Bridge Engineering Disaster Prevention andControl,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China;3.Gansu Changlong Highway Maintenance Technology Research Institute Co.Ltd.,Lanzhou 730070,China)收稿日期：2021−09−05；修回日期：2021−11−25基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(52068042)；甘肃省杰出青年科学基金资助项目(21JR7RA344)；中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划项目(K2021G025)；甘肃省科技重点研发计划项目(21YF11GA011)(Project (52068042)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(21JR7RA344)supported by the Outstanding Youth Fund of Gansu Province;Project(K2021G025)supported by the Science and Technology Research Development Plan of China State Railway Group Co.Ltd.;Project(21YF11GA011)supported by the Science and Technology Key R&D Program of Gansu Province)通信作者：张戎令，博士，教授，从事西北干寒地区材料耐久性与结构全寿命研究；E-mail ：*****************DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2022.07.034引用格式：龙朝飞,张戎令,郭海贞,等.持续负温环境下入模温度对水泥水化热的影响及预测模型[J].中南大学学报(自然科学版),2022,53(7):2777−2788.Citation:LONG Zhaofei,ZHANG Rongling,GUO Haizhen,et al.Influence and prediction model of molding temperature on cement hydration heat in continuous negative temperature environment[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2022,53(7):2777−2788.第53卷中南大学学报(自然科学版)Abstract:To study the law of cement hydration heat release at different molding temperatures,the method of solution heat was used to measure the hydration heat of cement.In order to quantitatively analyze and predict the hydration heat release of cement in frozen soil area,five hydration heat release models which include exponential, power exponential,composite exponential,hyperbolic and logarithmic function models were used to fit the test data and analyze the error.The molding temperature-hydration heat model in frozen soil area was established.The results show that the heat release rate of cement hydration slows down at continuous negative temperature. Increasing the molding temperature is beneficial to cement hydration heat release in negative temperature environment.The higher the molding temperature is,the more sufficient the hydration is.When the hydration proceeds to the later stage,the adverse effect of negative temperature on inhibiting cement hydration will be pared with the prediction models,hyperbolic function model can better predict the variation of hydration heat release of cement with age in continuous negative temperature environment.The proposed model can effectively predict the hydration heat of cement under different molding temperature conditions in continuous negative temperature environment.Key words:perennial frozen soil;continuous negative temperature environment;hydration heat;molding temperature;forecasting model水泥水化是一个放热过程，期间放出的热量会影响混凝土的凝结和硬化[1]。
含超细矿渣水泥的水化研究
丁铸;张德成;邵洪江
【期刊名称】《建筑材料学报》
【年(卷),期】1998(000)003
【摘要】用ＴＧ－ＤＴＡ，ＸＲＤ，ＳＥＭ研究了超细矿渣水泥的水化反应，并与硅酸盐水泥、含普通细度矿渣水泥的水化作了比较。
结果表明：超细矿渣的水化程度较快、活性较高、可大量消耗水泥浆体中的Ｃａ（ＯＨ）２，生成更多的凝胶产物，因而改善了水泥石的微观结构，提高了水泥的物理力学性能。
【总页数】1页(P201)
【作者】丁铸;张德成;邵洪江
【作者单位】山东建筑材料工业学院材料科学与工程系;同济大学混凝土材料研究重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TQ172.18
【相关文献】
1.水化法制备超细Mg(OH)2的研究 [J], 钱海燕;邓敏;徐玲玲
2.含KCl和K2CO3超细水雾熄灭乙醇火焰实验研究 [J], 王志刚; 陈光; 徐亮; 罗建飞; 陈钦佩; 李丽娜
3.含超细SiO2/MoS2粉锂基润滑脂摩擦学性能研究 [J], 武黎明; 赵芳霞; 杨博睿; 张振忠
4.超细磷渣-水泥复合体系水化动力学研究 [J], 肖虎成;苏英;王迎斌;马梦阳;贺行洋;
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5.超细NC/GAPE/CL-20含能复合纤维的制备及性能研究 [J], 翟威;王毅;王亚娜;宋小兰
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水泥水化动力学及其应用研究水泥是建筑工程中一种必不可少的材料。
它具有硬化性和可塑性，可以粘合各种建筑材料。
水泥的制备需要经过水泥水化反应过程，水化动力学是研究水泥在不同条件下水化反应速率和机理的学科。
水泥水化动力学研究对于改善水泥低碳化、提高水泥性能、研制新型水泥等方面有着重要的意义。
水泥的水化过程分为凝胶化阶段和结晶化阶段。
在凝胶化阶段，水泥与水反应生成糊状物质，这个阶段水化产物的表观反应速率受到温度、水泥成分、水-水泥比等多种因素的影响。
当水化产物的体积达到稳定后，进入结晶化阶段，水化产物会继续以晶态形式拼接成一定大小和形状的晶体。
水泥水化动力学研究可以为探究水泥的水化反应机理提供理论基础。
研究发现，增加水泥用量或减小水-水泥比可以降低水化反应速率，使得水泥的水化反应时间延长。
此外，温度也是影响水化反应速率的因素之一。
当温度增加时，水泥水化反应速率加快。
水泥水化动力学的研究对水泥性能和性质的改善具有很重要的作用。
高温水化处理可以促进水泥结晶化，得出具有高维气孔和高强度的水泥制品，提高水泥的力学性能。
而固定化温度处理可以利用水泥材料本身存在的反应缝隙填充物质来进行较长时间的水化反应，从而减缓水泥材料的龄期和降低水泥材料的环境敏感性。
此外，研究表明，利用超细水泥掺配水泥可以有效降低水泥生产过程中消耗的能量和减少CO2的排放。
水泥凝结过程的控制和优化也是水泥水化动力学研究的目标之一。
水泥水化反应过程在一定条件下可实现自控。
一些研究提出了基于反馈控制的水泥水化动力学模型，可以实现自控制水泥凝聚过程。
水泥水化动力学研究的应用已经被广泛地应用于现代建筑领域。
在水泥的制备方面，研究人员可以通过控制水泥材料和生产过程来生产具有更好细观结构和性能的水泥。
此外，在建筑领域还可以利用水泥水化动力学来研究钢筋混凝土的性能和优化混凝土的配制方案。
针对混凝土存在龄期过长和早期强度低等问题，一些研究利用添加物质将水泥水化反应速率促进，以起到加快混凝土龄期和提高混凝土的早期强度等作用。
水泥基材料的水化动力学模型
阎培渝;郑峰
【期刊名称】《硅酸盐学报》
【年(卷),期】2006(34)5
【摘要】介绍了水泥基材料的水化动力学模型。
根据实验测定的水化放热数据,采用模型给出的积分和微分方程,对水泥基材料的水化反应中的3个基本过程即结晶成核与晶体生长(NG)、相边界反应(I)和扩散(D)进行了表征,得到反应速率常数K、反应级数n和表观活化能Ea等动力学参数以及各反应阶段的反应速率与反应度的关系。
计算得到的各阶段的反应速率曲线能较好地分段模拟由量热实验得到的胶凝材料实际水化速率dα/dt曲线。
观察3个阶段的相互关系,可对水泥基材料复杂的水化机理进行解释。
水泥基材料的水化反应存在两种不同的历程:NG–I–D或NG–D。
在水化初期NG是控制因素,随着水化程度提高,逐渐转由I或D控制反应。
【总页数】5页(P555-559)
【关键词】水泥基材料;动力学;水化度;水化速率
【作者】阎培渝;郑峰
【作者单位】清华大学土木水利学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ172
【相关文献】
1.基于中心粒子水化模型的水泥水化动力学研究 [J], 宋固全;任晓;吴浪
2.基于多相水化模型的水泥水化动力学研究 [J], 吴浪;宋固全;雷斌
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