水泥水化计算机模拟研究进展
水泥混凝土中水化过程的数值模拟研究
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。
基于计算智能的水泥水化过程建模方法与关键技术研究的开题报告
基于计算智能的水泥水化过程建模方法与关键技术研究的开题报告一、研究背景水泥水化过程是水泥混凝土硬化的过程，也是一个极其复杂的化学反应过程。
传统的试验方法不仅耗时费力，而且结果难以稳定和重现，且受约束条件的限制。
近年来，计算智能技术的迅猛发展，为水泥水化过程的建模提供了新的手段和思路。
基于计算智能的水泥水化过程建模方法，在深入研究水泥水化机理的基础之上，为预测和控制水泥混凝土的性能提供了重要的理论支撑和技术手段。
二、研究目的和意义本研究旨在通过基于计算智能技术的水泥水化过程建模方法，实现对水泥水化反应过程的建模和预测。
具体目标如下：1. 探究水泥水化过程的机理，建立相应的数学模型。
2. 运用计算智能技术，对水泥水化过程的模型进行优化和修正，提高模型的精度和可靠性。
3. 基于建立的模型，进行水泥水化过程的模拟和预测，为水泥混凝土的设计和优化提供理论支撑和技术手段。
三、研究内容和方法（一）研究内容1. 深入分析水泥水化过程的机理，建立相应的数学模型。
2. 运用计算智能技术，对水泥水化过程的模型进行优化和修正，提高模型的精度和可靠性。
3. 进行水泥水化过程的模拟和预测，为水泥混凝土的设计和优化提供理论支撑和技术手段。
（二）研究方法1. 文献综述法：对水泥水化过程的相关文献进行系统梳理和研究，探究其机理和建模方法。
2. 实验法：通过实验手段获取水泥水化过程中关键参数，并将其应用于模型的建立和预测。
3. 计算方法：利用计算机软件，运用计算智能技术，对水泥水化过程的模型进行优化和修正，提高模型的精度和可靠性。
四、研究预期成果和创新点（一）预期成果1. 建立数学模型：本研究将建立水泥水化过程的数学模型，系统地分析水泥水化过程中液相反应、晶体成长、溶解和水合等各个环节的反应机理，并将建立的模型与实际试验数据进行验证和比较，以提高模型的精度和可靠性。
2. 进行模拟和预测：基于建立的数学模型，本研究将进行水泥水化过程的模拟和预测，为水泥混凝土的设计和优化提供理论支撑和技术手段。
混凝土水化反应动力学研究
混凝土水化反应动力学研究一、前言混凝土是一种广泛应用的建筑材料，其性能与水化反应密切相关。
混凝土水化反应动力学研究旨在探究混凝土的水化过程及其对混凝土性能的影响，为混凝土设计和制备提供理论基础。
二、混凝土水化反应动力学研究背景1.混凝土水化反应混凝土水化反应是混凝土硬化的过程，其主要反应是水泥和水的化学反应。
在混凝土水化反应中，水泥中的矿物质与水发生反应，产生水化产物。
水化反应的过程决定了混凝土的性能。
2.混凝土水化反应动力学研究意义混凝土水化反应动力学研究可以探究混凝土的水化过程及其对混凝土性能的影响。
同时，该研究可以为混凝土设计和制备提供理论基础。
深入研究混凝土水化反应动力学，可以提高混凝土的性能和耐久性，同时也可以节约水泥的使用量，减少对环境的污染。
三、混凝土水化反应动力学研究方法1.实验方法混凝土水化反应动力学研究通常采用实验方法。
实验方法可以通过对混凝土中水化反应过程的观察和分析，来了解混凝土水化反应的动力学特性。
2.模拟方法模拟方法是混凝土水化反应动力学研究中另一种常用的方法。
模拟方法可以通过计算机模拟，来模拟混凝土的水化反应过程，从而了解混凝土的水化反应动力学特性。
四、混凝土水化反应动力学研究进展1.实验研究近年来，混凝土水化反应动力学研究中，实验研究得到了广泛的应用。
实验研究通常通过对混凝土中水化反应过程的观察和分析，来了解混凝土水化反应的动力学特性。
目前，常用的实验方法包括热释放法、电化学阻抗谱法、X射线衍射法等。
2.模拟研究另一方面，模拟方法也被广泛应用于混凝土水化反应动力学研究中。
模拟方法可以通过计算机模拟，来模拟混凝土的水化反应过程，从而了解混凝土的水化反应动力学特性。
目前，常用的模拟方法包括离散元法、分子动力学模拟等。
3.混凝土水化反应动力学模型混凝土水化反应动力学模型是混凝土水化反应动力学研究中的重要内容。
该模型可以通过对混凝土中水化反应过程的模拟和分析，来预测混凝土的性能和耐久性。
水泥水化程度研究方法及其进展
水泥水化程度研究方法及其进展摘要：水泥混凝土各项性能的发展都是基于水泥水化这一过程开始的，水泥水化机制直接影响其水化放热量和放热速率，并影响混凝土的各种物理力学性能的发展。
关键词：水泥水化；过程；方法；控制1.前言提高混凝土的性能，必须从水泥水化入手，弄清楚水泥水化的本质、水泥水化的机理及水泥水化动力学等，才能不断改进水泥的品质，进而提高混凝土的性能。
本文将对水泥水化的相关内容进行分析。
2.水泥水化过程水泥的凝结和硬化，是一个复杂的物理化学过程，其根本原因在于构成水泥熟料的矿物成分本身的特性.水泥熟料矿物遇水后会发生水解或水化反应而成水化产物，这些水化产物按照一定的方式靠多种引力相互搭接和联结形成水泥石的结构从而产生强度.普通硅酸盐水泥熟料主要是由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙四种矿物组成，其相对含量大致为：硅酸三钙37～60%，硅酸二钙15～37%，铝酸三钙7～15%，铁铝酸四钙10～18%.这四种矿物质遇水后均能发生水化反应，但由于矿物本身结构差异以及相应水化产物性质的不同，各矿物的水化速率和强度也不尽相同。
C3S水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体.该水化反应的速度快，形成早期强度并产生早期水化热.C2S水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体。
该水化反应的速度慢，对后龄期混凝土强度的发展起关键作用.其水化热释放缓慢，产物中氢氧化钙的含量减少时，可以生成更多的水化产物.C3A水化生成水化铝酸钙晶体.该水化反应速度极快，并且释放出大量的热量.石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状晶体（钙矾石）.钙钒石难溶于水，包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍水分进入水泥内部，使水化反应延缓，从而避免了纯水泥熟料水化产生闪凝现象。
3.水泥水化程度研究之传统方法3.1水化热法水泥拌水后，发生一系列物理变化和化学变化，并释放出大量热量.由于水泥水化放热量的多少与水泥的水化程度有着必然联系，因此基于某时刻水泥试样放热量的确定，可以得出该时刻（t）的水泥水化程度t为t=Qt/Qmax式中：Qt为t时刻水泥水化放热总量；Qmax为水泥完全水化放热总量.水泥浆体水化热的测量主要有直接测定法与溶解热法.直接测定法（GB202280）是一种操作简单、不需其它化学试剂和无污染的标准试验方法.其原理是：水泥胶砂在特定的环境中水化，然后根据水泥水化热量积蓄和散失的多少求得水泥各龄期的水化热.溶解热法（GB/T1295991）是依据热化学中的盖斯定律，即化学反应的热效应只与体系的初态和终态有关，而与反应的途径无关而提出的.它是在热量计周围温度一定的条件下，分别将未水化的水泥与已水化至一定龄期的水泥放在一定浓度的标准酸中溶解，然后测定溶解热之差，即为该水泥在规定龄期内所放出的水化热.该方法适用于硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、中热水泥及低热矿渣水泥等水泥水化热的测定.我国目前大多数厂家及试验单位一直沿用直接测定法测定水泥水化热，而溶解热法测定水泥水化热则为美国、英国、日本等国所采用。
水泥水化程度研究方法及其进展_王培铭
第8卷第6期2005年12月建 筑 材 料 学 报JO U RN A L OF BU IL DIN G M AT ER IAL S Vo l.8,No.6Dec.,2005收稿日期:2005-05-25;修订日期:2005-07-14基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)资助项目(2001CB610704)作者简介:王培铭(1952-),男,山东人,同济大学教授,博士生导师,博士.文章编号:1007-9629(2005)06-0646-07水泥水化程度研究方法及其进展王培铭, 丰曙霞, 刘贤萍(同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室,上海200092)摘要:综述了几种传统的水泥水化程度研究方法(水化热法,化学结合水法,CH 定量测试法,水化动力学法)以及新兴的图像分析法和计算机模拟法,着重介绍了图像分析法在水泥基复合体系中各组分水化程度研究中的应用.关键词:水化程度;研究方法;图像分析中图分类号:T Q 172.1 文献标识码:AResearch Approaches of Cement Hydration Degree and Their DevelopmentWAN G Pei -ming , FEN G Shu -x ia, L I U X ian -p ing(Key Laboratory of Advanced Civil Engineering Materials of EducationMinistry,T ongji U niversity,Shanghai 200092,China)Abstract:T raditional research methods to measure cement hy dration degree including hydr ation heat,non -evaporable w ater,CH quantitative m easurement,cement hydration kinetic m odel are review ed in this paper.At the same time,so me new resear ch methods including im ag e analysis and com puter three -dimensional simulatio n are also rev iew ed.Furthermo re,the use of image analysis for r esearch of hy dration degree of each com ponent in blended cement system is intro -duced em phatically.Key words:hydration degree;research approach;image analy sis水泥水化程度指在一定时间内水泥水化量与水泥完全水化量之比.对于纯水泥体系中水泥水化程度的研究,国内外学者已做了大量的工作,并形成了一系列较为成熟的理论和方法,如:水化热法[1],化学结合水法[2],CH 定量测试法[3],水化动力学法[4]等.对于掺加粉煤灰、煤矸石、矿渣等具有火山灰活性混合材的水泥基复合体系,传统的水泥水化程度研究方法由于自身的不足而无法定量得出复合体系中各组分水化程度的结果,而新兴水化程度研究法)))图像分析法[5]因其可直观研究并直接得出水泥基复合体系中各组分的水化程度而备受水泥基材料研究者的重视.在图像分析法的基础上结合现有的纯水泥水化计算机模型[6],有望用计算机对水泥基复合体系中各组分水化过程进行模拟,因此本文着重对水化程度图像分析法的发展与现状进行描述.1 水泥水化程度研究之传统方法1.1 水化热法水泥拌水后,发生一系列物理变化和化学变化,并释放出大量热量.由于水泥水化放热量的多少与水泥的水化程度有着必然联系,因此基于某时刻水泥试样放热量的确定,可以得出该时刻(t )的水泥水化程度A t 为A t =Q t /Q max (1)式中:Q t 为t 时刻水泥水化放热总量;Q max 为水泥完全水化放热总量.水泥浆体水化热的测量主要有直接测定法与溶解热法.直接测定法(GB 2022)80)是一种操作简单、不需其它化学试剂和无污染的标准试验方法.其原理是:水泥胶砂在特定的环境中水化,然后根据水泥水化热量积蓄和散失的多少求得水泥各龄期的水化热[7].溶解热法(GB/T 12959)91)是依据热化学中的盖斯定律,即化学反应的热效应只与体系的初态和终态有关,而与反应的途径无关而提出的.它是在热量计周围温度一定的条件下,分别将未水化的水泥与已水化至一定龄期的水泥放在一定浓度的标准酸中溶解,然后测定溶解热之差,即为该水泥在规定龄期内所放出的水化热.该方法适用于硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、中热水泥及低热矿渣水泥等水泥水化热的测定[8].我国目前大多数厂家及试验单位一直沿用直接测定法测定水泥水化热,而溶解热法测定水泥水化热则为美国、英国、日本等国所采用.水化热法主要用于纯水泥体系的水泥水化进程研究,但此方法不适用于水泥基复合体系中水泥水化程度的测定.这是由于粉煤灰、煤矸石等活性掺和料的加入会对水泥水化产生一定的物理化学作用,而到目前为止,人们还不能够量化出这种作用.此外,水化热法虽对纯水泥体系早期水化进程起着很好的表征作用,但该法不适用于长龄期水泥水化程度的测试,其原因主要在于水化若干天以后,水泥水化放热量降低,水化热曲线趋于平缓,由测量系统本身及操作人员造成的误差越来越大.对于直接测定法,为了减小因实验系统造成的误差,建议用聚苯乙烯泡沫板代替保温装置中的软木塞.因为与软木塞相比,聚苯乙烯板有着导热率低,防水,易于加工,易于塞紧等优点[7].1.2 化学结合水法硬化水泥浆体中的水可分为化学结合水和非化学结合水两大类.化学结合水以OH -或中性水分子形式存在,通过化学键或氢键与其它元素连接.在相同温度、湿度养护条件下,硬化水泥浆体中的化学结合水量随水化物增多而增多,随水化程度提高而增大,因此将所测t 时刻硬化水泥浆体与完全水化水泥浆体的化学结合水量相比,即可计算出硬化水泥浆体于t 时刻的水化程度.Escalante -Garcia [2]与K jellsen 等[9]研究表明:对于纯水泥体系,基于硬化水泥浆体t 时刻化学结合水含量与完全水化水泥浆体化学结合水含量(化学结合水含量W n(%)=100@((干燥后水泥浆体质量-灼烧后水泥浆体质量)/灼烧后水泥浆体质量-LOI),水泥烧失量LOI(%)=100@(灼烧前水泥质量-灼烧后水泥质量)/灼烧前水泥质量)的确定,可得出t 时刻硬化水泥浆体的水化程度为A t =W n t /W n ](2)式中:W n t 为水化t 时刻硬化水泥浆体的化学结合水含量;W n ]为完全水化水泥浆体的化学结合水含量.新研究发现[2],上述计算方法未考虑到灼烧过程中因CaCO 3热分解引起的质量损失,对结果造成一定误差,因此建议使用如下的修正公式计算化学结合水含量W n(%)=100@[(干燥后水泥浆体质量-灼烧后水泥浆体质量)/灼烧后水泥浆体质量-LOI -W CO 2](3)式中:W CO 2为硬化水泥浆体中分解出来的CO 2含量.W CO 2计算公式如下W CO 2(%)=100@(CO 2质量/灼烧后水泥浆体质量)(4)则:t 时刻水泥水化程度为A t =W n t /W n ](5)目前常用的化学结合水含量测试法有2种,一种是普通升温法,即通过直接升温至105e ,先除去样品中的非化学结合水,再灼烧至1050e ,然后在此温度下将样品烧至恒重,记录样品在105647 第6期王培铭等:水泥水化程度研究方法及其进展648建筑材料学报第8卷~1050e的质量损失,也就是样品的化学结合水含量;另一种是减压干燥法.由于钙矾石在水化初期已大量形成,且在70e左右会大量脱水,用普通升温法会使化学结合水尤其是早期化学结合水含量测定值偏低,因此宜采用减压干燥法.减压干燥法一般把干冰干燥(D干燥)方法看作是标准方法[10].化学结合水法为测试水泥水化程度的传统方法,由于其测试的方便简易而得到了广泛的应用.但该方法仍存在着一定的缺点,在75e的低温或真空状态下部分水泥水化产物如C-S-H凝胶, AFm,AFt中的部分弱结合水就开始分解,导致所测化学结合水含量较实际偏小,影响了测试的精确性.化学结合水法与水化热法一样,目前只适用于纯水泥体系中水泥水化程度的研究.对于水泥基复合体系而言,化学结合水法只能定性比较水化产物生成量的多少,而其中的水泥及各活性组分的水化程度则无法直接测试得出.1.3C H定量测试法水泥水化主要产物为水化硅酸钙、水化硫铝酸钙以及氢氧化钙(CH).研究表明,普通硅酸盐水泥完全水化时需水量为水泥质量的20%~24%,生成CH量为水泥质量的20%~25%[3,11].由于水泥水化程度与水泥水化生成的CH含量成正比,因此可以通过确定水泥浆体中的CH含量而间接得出水泥水化程度.对于纯水泥体系,基于硬化水泥浆体t时刻CH含量与完全水化水泥浆体CH含量的确定,可得出t时刻硬化水泥浆体的水化程度A t为A t=W(CH)t/W(CH)](6)其中,W(CH)t为水化t时刻硬化水泥浆体CH含量,W(CH)]为完全水化水泥浆体CH含量.CH含量可通过定量X射线衍射(QXRD)、差示扫描量热分析(differential scanning calorime-try,简称DSC)或热重分析(therm ogr av im etry analysis,简称T GA)[12,13]等方法测量得出.由于CH 的择优取向及无定形CH的存在,用QXRD法测量的CH含量结果偏低,因此多采用热分析法测量[14].对于掺有粉煤灰、煤矸石、矿渣等具有火山灰活性混合材的水泥基复合体系来说,由于其中的活性SiO2会与水泥水化产物CH进行二次反应生成水化硅酸钙凝胶,所以上述理论不能直接应用于复合体系水泥水化程度的研究.在粉煤灰与水泥的复合体系中,水化3~7d内,粉煤灰开始与水泥水化产物之一CH反应,但3个月后仍有大量的CH与未水化的粉煤灰存在.粉煤灰与水泥水化产物CH反应生成物主要为水化硅酸钙,也就是C-S-H凝胶,比水泥水化生成的C-S-H凝胶有着较低的钙硅比[3].Berr y等[13]和施惠生等[15]揭示了早期水化进程中,粉煤灰对整个体系起着物理填充的作用,并参与形成钙矾石(AFt);而在长期水化进程中,粉煤灰则主要参与硅铝化合物的形成反应.粉煤灰的掺入在长龄期里表现的作用有以下两方面:第一,它加强了颗粒之间的联系;第二,吸收CH.煤矸石与粉煤灰的成分大体相同,煤矸石与水泥水化产物之间的反应也主要是与CH 作用生成水化硅酸钙.虽然CH定量测试法不能定量应用于水泥基复合体系,但测出的CH含量能反映出具有火山灰活性的混合材对水泥基复合体系的影响.1.4水化动力学法水泥和水拌和后,硬化水泥浆体中固、液、气三相同时存在,并发生一系列物理化学变化.基于前人研究出的用于描述多相体系中物理化学变化特征的数学方程,Bezjak等[16,17]研究得出了硬化水泥浆体中各主要组分水化的数学模型.基于前人建立的硬化水泥浆体各组分的水化模型,Dabic, Krstulovic等[4,18]进一步研究了水泥的水化过程,并建立数学模型来描述水化程度与水化速率的关系,进而得出水化程度与时间的关系.水泥水化动力学模型基础是水化程度与时间的关系即A~t方程,该方程是在假设众多同时发生的反应过程中只有一个过程控制着水化速率的基础上建立的.若水化反应速率由成核生长过程控制,则A ~t 方程为[-ln (1-A )]1n =k NG t,0[t [](7)这里n 是Av ra 指数,反映了成核生长机理的细节问题.若由界面反应过程控制整个水化速率,则A ~t 方程为1-(1-A )1=k I t,0[t [](8)同样,若由扩散过程控制整个水化速率,则A ~t 方程即是(1-(1-A )13)2=k D t,0[t [](9)以上3个方程便是水泥水化模型建立的动力学基础,这里k NG ,k I ,k D 均为水泥水化参数.对上述3个方程求导便可得各阶段水泥水化速率与时间的关系((d A /d t)~t).根据多相反应机理,设定水泥水化速率先后受成核生长过程、界面反应过程、扩散过程控制,则根据边界条件即可得出各阶段水泥水化参数.边界条件根据两相邻阶段水化速率相同得出,即[4]d A d t N G =d A d tI (10)d A d t I =d Ad t D (11)针对不同水化体系,n,k NG ,k I ,k D 有不同取值.陈红霞[19]将此动力学模型应用于单水泥熟料矿物C 3S 水化过程的研究,得出在养护温度为20e 、水固比为2的条件下,单矿物C 3S 水化体系的Avra 指数和水化参数分别为:n =2.1652,k NG =0.094,k I =0.059,k D =0.0002.将具体参数值代入数学模型,发现由此得出的理论(d A /d t)~t 曲线与实验(d A /d t)~t 曲线有着良好的一致性.以上方程均从理想模型得出,对于实际系统的研究往往不是十分精确,但可以作为一种工程近似用以参考.虽然动力学方程经常受到数学理论以及现实应用的双重批判,但在理解所研究水化过程中的耦合作用时仍然具有建设性的意义.2 水泥水化程度研究方法新进展2.1 图像分析法水化热法,化学结合水法,CH 定量法等测量方法都基于水化一定时间水泥水化结果与水泥完全水化后结果的比较.当水泥中加入活性矿物时,系统变得复杂,上述方法将很难用来分别测量水泥基复合体系中水泥以及其它各活性组分的水化程度.对于水泥-粉煤灰复合体系,用化学溶解法[20,21]可以定量测量其中的未水化粉煤灰含量,并最终可以得出t 时刻粉煤灰的水化程度.其原理是粉煤灰与水化产物进行二次反应的生成物为酸性可溶.将掺粉煤灰硬化水泥浆体溶解于苦味酸甲砜基丙烷溶液,其中的水化产物和未水化水泥均可溶解,只剩下未水化的粉煤灰颗粒[22].化学溶解法无法得出掺粉煤灰水泥浆体中水泥的水化程度,也无法得出掺煤矸石或矿渣水泥浆体中水泥、煤矸石和矿渣的水化程度,因为目前尚未找到一种合适的化学溶剂.因此,发展一种可以同时直接分析水泥基复合体系中掺和的活性矿物及水泥的水化程度的方法是非常有意义的.近年来,背散射电子图像(BEI)大量应用于水泥基复合体系中水泥和其它活性组分的水化程度研究[9,13,23,24].根据扫描电镜中背散射电子成像(BEI)原理,背散射电子是被固体样品中的原子所反射回来的一部分入射电子,它的成像衬度与样品表面原子序数的分布有关.样品表面上平均原子序数较高的区域,产生较强的信号,在背散射电子图像上呈现较亮的衬度,因此可以根据背散射电子图像衬度来判断相应区域原子序数的相应高低.对于纯水泥体系样品,BEI 图片中原子序数最高的未水化水泥颗粒呈亮白区域,其中C 4AF 因含有原子序数较大的Fe 而较C 3S 和C 2S 更亮,而C 3A 因含大量原子序数较Ca 低的Al,在未水化水泥颗粒成像区域中稍显暗淡;其次为水化产物,最暗为孔隙;对于水泥基复合体系样品,CaO 含量高的未水化水泥颗粒平均原子序数最高,在BEI 中呈亮白区域,其次是水化产物中,而未水化的活性掺和料,如粉煤灰、煤矸石等因SiO 2含量较高,649 第6期王培铭等:水泥水化程度研究方法及其进展平均原子序数较低,因此在BEI 中的成像区域较未水化水泥颗粒为暗,最暗区为孔隙.图1 水泥-煤矸石复合体系浆体水化28d 时的背散射电子图像Fig.1 BEI o f cement -co al gang ue paste at 28d ag e图1为水泥-煤矸石复合体系浆体水化28d 背散射电子图像.如图1所示,a 点处为未水化水泥颗粒,在图片中显示为最亮白区;b 点处为水泥水化产物壳层,其图像较未水化水泥颗粒稍暗;c 点处为未水化的煤矸石颗粒,其图像比水化产物更暗;d 点处为硬化水泥浆体中的孔隙,其图像最暗.根据图像中的不同灰度,通过图像处理系统可以得出不同龄期未水化水泥颗粒的体积分数,同样也可得出不同龄期未水化煤矸石颗粒的体积分数,再与初始体积分数相比,即可分别得出水泥基复合体系在不同水化龄期时水泥与煤矸石的水化程度.Feng 等[5]为了更确切地区分图片中的不同组分,将能谱分析(EDS)与图像分析结合起来,用EDS 来确定那些存在疑问的像素点的组成,以此来确定其矿物组成并最终得出其组分.研究得出:对于纯水泥体系来说,传统的化学结合水法与图像分析法结果误差在?10%内;同一样品,同一实验员,通过图像分析法所得的水化程度结果的标准误差为?1.5%~?1.8%.对于水泥基复合体系中各组分的水化程度,水泥的标准误差为?1.4%~?2.2%,粉煤灰为?4.6%~?5.0%,矿渣为?3.6%~?4.5%.图像分析法计算水化程度的具体公式如下:(1)纯水泥体系V (0)cem (%)=11+Q cem @(m w /m c )@100%(12)A cem (%)=1-V (t)cem V (0)cem (1-V gyp f )@100%(13)其中:Q cem 为水泥的真密度;V (0)cem 为水泥的体积分数;V (t)cem 为水化t 时刻未水化水泥颗粒的体积分数,由图像分析得出;V gyp f为水泥中石膏的体积分数,因为水泥中的石膏在24h 后基本完全水化[5],因此在计算未水化水泥体积分数时应将其去除.(2)水泥基复合体系中水泥与活性掺和料组分V (0)cem (%)=m cem Q cem m ma Q ma +m cem Q cem +m H 2O Q H 2O @100%(14)V (0)ma (%)=m maQ ma m ma Q ma +m cem Q cem +m H 2O Q H 2O @100%(15)A cem (%)=1-V (t)cem V (0)cem (1-V gyp f )@100%(16)A ma (%)=1-V (t)ma V 0(ma )@100%(17)其中:V (0)ma 为未水化前活性掺和料占水泥浆体的体积分数;V (t)ma 为水化t 时刻水泥浆体中未水化活性掺和料的体积分数,由图像分析得出[5].可以看出,对于水泥基复合材料各组分的水化程度研究方面,图像分析法有着无可比拟的优650建 筑 材 料 学 报第8卷点,实现了对体系中各不同组分水化程度的直接研究,在水化程度以及深度研究方面有着重要的应用价值.2.2 计算机模拟用计算机来模拟水泥的水化过程,20世纪80年代便开始了具体研究.Po mmersheim 等[25]率先对单个组分C 3S 进行了数学分析模拟,此后Jennings 等[26]在Po mmersheim 等的研究基础上,用计算机数字图片来模拟C 3S 的水化过程以及微观结构.上述研究都是对水泥熟料中单矿物的水化进行二维模拟.Phan 等[27]认为水泥水化进程的两大主要机理是相界面控制机理和扩散控制机理,在此理论基础上结合一些系统参数来模拟熟料单矿物的水化进程.在N IST 实验室中,Bentz 等[28]根据水泥颗粒粒径分布(PSD)、水灰比以及矿物组成等参数,研究出了以纯水泥水化三维模型CEM H YD 3D 来模拟纯水泥体系水化的全过程.此模型模拟了水泥矿物与水之间的反应.在此模型中,1L m 3为1个像素点,标明所代表的成分)))水、石膏或者水泥熟料中的某一矿物组分.在此基础上,对体系中的溶解、化学反应以及扩散等过程进行循环模拟.每一轮模拟完毕,皆可得出此刻水泥熟料微结构中的水化程度、孔隙率、相组成等一些性能.基于纯水泥的水化模型,以Bentz 为首的研究者们正在研究开发更高级水化模型,这也是广大水泥研究者们所感兴趣的课题之一.3 展望1.对于纯水泥体系,传统的水化程度研究方法虽然各自存在弊病与不足,但不失为有一定的科学合理性与可行性,今后应着重改进方法以增进其精确度.2.对于掺加活性掺和料的水泥基复合体系,传统研究方法因为自身的不足而无法对其中的各组分水化程度进行有效研究,图像分析法弥补了这一不足,但其还存在一定的缺陷,如对各组分图像灰度阙值如何选定,与操作人员的经验及知识水平有关等,有待进一步发展及标准化.3.计算机对纯水泥体系水化过程的模拟,进一步加深了对水泥水化过程的认识.另外,结合图像分析法与纯水泥体系的水化模型,可建立起水泥基复合体系的水化模型.参考文献:[1] 张 谦,宋 亮,李家和.水泥水化热测定方法的探讨[J 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水泥水化过程的微观分析与模拟
水泥水化过程的微观分析与模拟水泥是一种广泛应用于建筑结构中的基础材料。
它的制造过程包括将粉状水泥与水混合组成混凝土。
在水泥加水的过程中，水泥中所含有的微观成分开始进行水化反应，最终形成固体混凝土。
这个水化过程是非常复杂的，需要使用先进的模拟技术进行研究。
水泥的主要成分是氧化钙(CaO)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)和氧化铁(Fe2O3)等化学物质。
在水泥制造过程中，这些化学物质被石灰石和干法粉磨所产生的其他原料热解和反应，最终形成熟料。
在熟料中，化学反应尚未完成，在进行水化反应之前，熟料必须先通过研磨和混合等过程被加工成所需的水泥。
当水加入熟料中时，水开始与水泥中的成分发生化学反应。
在这个过程中，水泥在分子水平上进行了拆分，这就是水泥在水化反应过程中膨胀的原因。
水分子在水中被称为氢氧离子(H+)和氢氧根离子(OH-)，当它们接触到水泥中的矿物质时，就开始与包裹在石灰石和粘土矿物表面的剩余离子进行反应。
这些反应极其复杂，涉及到大量的中间产物和离子，如石灰石(CaCO3)、石英(SiO2)、黏土矿物和放线菌等。
在这种复杂的体系中，即使是视频观察也很难获得关于化学过程发展的准确信息。
在这个过程中，模拟技术可以帮助我们更好地理解水泥的化学变化。
通过计算机上的化学模型，我们可以模拟水泥中可能发生的化学反应，从而预测最终形成的化合物。
这些模型考虑了水、氢氧离子和各种离子的浓度、温度和多相交互，可以为相关阶段的化学反应提供合理预测，同时考虑了多种与水化水泥相关的条件。
在水泥水化过程中，常采用多种模拟方法，如分子动力学模拟和Monte Carlo 模拟。
这些模拟技术允许我们更好地理解水泥中的化学变化和发展，为水泥的使用和生产提供了有力的评估和支持。
分子动力学模拟方法基于牛顿力学原理，用数值模拟计算分子之间相互作用引起的动态行为，用于研究水泥中的小分子结构、表面活性等。
Monte Carlo模拟是一种更加异质的方法，可以为多相反应提供全面的描述，包括水、矿物、集成氢氧离子的缝合物以及其他化学物质的交互。
水泥水化反应研究现状与展望
行分类 ，根据对硬化水泥浆体性 能的影响属性与程 度的不 同 ， 有 以下几种 ： 多害孔 、 有害孔 、 少害孔 、 无害孔 ， 并对无害孔的孔 隙率 、 孔隙尺寸、 孔 隙形状 、 孔隙直径级配 等参 数进行 了界定 ， 这一研究成果将有利 于高性能混凝土 的孔 隙结构 特性 的界定
水泥浆体 的微观结构受多种 因素 的影响 ，主要 因素有 ： 水
泥的品种与性 能 、 水泥 的水化 反应进行过程及其环境 、 水泥 的
纯度 、 水灰 比、 水泥的矿物掺合料及其含 量与性质等 。其 中孔
隙结构理论 较为有名 ， 该方 面的学者 认 为孔隙结构 包括孔 隙率 、 粒径分布 、 孔的空间结构 。 水 泥浆体在水化反应进行过程 中的微 观结构是不断变化
关键词 ： 水 泥 ；水 化反 应 ； 研 究 ；现状 ； 展 望
０ 引 言
Ｓ Ｅ Ｍ技术 ） ＿ ５ Ｊ 。
混凝土 的性 能影 响因素非常多 ， 有 内因和外因之分 ， 对于
内因主要在于混凝土的组分材料 的品质与特性 ， 而水泥浆是其 中关键 内因要素之一。 故对水泥浆 的研究是有关混凝土研究 内
要 的建筑材料之 一， 并指 出了研究水泥水化反应 的重要性、 必要性及关键 性。文章 阐述 了水泥水化反应的性质 ； 回顾 了国 内外对水泥水化反应 的研究历程 ， 总结 了水泥水化反应研究现状与成 果； 预见 了水泥水化反应研 究的发展趋势与方向 ， 并 对 水泥的未来进行 了展 望。
（ １ ． 新疆应 用职业技术学院， 新疆 奎 屯 ８ ３ ３ ２ ０ ０ ； ２ ． 新疆永振建 筑安装工程有限公 司， 新疆 鸟 苏 ８ ３ ３ ０ ０ ０ ）
基于三维微观球模型的水泥水化模拟计算
文根 据该 三维微 观模 型 ， 动 态 角度 分 析 水化 半 径 从 与时 间 ｔ 的关 系 ， 进而得 到水 化程度 与 时间 ｔ 的关 系 ， 出 了基于三 维微 观球模 型 的水化动力 学方程 。 提
外加剂等多种因素的共同影响 ， 虽然水泥水化过程
的研究无 论 从 理 论 到 实 践 都 是 一 个 十 分 复 杂 的 问 题 Ｌ， １ 但水 泥 的水 化反 应 动力 学 则 为水 化 过 程 的核 Ｊ 心， 研究各 种 因素对 水 化动 力 学 的影 响则 可 帮助 我 们 掌握各种 情况 下 的水 泥 水化 过 程 ， 混凝 土 的设 为 计 提供理论 指导 。
整体 颗粒 的形状 仍然 是 球 形 。 泥 水化 的三 维微 观 水
模型示 意 图如 图 １ ：
渣 的水 化过程 进行 了动力 学 研 究 ， 只对 初 期 由扩 但 散控制 的 反应 进 行 了分 析 。Ｋｓ ｌｖ ｒｔｏｉ ｕ ｃ等 提 出水 泥 基材料 的水化 反应 有 ３个基 本 过 程 ： 晶成 核 与 结
第 ３ 第 ２期 ４卷 ２１ ０ ０年 ４月
南 昌 大 学 学报 （ 理科 版 ） Ｊｕｎｌ ｆ ａｃａ ｇＵ ｉ ｒｔ（ ａ ｒ ｃ ｎ ｅ ｏｒａ ｏ Ｎ ｎｈｎ ｎｖ ｓｙ Ｎ ｔ ａ Ｓｉ ｃ） ｅｉ ｕｌ ｅ
Ｖｏ ． ４ Ｎ ． １３ ｏ ２ Ａｐ ． ０１ ｒ２ ０
（ ［ 一 — １ ２ ）— ］ ） ＝— — ｘ 赤
ｘ
收 稿 日期 ：０９一ｌ ２０ ２一ｌ ８ 基 金 项 目 ： 西 省 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（０ ７ Ｚ ４ ０ ； 技 支 撑 基 金 资 助 项 目（０ ９ Ｈ １６０ 江 ２ ０ Ｇ Ｗ２ ７ ）科 ２０ Ｂ Ｂ ５ ０ ） 作者简介 ： 固全 （９４一） 男 ， 宋 １６ ， 教授 ， 博士 ， 博士生导师 ．
水泥水化计算机模拟研究进展
ＣＡ（）ＸｉｕｌｉⅢ，Ｉ。ＩＬ ｒ Ｙｕａｎｓｈｏｕ３，ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇｆｅｉ ４，Ｄ（）ＮＧ Ｘｉａｎｆｅｎ９５，ＳＨＥＮ Ｙｉｍｉｎ９６
（１ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｌ）ｏｒｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｏｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９８；２ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
模型做了修正和改进［””“。 ＨＹＭ（）ＳＴＲＵＣ模型的提出基于以下假设：（１）水化产 物首先在溶解的水泥颗粒周围析出，且在整个水化进程中水 化产物的密度不变（恒温养护条件）；（２）假设粒径相似的水 泥颗粒的水化速率一致，得到的水化产物的组分含量相同； （３）单个水泥颗粒的溶解和扩散进程均是向同心方向进行。
ＨＹＭＯＳＴＲＵＣ模型
ＨＹＭ（）ｓＴＲＵＣ模型是由荷兰代尔夫特理丁大学的Ｋ．
ｖａｎ
Ｂｒｅｇｕｅｌ等』１３开发的，该模型模拟了水泥颗粒的水化进
程，可作为研究水泥基材料微观结构发展的Ｔ具。ＨＹＭ（）Ｓ— ＴＵＲＣ模型考虑了水泥的矿物组分、水泥的粒径分布、水灰
比和温度对水化反应的影响。模型的具体阐述可见文献［１， ２］。近年来，不少研究者在Ｋ．ｖａｎ ＢｒｅｇｕｅＩ的基础上又对该
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ
ｃｅｍｅｎｔ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ。ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ，ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｈｅａｔ，ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔ
０
引言
水泥水化是水泥中各种纰分与水之间发生相互反应的
件。本文对具有代表性的计算机仿真模型进行了概述，介绍 了模拟过程和效果，重点介绍ＨＹＭ（）ＳＴＲＵＣ模型、ＣＥＭ—
模块、分相模块和水化模块，共７０个子程序（函数），程序代
水泥水化模型
4.2 CEMHYD 3D digital hydration model
CEMHYD 3D 模型将水泥浆体离散化为一个许多的立方体晶格，每一个晶格 赋予不同的材料属性（例如孔隙水、C3S 等） 。能够计算出水化热、孔隙率、凝结 时间等水化进程参数， 也可以和有限元耦合， 计算出强度、 弹模等宏观力学参数。
Do / Di Do / Di 0 ( / 0 ) N
（2-6）
式中，ε 0 为初始孔隙率，与浆体水灰比有关，通过下式计算：
0
3.2( w / s) 1 3.2( w / s)
（2-7）
ε 为不同水化程度下的孔隙率，通过下式表达：
1
1 (0.7 ) 1 3.2( w / s)
3 成核增长模型
对于单颗粒模型， 存在着没有考虑颗粒与颗粒的接触嵌入的缺点，而成核增 长模型能够克服上述确定。 在水化反应初期，转化度较低，假设颗粒与颗粒没发生碰撞，单颗粒增长行 为； 当反应物充足时，核子的增长速度由如下公式计算：
v Gt p
v Gt p /2
V Nv
但如果核子之后会不断的生长，则由下式计算：
X (t ) 1 exp[(kt )m ]
（3-5）
上式中，X(t)是 t 时刻的转化核子的体积分数；m 和前面定义相同。 由于实际水化过程中， 核子转化并不是空间内是随机分布的，而只是发生在 边界一定范围内，因此考虑上述条件时，则有边界成核增长模型，有如下方程控 制。
图 3-1 为采用成核增长模型和边界成核增长模型模拟的计算结果， 从图中可 以看出，边界成核增长模型能够更好的模拟水泥水化初期的水化反应。
cement hydration kinetics and microstructure development. Cem. Concr. Res 2011
水泥水化程度研究方法及其进展
水泥水化程度研究方法及其进展一、本文概述水泥水化程度作为衡量水泥混凝土性能的重要指标之一，其研究对于优化混凝土结构设计、提高工程质量和延长使用寿命具有重要意义。
本文旨在探讨水泥水化程度的研究方法及其进展，包括传统的研究手段和现代分析技术的应用，以及这些方法在水泥水化机理、水化过程控制和水化产物性能评估等方面的实际应用。
文章将概述水泥水化的基本过程，分析影响水泥水化的主要因素，介绍各类研究方法的基本原理和特点，评述它们的优缺点和适用范围，并展望未来的研究方向和发展趋势。
通过本文的综述，读者可以对水泥水化程度的研究现状有全面的了解，为水泥混凝土的性能优化和应用提供理论支持和实践指导。
二、水泥水化过程及其影响因素水泥水化是水泥混凝土性能形成和发展的重要过程，其涉及水泥与水反应，产生硬化体并逐渐增强混凝土强度。
水泥水化过程主要发生在混凝土浇筑后的初期阶段，通常持续数天至数周，取决于水泥类型、环境条件以及混凝土配合比等因素。
水泥水化过程可以简单划分为几个阶段：溶解阶段，水泥颗粒与水接触后开始溶解，释放出钙离子、硅酸根离子等；水化阶段，这些离子与水分子发生化学反应，形成水化产物，如氢氧化钙、硅酸钙等；凝结硬化阶段，随着水化产物的不断生成，它们填充在混凝土内部孔隙中，使混凝土逐渐硬化并增强强度。
影响水泥水化过程的因素众多。
首先是水泥的种类和性质，不同类型的水泥其水化速率、水化产物的类型和数量都有所不同。
例如，硅酸盐水泥的水化速率较快，而硫铝酸盐水泥的水化速率较慢。
其次是环境温度和湿度，温度越高，水泥水化速率越快；湿度则影响水泥的溶解和水化反应的进行。
混凝土配合比、掺合料种类和掺量、外加剂的种类和掺量等因素也会对水泥水化过程产生影响。
近年来，随着材料科学和测试技术的发展，对水泥水化过程的研究越来越深入。
通过采用先进的测试技术，如射线衍射、扫描电子显微镜、热分析等，可以更加详细地了解水泥水化过程中各阶段的化学和物理变化，为优化混凝土配合比、提高混凝土性能提供理论依据。
水泥水化CSH的力学性能计算研究
Cement production 水泥生产3 水泥水化C-S-H的力学性能计算研究杨海霞刘琼翟晶战家男（中国矿业大学银川学院土木工程系，宁夏银川 750021）中图分类号：TQ172 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2019）01-0003-01摘要：采用Materials studio软件对C-S-H，C/S=1.7，W/S分别为1.2，0.8，0.6，0.4和0.2进行构建模型，使用分子动力学方法计算了体积模量、剪切模量、弹性模量和杨氏模量，并且按照Jennite和Tobermorite结构也对其模量进行了计算，经过和实验对比分析。
结果表明：W/S=1.2，剪切模量最大，W/S=0.4，杨氏模量和弹性模量达到了最大，分别为64.8 GPa和70.1 GPa。
较好的吻合Jennite结构计算结果和实验结果，因而其具有Jennite结构。
关键词：分子动力学；力学性能；杨氏模量；结构水泥作为建筑行业的主要材料之一，在世界广泛的被大量使用着，随着工业的迅速发展，对水泥的力学性能提出了更高的要求，因而使得大量的研究人员对提高水泥的强度进行了大量的研究，其中作为水泥水化过程中最主要的组成物水化硅酸钙（C-S-H）是研究的重点。
但是众多的研究结果都集中在实验方面，对于微观结构和宏观力学能的关系方面的研究需要进一步加强。
随着计算理论的不断发展和计算机的能力迅速发展，采用计算机模拟计算其力学性能越来越成为研究的重要手段。
由于C-S-H的本质非常复杂，随着水化时间的变化，W/S和C/S都会受到液相中Ca(OH)2的影响，因而难以具体的确定其结构。
目前，取得的实验结果表明其微观上结构具有Jennite和Tobermorite结构，对其的理论研究需要在此基础上改进并研究。
表示目前对于C-S-H的晶体模型构建主要有两种：第一种是三层结构的T/CH模型，第二种是把Ca2+,Si4+,OH-和H2O按照不同的C/S比和W/S比进行设计模型。
水化热仿真模拟计算在大体积混凝土施工中的应用
水化热仿真模拟计算在大体积混凝土施工中的应用
水化热是指水泥水化反应过程中产生的热量。
在大体积混凝土施工中，由于混凝土的体积较大，水化反应会释放大量的热量，导致混凝土温度升高。
这种温度升高会引起混凝土内部和外部温度梯度的变化，从而引发一系列的问题，如开裂、温度应力增大等。
为了研究混凝土水化热在大体积混凝土施工中的影响，可以采用水化热仿真模拟计算方法。
水化热仿真模拟计算是利用计算机模拟混凝土水化过程中的热释放情况，预测混凝土温度变化和水化热应力的分布情况。
该方法可以有效地指导大体积混凝土施工中的温度控制和结构设计，减少温度应力引起的开裂和变形问题。
水化热仿真模拟计算可以预测混凝土温度的变化规律。
通过对混凝土材料的热物性参数、水化反应的速率方程等参数进行建模和计算，可以得到混凝土内部温度随时间的变化曲线。
通过分析这些曲线，可以预测混凝土的温度升高速度和峰值温度，从而为温度控制提供依据。
水化热仿真模拟计算可以预测混凝土的应力分布情况。
水化热引起的温度升高会导致混凝土内外部出现温度梯度，从而引起应力的产生和积累。
通过对水化热仿真模拟计算，可以得到混凝土内部和外部的温度梯度分布情况，并据此计算出混凝土的水化热应力。
根据应力的分布情况，可以对混凝土施工过程中的温度控制、结构设计等进行合理的调整和优化。
水泥混凝土水化热的研究与进展
摘要：水泥的水化反应是一个放热反应。
水泥水化放热的周期很长，但大部分热量是在３天内放出的，尤其是在水泥浆发生凝结、硬化的初期放出。
大多数情况下，硬化水泥浆体和混凝土的早期体积变形，主要源于水泥的水化热温升，因此，降低水泥混凝土的水化热是防止其早期开裂的有效途径。
本文综合分析了水泥混凝土水化热对其性能的影响，总结了前人在水泥混凝土水化热研究方面提出的一些理论计算公式，介绍了国内外关于水泥混凝土水化热的最新研究进展和水泥生产中降低水化热的技术措施。
关键词：水泥；混凝土；水化热；矿物外加荆；水泥生产中图分类号：ＴＱｌ７２．１２文献标识码：Ａ文章编号：１００ｌ－６１７１（２００９）０６－００２１－０６ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＨｙｄｒａｔｉｏｎＨｅａｔｉｎＣｅｍｅｎｔａｎｄＣｏｎｃｒｅｔｅＳＨＩＨｕｉ－ｓｈｅｎｇ，ＨＵＡＮＧＸｉａｏ－ｙａ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓｏｆＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｅｍｅｎｔｈｙｄｒａｔｉｏｎｉｓａｎｅｘｏｔｈｅｒｍｉｅａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｌｅａｓｉｎｇｐｅｒｉｏｄｏｆｈｙｄｒａｔｉｏｎｈｅａｔｉｎｃｅｍｅｎｔｉｓｖｅｒｙｌｏｎｇ，ｂｕｔｍｏｓｔｏｆｈｅａｔｉｓｒｅｌｅａｓｅｄｗｉｔｈｉｎ３ｄａｙｓ，ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙａｔｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｓｔａｇｅｏｆｓｅｔｔｉｎｇａｎｄｈａｒｄｅｎｉｎｇｐｅｒｉｏｄ．Ｉｎｍｏｓｔｃａｓｅｓ，ｔｈｅｅａｒｌｙｖｏｌｕｍｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｈａｒｄｅｎｅｄｃｅｍｅｎｔｐａｓｔｅａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅｉｓｍａｉｎｌｙｃａｕｓｅｄｂｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｉｓｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｉｓｆｒｏｍｔｈｅｈｙｄｒａｔｉｏｎｈｅａｔｏｆｃｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｌｏｗｅｒｉｎｇｔｈｅｈｙｄｒａｔｉｏｎｈｅａｔｏｆｃｅｍｅｎｔｃｏｎｃｒｅｔｅｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｗａｙｔｏｐｒｅｖｅｎｔｉｔｓｅａｒｌｙｃｒａｃｋｉｎｇ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｈｙｄｒａｔｉｏｎｈｅａｔｉｎｃｅｍｅｎｔｃｏｎｃｒｅｔｅＯｉｌｉｔｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｔｈｅａｕｔｈｏｒ．Ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｆｏｒｍｕｌａｏｆｈｙｄｒａｔｉｏｎｈｅａｔｉｓｇｉｖｅｎｂｙｔｈｅａｕｔｈｏｒ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｈｙｄｒａｔｉｏｎｈｅａｔｉｎｃｅｍｅｎｔｃｏｎｃｒｅｔｅａｔｔｈｅｗｏｒｌｄｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｓｔｏｌｏｗｅｒｔｈｅｈｅａｔｏｆｈｙｄｒａｔｉｏｎｉｎｃｅｍｅｎｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｒｅｐｏｉｎｔｅｄｈｅｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｅｍｅｎｔ；Ｃｏｎｃｒｅｔｅ；Ｈｙｄｒａｔｉｏｎｈｅａｔ；Ｍｉｎｅｒａｌａｄｍｉｘｔｕｒｅ；Ｃｅｍｅｎｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ１引言水泥所含的各种化合物是高温反应形成的不平衡产物，因此这些化合物处于高能态。
水泥水化过程及三维细观结构的计算机模拟
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硅酸盐水泥。
国标规定：凡由硅酸盐水泥熟料、０巧％石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨 细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）。硅酸盐 水泥分两种类型：不掺加混合材料的称Ｉ型硅酸盐水泥，代号Ｐ・Ｉ；在硅酸盐 水泥粉磨时掺入不超过水泥质量５％石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称ＩＩ型硅
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水泥水化及其微结构发展的计算机模拟
水泥水化及其微结构发展的计算机模拟陈彩艺（福州大学土木工程学院，福建福州 350108）摘要：近几十年来，水泥水化及其结构演化的计算机模拟技术得到了迅速发展，先后经历了单晶体颗粒模型、数字成核生长模型、及当前的三维微结构发展模型。
对用来理解硅酸钙相水化形成过程和水泥矿物质在水中的溶解的分子规模模拟方法都进行了讨论（其中最具代表性模型有连续基模型和数字图像基模型），并对水泥水化模型模拟未来发展提出个人看法。
关键字：水泥水化、模型、微结构、三维计算机模拟Modeling and simulation of cement hydration and microstructuredevelopmentChen Caiyi（College of Civil Engineering, Fuzhou University, Fuzhou, Fujian Province 350108, China）Abstract: In the past decades years, cement hydration and its structure evolution of computer simulation technology have developed rapidly, covering different modeling approaches such as single particle models, mathematical nucleation and growth models to simulating microstructure development. Applications of molecular-scale simulation methodsto understanding the structure and formation of calcium silicate-hydrate phases, and to understanding the process of dissolution of cement minerals in water (continuum-based model and digital-image-based model) are also discussed. And the future development of cement hydration model and simulation is put forward.Keywords:Cement hydration; Modeling; Microstructure; three-dimensional computer modeling1 前言在胶凝材料中，水泥基材料占有突出的地位，它是基本建设的主要原材料之一，广泛应用于工业、农业、交通、城市建设、水利以及海洋开发等工程建设。
混凝土水化过程中温度场的数值模拟
混凝土水化过程中温度场的数值模拟一、研究背景和意义混凝土是建筑物和结构的重要材料之一，其性能的稳定性和耐久性直接影响了建筑物和结构的使用寿命和安全性。
混凝土的水化过程是混凝土性能形成的基础，因此深入研究混凝土水化过程对于提高混凝土性能具有重要意义。
温度是影响混凝土水化过程的重要因素之一，混凝土水化过程中的温度场对混凝土性能的形成和发展具有重要影响。
因此，对混凝土水化过程中温度场的数值模拟具有重要的研究意义。
二、研究方法本研究采用数值模拟方法对混凝土水化过程中温度场进行研究。
具体方法为：首先，根据混凝土材料的物理性质和水化反应过程，建立混凝土水化过程的数学模型。
然后，采用有限元方法对混凝土水化过程的温度场进行数值模拟。
最后，通过对数值模拟结果的分析和比较，得出混凝土水化过程中温度场的特点和变化规律。
三、模型建立混凝土水化过程的数学模型可以分为两个部分：混凝土的物理模型和水化反应模型。
混凝土的物理模型主要包括混凝土的热传导方程和热容方程，水化反应模型主要包括水化反应速率方程和水化热方程。
1.混凝土的热传导方程和热容方程混凝土的热传导方程和热容方程可以表示为：$$\frac{\partial T}{\partial t} = \frac{k}{\rho c} \nabla^2 T +\frac{\dot{q}}{\rho c}$$其中，T是混凝土的温度，t是时间，k是混凝土的导热系数，$\rho$是混凝土的密度，c是混凝土的比热容，$\nabla^2$是Laplace算子，$\dot{q}$是混凝土的热源。
2.水化反应速率方程和水化热方程水化反应速率方程和水化热方程可以表示为：$$\frac{\partial \alpha}{\partial t} = k_r (1-\alpha)^n$$$$\frac{\partial q}{\partial t} = \rho_w \Delta H_r k_r (1-\alpha)^n$$其中，$\alpha$是水化程度，$k_r$是反应速率常数，n是反应级数，$\rho_w$是水的密度，$\Delta H_r$是反应热。
基于计算机模拟的水化程度预测方法
基于计算机模拟的水化程度预测方法
郑建军;庞宪委;熊芳芳
【期刊名称】《建筑材料学报》
【年(卷),期】2008(011)004
【摘要】总结了水泥水化计算机模拟的基本原理,强调了水泥颗粒之间的干扰效应,基于计算机模拟所得的水泥石微观结构,提出了水泥水化程度预测方法.通过与文献中的2组实验数据比较,验证了该方法的有效性,并利用该方法讨论了水灰比和最大颗粒直径对水泥水化程度的影响,结果发现:水化7 d后,水灰比为0.6的水泥其水化程度比水灰比为0.4的水泥大14%,最大颗粒直径为10μm的水泥其水化程度比最大颗粒直径为20μm的水泥大12%.
【总页数】6页(P403-408)
【作者】郑建军;庞宪委;熊芳芳
【作者单位】浙江工业大学建筑工程学院,浙江,杭州,310014;浙江工业大学建筑工程学院,浙江,杭州,310014;浙江工业大学建筑工程学院,浙江,杭州,310014
【正文语种】中文
【中图分类】TQ172.1
【相关文献】
1.基于不同恒定低温和水灰比的水泥水化程度试验研究 [J], 杨阳;王起才;张戎令;曹兴龙;祁璐帆
2.计算机模拟与预测方法在材料科学研究中的应用 [J], 陈明和;谢兰生;朱知寿;左
敦稳;王珉
3.一种基于信任度和链接预测方法的移动用户偏好预测方法 [J], 耿华;孟祥武;史艳翠
4.基于位置的社交网络中基于时空关系的超网络链接预测方法 [J], 胡敏;陈元会;黄宏程
5.基于农业现代化发展的计算机模拟仿真技术应用研究——评《计算机模拟技术及其在农业工程中的应用》 [J], 景妮
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计算机模拟在水泥生产及水泥水化研究中的应用
计算机模拟在水泥生产及水泥水化研究中的应用戴昌亚;蒋刚【摘要】介绍了计算机模拟技术在水泥生产和水泥水化研究中的应用情况及最新进展.【期刊名称】《建材技术与应用》【年(卷),期】2007(000)009【总页数】3页(P19-21)【关键词】计算机模拟;水泥生产;水泥水化【作者】戴昌亚;蒋刚【作者单位】中联巨龙淮海水泥有限公司,江苏,徐州,221168;中航勘察设计研究院,北京,100086【正文语种】中文【中图分类】TP391.9;TQ172.6引言随着计算机技术的快速发展，计算机模拟已经成为解决材料科学中理论和实际问题的重要手段，这一技术在水泥生产及其性能研究中的应用也日益广泛。
水泥生产是一个大型的、连续的过程，其一项技术革新或新技术试验就需要耗费大量的人力和物力，因而可以通过计算机模拟生产过程来进行试验。
当需要进行某项试验时，只要在计算机中改动相关的参数，计算机就会根据各参数之间的关系得到相应的结果，并以此作为技术革新的参考依据[1]。
利用计算机模拟技术还可以产生一系列不同形式的、生动的水泥基材料微观组织结构的模型，结合试验结果和工程实际，将这些模型应用于水泥材料的各种性能测试，其效果十分显著。
1 计算机模拟在水泥生产中的应用计算机模拟技术在水泥生产中的应用已经相当深入，如水泥生产过程中生料配料的计算机模拟、水泥窑系统的仿真模拟等。
另外，利用计算机还可以模拟水泥生产过程中常见的故障及处理方法，以此对水泥生产技术人员进行培训。
在水泥工业中，生料的质量直接影响甚至决定着熟料的优劣，而配料系统的好坏是直接影响生料质量的重要因素，故配料是水泥生产中最关键的环节之一。
但是，传统的配料方法通常要经过多次的原料预均化才能达到实际生产的要求，这浪费了大量的时间、人力和物力。
而利用计算机实现模拟配料过程能够快速检验配料方法的适应性，从而节省大量的资金。
现代水泥工业正在向大型化、规模化和现代化方向发展[2]，其生产线一定要由经过专业培训的人员来操作，以免由于误操作而造成设备损坏、发生安全事故和产品质量下降等。
硅酸盐水泥水化机理研究方法
硅酸盐水泥水化机理研究方法陈灏唐山今实达科贸有限公司河北063020摘要：水泥的水化是水泥的重要特性，水泥水化机理的研究对水泥的生产和使用、对水泥成功应用于复杂建筑体系都有着十分重要的作用，对混凝土和外加剂的研究也有着重要的指导意义。
本文介绍了硅酸盐水泥的基本性能及几个水泥水化机理的研究方法并指出其中一些方法优缺点及未来研究方向。
关键词：硅酸盐水泥;水泥水化研究方法中图分类号：TQ172文献标识码：A文章编号：随着国际水泥产业的不断发展，人们对硅酸盐水泥及其各矿物的水化反应机理、水化反应产物、水化反应热力学、水化反应动力学以及各反应物的特性和环境条件对水化作用等进行了深人的研究和探讨。
一、硅酸盐水泥的基本性能凡以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料，5%以下的石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，统称为硅酸盐水泥。
国际上统称为波特兰水泥。
硅酸盐水泥的主要矿物组成是：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。
硅酸盐水泥有以下基本性能与应用：1、凝结硬化快，早期强度及后期强度高，适用于有早强要求的混凝土、冬季施工混凝土，地上地下重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程。
2、抗冻性好，适用于严寒地区水位升降范围内遭受反复冻融循环的混凝土工程。
3、水化热大，不宜用于大体积混凝土工程，但可用于低温季节或冬期施工。
4、耐腐蚀性差，不宜用于经常与流动淡水或硫酸盐等腐蚀介质接触的工程，也不宜用于经常与海水、矿物水等腐蚀介质接触的工程。
5、耐热性差，不宜用于有耐热要求的混凝土工程。
二、硅酸盐水泥水化机理的研究方法水泥加适量水拌和后，便形成能粘结砂石料的可塑性浆体，随后通过凝结硬化逐渐变成有强度的石状体。
同时还伴随着水化放热和体积变化的现象。
这说明产生了复杂的物理、化学与物理化学力学的变化。
这个过程比较复杂，因此叫水化理论。
下面从不同角度介绍水化机理的研究方法：1、从动态的角度研究水泥浆体的性质和水泥水化进程。
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ＨＹＤ３Ｄ模型和ＤｕＣ（）Ｍ模型，并对它们各自的特点进行比
较。 １
物理化学过程。通过水化反应，松散的水泥粉体变成具有胶
凝性能的水泥浆体。水泥浆体可将各种粗、细骨料粘结为一 体，从而形成建设Ｔ程中的砂浆和混凝土。水化反应直接影 响水泥基材料的各种性能指，示，如强度、变形和耐久性等。 水化过程同时受到水灰比、环境温度、湿度、外加剂等多种因 素的影响，因此，水泥水化是一个十分复杂的问题。水泥基 材料在水化过程中的微观结构、组成及性能的变化规律也一 直是国内外水泥研究者普遍关注的课题。对水化过程的试 验观测研究已具有一定的成果，但水化过程影响因素的复杂 性、测试手段的局限性、试验２§果的不可比性以及内在规律
心，以便于在模拟过程中对颗粒进行移动，模拟絮凝、团凝现
象。
ＣＥＭＨＹＤ３Ｄ模型中，水化度的预测基于水化热的计算
模型，根据水化反应中４种主要矿物的消耗量以及单矿物的 水化热进行计算。 Ｑ一以ｍ【＝Ｙｓ＋切２ｑｓＪＩ－Ｃ＇／７１ｃＡ＋ｃｆｍｃ
ＡＦ
（６）
式中：Ｑ为ｔ时间水泥的水化热（ｋＪ／ｇ）；ａ、ｂ、ｆ、ｄ为各种 熟料矿物单独水化时的水化热，其中ａ一０．５１７ ｋＪ／ｇ，６—
水泥颗粒图像中，每一个像素都被看作是一个孤立的水泥的 烧结相（硅酸三钙、硅酸二钙、铁铝酸四钙、石膏、游离钙和硫 酸碱），ＢＳＥＭ和Ｘ射线图像能精确地在样品的相同位置得 到，将图像中的信息结合并将图像划分为它的组成相。为了
≯ｗ３ｔ，。
式中：声。。。，乒，，。分别表示最大毛细孔的孔隙直径与有自由水
的最大毛细孔径。参数如为凝胶孔的最小特征孔径。参数
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（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ
Ｄ．Ｐ．Ｂｅｎｔｚ等ｕ１叫７］开发的。ＣＥＭＨＹＤ３Ｄ（Ａ ｔｈｒｅｅ—ｉｍｅｎ—
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ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｐａｃｋａｇｅ）的中文意思是水泥水化与微观结构发展
函数中考虑了温度对转换层厚度的影响。如前所述，ＨＹ—
一系列数字化球形颗粒放人模拟体系中。假设颗粒的半径
为ｒ，则颗粒的直径为２，一＋１，使每个颗粒均以一个像素为中
ＭＯＳＴＲＵＣ模型的输入数据为水泥的粒径分布、矿物与化学
组分。这些数据可以用于计算出式（１）一式（４）中的各个参 数。 ＨＹＭＯＳＴＲＵＣ模型的优点在于能够将水泥颗粒之间 的接触面积与材料强度关联起来，还考虑了水泥矿物组成、 水泥粒径分布、矿物掺合料的种类以及水灰比、养护温度等 技术参数对水化过程的影响，可以说是迄今为止连续基水化
Ｂｒｅｇｕｅｌ［１。ｏ强调，模型主要考虑了水泥颗粒的平
均间距对水化反应动力学的影响。该模型可以计算ｍ任一 时间水化反应所需“自由水”的含量。ＨＹＭＯＳＴＲＵＣ模型 将水化反应分成两个单独的相：溶解／膨胀（也称为边界反
Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｏｇｕｐｉｇ＠ｙａｈｏｏ．Ｃ０１＂ｒＬ
ｃｎ
曹秀丽：女，１９８０年生，博士．主要研究方向为混凝土结构基本理论－９应用
ＣＡ（）ＸｉｕｌｉⅢ，Ｉ。ＩＬ ｒ Ｙｕａｎｓｈｏｕ３，ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇｆｅｉ ４，Ｄ（）ＮＧ Ｘｉａｎｆｅｎ９５，ＳＨＥＮ Ｙｉｍｉｎ９６
（１ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｌ）ｏｒｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｏｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９８；２ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
学性能的预测。 ＣＥＭＨＹＤ３Ｄ模型包含了３个主要模块，即初始微结构
本参数Ｋ。由水泥中Ｃ。Ｓ含量决定，如式（２）所示：
Ｋ。（Ｃ。Ｓ）一０。０２＋６．６×１０
・１ ｗ（Ｃ３Ｓ）１２
（２）
式（１）的３个参数ｎ。表示水对水化反应的不同影响，它 们都与体系的水化程度有关。参数门。（取值范围０．６～１．ｏ） 指单个水泥颗粒周围的水含量对水化反应的影响，此参数主 要与水泥颗粒的形状有关。参数ｎ：考虑了体系孔结构中水 的分布对水化反应动力学的影响。其参数的计算可以由式 （３）得出：
式中：ＡＥ为反应活化能，Ｒ为常规气体常数，丁为养护时的 温度。当反应产物的厚度达到转换层厚度文，时，体系的水化
反应就进入了由扩散相控制的阶段。大多数情况下，转化层 厚度的取值范围为２～６ Ｆｍ。在等温养护条件下，水化产物 内水的扩散速度被认为是不变的。模型中水化产物的密度
会随着温度变化而改变，其改变值可以由温度函数来计算，
Ｎａｎｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１６７；３ Ｉ，ｔｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００２８；４
５
Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｔｅｓｔ（．；ｅｎｔｅｒ Ｃｏ．，
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０．２６２ ｋＪ／ｇ；ｃ＝１．１４４
模型中最为系统和全面的水泥水化模型。ＨＹＭＯＳＴＲＵＣ
模型可以计算出某一水化程度时水泥基材料的孔径分布与
ｋｌ／ｇ，ｄ一０．７２５ ｋＪ／ｇ；埘ｃ，ｓ、埘‘ｓ、ｍｃＡ、
万方数据
水泥水化计算机模拟研究迸展／曾秀丽等
岫”为反应消耗的熟料矿物的质量。在三维结构重建后，水 化过程中的反应规律则体现为一系列的计算机算法规则，这 些规则直接对像素进行操作，百ｆ模拟各种同体像素以何种方 式及概率发生反应。根据待模似的水化龄期不同。计算机执 行的水化循环次数就不同。循环次数与真实的反应时间之 间的转化关系式如式（７）所示：
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ
ｃｅｍｅｎｔ ｈｙｄｒａｔｉｏｎ。ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ，ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｈｅａｔ，ｈｙｄｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔ
０
引言
水泥水化是水泥中各种纰分与水之间发生相互反应的
件。本文对具有代表性的计算机仿真模型进行了概述，介绍 了模拟过程和效果，重点介绍ＨＹＭ（）ＳＴＲＵＣ模型、ＣＥＭ—
亿是对白干燥效应的修正，可以由式（４）计算得出：
珐＜口）一型尘鼍Ｉ』』 叫／ｃ
式中：叫／ｃ为水灰比；ａ为水化度。
（４）
将这些图像进行相划分，首先应生成一个ＲＧＢ图像，即把Ｘ 射线的图像涂上颜色：Ｃａ是红色，Ｓｉ是绿色，Ａｌ是蓝色。经 处理后，黄色区域为硅酸三钙相和硅酸二钙相；紫色区域代
参数Ｆ；指温度对水化过程的影响，其值与体系温度、水
ＨＹＭＯＳＴＲＵＣ模型
ＨＹＭ（）ｓＴＲＵＣ模型是由荷兰代尔夫特理丁大学的Ｋ．
ｖａｎ
Ｂｒｅｇｕｅｌ等』１３开发的，该模型模拟了水泥颗粒的水化进
程，可作为研究水泥基材料微观结构发展的Ｔ具。ＨＹＭ（）Ｓ— ＴＵＲＣ模型考虑了水泥的矿物组分、水泥的粒径分布、水灰
比和温度对水化反应的影响。模型的具体阐述可见文献［１， ２］。近年来，不少研究者在Ｋ．ｖａｎ ＢｒｅｇｕｅＩ的基础上又对该
模型做了修正和改进［””“。 ＨＹＭ（）ＳＴＲＵＣ模型的提出基于以下假设：（１）水化产 物首先在溶解的水泥颗粒周围析出，且在整个水化进程中水 化产物的密度不变（恒温养护条件）；（２）假设粒径相似的水 泥颗粒的水化速率一致，得到的水化产物的组分含量相同； （３）单个水泥颗粒的溶解和扩散进程均是向同心方向进行。
Ｋ．ｖａｎ
的模糊性成为研究水泥水化走：程的壁垒，理论和现实都在呼
唤着新的研究思路和方法。 随着计算机技术的发展，汁算机模拟成为解决材料科学 中理论和实际问题的重要手段。从２０世纪８０年代开始，研 究者逐渐在试验基础上提出各种水泥浆体微观结构模型，同 时开始运用计算机对水化过程进行数值模拟和试验，以期达 到机理阐述、组分优化、性能预测的目的。美国、荷兰、日本 等圄的一些研究机构已经在计算机仿真方面进行了长期的 探索和系列的研究，发表了大量论文，并已开发出相应的软
化度和水泥中Ｃ。Ｓ含量有关。参数的计算式见式（５）：
』、’、厶，Ｊ 』，
Ｆ１（Ｔ，口，Ｃ。ｓ）一Ａ。ｅＸｐ［等等燃］（５）
表铝酸盐相；亮红和暗红分别代表游离石灰和石膏。值得指 出的是，ＣＥＭＨＹＤ３Ｄ系统并不包含图像处理模块，对于原
始图片的处理需要研究人员根据样品特征自行编程进行调 整。虽然图像采集过程比较复杂，后期处理过程也有一定难 度，但是这一步对模拟至关重要。 将水泥的粒径分布与数字化图像相结合，ＣＥＭＨＹＤ３Ｄ 就可以建立水泥的三维微观结构。在建立水泥基材料的初 始微观结构模型时，需要根据真实水泥的粒径分布合理选取
模块、分相模块和水化模块，共７０个子程序（函数），程序代
码采用Ｃ语言编写。模型所需的输入条件并不是一系列的 原始图片，也不是经过处理的数字化图像，而是对数字化图
像进行分析后得到的一系列该水泥特征参数的数据文件，即
二维图形的分相和提取水泥的特征参数。
仍（ａ）一挚ｄ？。孥
≯ｗａｆ．。一尹
（３）
下面对该模型中的关键步骤一一图像化进行介绍。在
摘要
介绍了水泥水化和微观结构的模拟与仿真的研究进展。对３个典型的水化仿真模型（ＨＹＭ（）ＳＴＲＵ（：
水泥水化 计算机模拟水化程度水化热水化产物
模型、ＣＥＭＨＹＤ３Ｄ模型、ＤｕＣ（）Ｍ模型）的模拟原理、特点及适用性进行分析和比较。 关键词 文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＵ５