水泥水化反应与混凝土自收缩的动力学模型_阎培渝

超高性能混凝土流变特性及调控研究进展摘要：超高性能混凝土(ultra-highperformanceconcrete，UHPC)是一种基于颗粒紧密堆积理论设计的新型水泥基复合材料，它具有超高抗压强度、高韧性、优异耐久性等特点，在大跨径桥梁、薄壁结构、建筑装饰和海洋平台等领域具有广阔的应用前景。

优异的流变性能是保障UHPC顺利浇筑、发挥其性能优势的关键。

然而，UHPC采用了极低水胶比(通常为0.2左右)，导致新拌UHPC黏度高、流动速度慢、静态损耗快，给泵送和浇筑带来一定困难，且对内部纤维分散和取向及其力学性能有着显著影响。

关键词：超高性能混凝土；流变特性；调控措施1UHPC流变性能表征UHPC（超高性能混凝土）是由水泥、辅助性胶凝材料、水、骨料、纤维、外加剂组成的复合材料。

在UHPC中，水泥和骨料的比例较高，纤维的加入使得UHPC具有更好的抗拉强度和抗冲击性能。

除此之外，UHPC还表现出典型的剪切变稠特性，具有明显的非线性流变特征。

研究发现，硅灰含量（0～25%）对UHPC流变性的影响很大，大多数UHPC拌合物都表现出明显的剪切增稠行为。

为了研究UHPC的流变特性，Bingham模型、改进的Bingham模型和Herschel-Bulkley模型已被广泛用于各种水泥基材料的流变行为研究。

其中，Herschel-Bulkley模型更适合用来描述新拌状态下UHPC的流变特性。

此外，含偏高岭土的UHPC流变性能更适宜采用Herschel-Bulkley模型评价。

在粗骨料UHPC的流变性能和稳定性方面，呈现出剪切变稀行为，改进的Bingham模型具有更准确的流变参数拟合结果。

2UHPC流变性能调控2.1水膜层厚度2.1.1用水量或水胶比Ultra-HighPerformanceConcrete(UHPC)是一种具有很高强度和优异耐久性的混凝土材料，但是如果水胶比过低，会导致它的工作性变差，施工难度增加。

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】
1.基于微观信息的水泥水化动力学模型研究 [J], 金贤玉;王宇纬;田野;金南国
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
3.基于各相矿物组成含量的水泥水化动力学模型 [J], 刘光宗;方水平;陈小燕
4.基于水化动力学模型的水泥基材料温度效应 [J], 吕全红;肖莲珍
5.粉煤灰-水泥浆体二元体系的水化动力学模型 [J], 吴浪;王信刚;任晓
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跳仓法施工中超长大体积混凝土配合比优化设计研究［摘要］目前，建筑施工领域在面对超长、大体积混凝土基础底板以及超长结构楼板时，均是通过留置后浇带来控制混凝土内部应力，避免裂缝的产生。

近年来，后浇带在建筑施工领域已得到十分广泛的应用。

不同工程后浇带留设情况也有所不同。

在结构施工过程中，后浇带需保留至主体结构全部封顶后再进行封闭，从而保证结构形成一个整体。

后浇带的留设可以代替结构中的永久变形缝，有助于改善结构的性能。

本文以Z市T项目为例，论述了跳仓法技术在超长大体积混凝土结构施工中的原材料选择及混凝土配合比优化这一关键问题。

研究了单掺粉煤灰与粉煤灰、矿渣粉复掺掺量对混凝土工作性能、强度和绝热温升的影响，优化配制了一种单掺粉煤灰的低水化热温升的C35大体积混凝土。

试验结果表明：在满足C35强度设计要求基础上，矿渣粉可以显著提升混凝土早期抗压强度，而粉煤灰对混凝土后期强度贡献值较大；复掺矿物掺合料的混凝土工作性能较单掺有明显提升；粉煤灰部分取代水泥对降低混凝土的绝热温升较矿粉显著。

［关键词］超长地下室结构；大体积混凝土；跳仓法；配合比随着建筑行业迅速发展，新建工程体量越来越大，单层面积大、地下室超长结构工程越来越多。

目前全国范围内的建筑施工大多采取设置施工后浇带和沉降后浇带的方法来解决上述建筑物因温度、收缩和沉降导致的混凝土开裂问题。

但后浇带的设置易导致施工困难、进度慢、质量难以保证，特别是沉降后浇带的长期设置易造成安全隐患、在高水位地区须长时间降水，不符合绿色施工且有可能影响周围建筑物安全，从而带来进度、质量、环保、安全、管理等诸多方面新的问题[1]。

从控裂、设计、施工、建筑功等综合角度来看，采用跳仓法一次性连续形成建筑整体结构是解决上述问题的一个有效的方式[2]。

其中，混凝土原材料的选择与配合比的优化是跳仓法施工中一项关键的问题。

1跳仓法施工原理超长、大体积混凝土结构跳仓法施工的基本过程就是将结构合理划分为若干块，然后根据施工现场划分区块合理组织施工，相邻块混凝土间隔7d后进行浇筑，合理利用“减、放、抗”的原理，从而取消温度后浇带（施工缝），较好地控制混凝土裂缝。

孙全胜等：大体积混凝土水化热温度效应的研究大体积混凝土水化热温度效应的研究孙全胜，张德平（东北林业大学，哈尔滨150040）【摘要】以梅山跨海大桥为背景，应用ANSYS有限元软件对该桥桥墩的混凝土水化热温度效应进行数值模拟分析，并且根据该桥实际工程中监测的温度发展曲线校正ANSYS数值分析的温度场，得出了大体积混凝土水化热温度效应发展规律，为以后类似结构的温控工程提供参考。

【关键词】大体积混凝土；水化热；温度场；温度裂缝【中图分类号】TU528.0【文献标识码】B【文章编号】1001－6864（2012）01－0005－03由于施工期间水泥的水化热作用，大体积混凝土结构内部会产生较高温度梯度，在受到内部或外部的约束时将产生较大的温度应力，从而导致混凝土开裂。

由于温度应力引起的裂缝具有裂缝宽、上下贯通等特点，对结构的承载能力、防水性能、耐久性等都会产生很大影响［1］。

因此只有控制好大体积混凝土内部的温升速度和温度梯度，才能更好的控制由其产生的温度应力，从而控制大体积混凝土的裂缝开展问题。

1工程概况梅山跨海大桥长1487m。

大桥主桥桥跨为75m+ 130m+75m的预应力混凝土连续刚构，主桥桥墩采用分离双薄壁墩，断面尺寸1.5mˑ6.0m，两片墩纵桥向间距6.5m，主跨侧墩高15.816m，边跨侧墩高15.732m，单个桥墩混凝土量高达143m3，属于大体积混凝土构件。

为了减小混凝土构件内外温度差，降低温度梯度，消除温度应力带来的裂缝，于是在桥墩内部布置了冷却水管，利用循环冷却水将水化热产生的大部分热量带出混凝土内部，降低混凝土内部的温度场，减小温度应力，抑制温度裂缝的产生。

混凝土内部冷却水管的布置如图1、图2所示。

2大体积混凝土水化热温度效应数值分析2．1分析方法文中分析混凝土的温度分布和发展规律时主要考虑了混凝土浇筑温度、胶凝材料含量、水化热、比热、导热系数、密度、距混凝土表面1 2cm处空气的温度等影响因素。

基于毛细水张力理论解释混凝土自收缩行为摘要：混凝土的收缩开裂严重危害了结构物的安全性和耐久性。

对高强混凝土（HSC）来说，早期的湿度收缩（包括自收缩和干燥收缩）是造成其开裂的主要原因，而混凝土的自收缩作为混凝土非荷载变形的一个极其重要的方面，其对于混凝土结构的完整性具有极其重要的意义。

本文主要从混凝土早期收缩的分类和定义出发，结合胶体与界面相关知识，通过湿度及变形相关机理和毛细水张力理论对混凝土早期自收缩的产生机理进行分析。

关键词：自收缩；湿度；毛细管现象11 混凝土早期收缩的分类及定义1.1 塑性收缩新浇筑的混凝土在凝结硬化前由于表面水分蒸发而产生的收缩被称为塑性收缩。

在干燥、高温、大风的环境下，混凝土表面往往因过大的塑性收缩而产生一定量的平行裂缝，称为塑性收缩裂缝。

塑性收缩裂缝发生在混凝土凝结之前，其动力是混凝土表面毛细孔体系内的表面张力。

当蒸发速率超过了泌水达到表面的速率时，表面粒子（水泥和骨料）之间的水中将形成复杂的弯月面体系，由于表面张力的作用在粒子之间的水中形成负压力，从而引起收缩变形。

影响塑性收缩的因素主要有混凝土的初始塌落度、水灰比、凝结时间、外部环境等，通过表面覆盖或浇水养护、缩短凝结时间等方法可以有效地减小塑性收缩的产生。

1.2 温度变形温度变形指混凝土由温度变化引起的体积改变。

水泥水化时会产生大量的水化热，使混凝土温度升高，随着水化进程的结束，热量的散失，混凝土温度降低。

因此在混凝土早期的温度变形是先膨胀后收缩。

温度收缩对混凝土性能有害，大体积混凝土的内部温升可达50℃以上，巨大的内外温差会引起极大的温度应力从而导致混凝土开裂。

混凝土的内部湿度会从以下两方面影响其温度变形：湿度不同使水泥水化速率不同，从而影响水化放热；湿度会改变混凝土热膨胀系数。

1.3 化学收缩研究表明，水泥水化产物的绝对体积要小于反应前水泥和水的总体积，这一体积的减小被称为化学减缩。

化学减缩随着水化反应的进行而不断发展。

科威特866项目自密实砼技术应用摘要自密实混凝土(Self-Compacting Concrete,简称 SCC),指混凝土拌合物不需要振捣仅依靠自重即能充满模板、包裹钢筋并能够保持不离析和均匀性,达到充分密实和获得最佳性能的混凝土,属于高性能混凝土（High Performance Concrete）的一种。

本文将概述SCC的发展和性能特点并借助科威特866项目介绍自密实混凝土在其工程上的应用。

通过把控技术难点，优化施工工艺，将自密实性能和清水效果结合，使得自密实清水混凝土成功应用在国外项目上，获得了国外友人较高的评价。

关键词自密实混凝土；高性能混凝土；技术难点；施工工艺；效果结合在上个世纪80年代，日本学者Okamura[1]首次成功应用自密实混凝土（以下称SCC）,自此SCC应运而生。

SCC在建筑工程中的应用非常广泛。

它适用于各种类型的建筑物，包括住宅、商业建筑、公共设施等。

SCC能够填满复杂形状的模板，保证结构的完整性，并且在施工过程中减少了人工振捣的需要，提高了工作效率。

对于桥梁和隧道等大型基础设施建设项目来说，自密实混凝土是一种理想的选择。

SCC的高流动性使得它能够轻松充实到桥梁梁板和隧道墙壁的狭窄空间中，确保结构的均匀性和密实度。

在城市基础设施建设中，自密实混凝土也发挥了重要作用。

例如，在地铁隧道的建造过程中，SCC能够自动填充较窄的空间，提高施工效率并减少噪音和振动对周围环境的影响。

对于高层建筑而言，SCC是一种理想的结构材料。

由于其高自密实性，SCC能够确保混凝土结构的整体均匀性，并减少裂缝和渗漏的风险，提高建筑的安全性和耐久性。

SCC拌合物具有高的流动性而不离析、不泌水，能不经振捣或少振捣而自动流平并充满模型和包裹钢筋的混凝土。

这样就大大提高了混凝土的质量，减少了空洞、蜂窝、麻面等质量缺陷，并且还可以加快施工速度，降低施工作业面附近的噪音，具有良好的施工性[2]。

1 SCC研究发展进程北京城建集团构件厂在1993研制了一大流动性高强度混凝土，随后又以高性能为重点，使免振捣自密实混凝土的研究与应用得到发展，奠定了现代化的施工方法及体系基础，使得SCC具有广阔的发展前景[3]。

万方数据公路２００９年第３期为３ｍｍ的不锈钢管、内灌ＲＰＣ２００。

下弦为ＲＰＣ双梁，梁高３８０ｒａｍ；均按常规混凝土工艺预制。

每个预制段长１０ｍ、高３ｍ，运到现场后用后张预应力拼装而成［２］。

该桥的结构设计特点是混凝土结构内无箍筋、分别在体内和体外布置预应力钢筋，并使用不锈钢管约束ＲＰＣ，以提高其强度和延性。

由于采用ＲＰＣ，大大减轻了自重，提高了在高湿度环境、频繁受除冰盐腐蚀与冻融循环作用下的结构耐久性能。

图１Ｓｈｅｒｂｒｏｏｋｅ桥全貌及其上部结构形式１９９８年８月，在加拿大Ｓｈｅｒｂｒｏｏｋｅ市召开了第一次以ＲＰＣ和高性能混凝土为主题的国际研讨会，会上就ＲＰＣ的原理、性能和应用进行了广泛而深入的探讨。

与会专家一致认为：作为一类新型混凝土材料，ＲＰＣ在桥梁工程中具有广阔的应用前景。

２ＲＰＣ的配制原理［３￣６３ＲＰＣ是一种高强度、高韧性、低孔隙率的超高强混凝土。

它的基本配制原理是：通过提高组分的细度与活性，不使用粗骨料，使材料内部的缺陷（孑Ｌ隙与微裂缝）减到最少，以获得超高强度与高耐久性。

与普通混凝土有所不同，ＲＰＣ的组成材料主要包括：（１）水泥；（２）级配良好的细砂；（３）磨细石英粉；（４）硅灰等矿物掺合料；（５）高效减水剂；（６）对韧性有较高要求时，还需要掺入微细钢纤维。

２．１提高匀质性，减少材料内部缺陷对于大多数固体材料，理论强度值一般为其弹性模量的０．１～０．２倍，但实测值只有其弹性模量的（ｏ．１～ｏ．２）×１０＿３倍。

两者相差上千倍，其原因就是由于材料内部结构不完善、存在大量缺陷。

因此要充分发挥材料的性能就必须尽量减少缺陷、提高匀质性。

普通混凝土硬化前，水泥浆体中的水分向亲水的骨料表面迁移，在骨料表面形成一层水膜，从而在硬化的混凝土中留下细小的缝隙；此外，浆体泌水也会在骨料下表面形成水囊，使得混凝土在承受荷载作用以前，界面处就充满了微裂缝。

由于水泥石和骨料的弹性模量不同，当应力、温度发生变化时，浆体和骨料的变形不一致，在浆体与骨料的交界面上出现剪应力和拉应力，从而导致微裂缝的产生。