- •Числовое моделирование гидрации портландцемента
- •1.Введение
- •2.3. Влияние межчастичного взаимодействия
- •Vpore – полный объем капиллярных пор;
- •2.5. Концепция полиминеральности (сложного состава/структуры).
- •2.8. Структурные изменения гидратов
- •3. Определение параметров модели
- •4. Оценка параметров модели
- •5. Выводы/Заключение
2.8. Структурные изменения гидратов
Кондо [1] указал на влияние степени гидратации на состав гидратов, и на то, что отношение C/S возрастает с увеличением степени гидратации. В нескольких отчетах, посвященных влиянию температуры на состав продуктов реакции [14] и отношение C/S можно увидеть возрастание показателей с увеличением температуры [15]. Это феномен частично поддерживается обоснованностью снижения коэффициента эффективной диффузии воды в цементном геле De с увеличением степени гидратации при высоких температурах обработки, на ряду с этим Томосава первоначально смоделировал тенденцию снижения коэффициента эффективной диффузии как функцию от степени гидратации [3]. В предложенной вычислительной модели для материалов на основе цемента учтены эти тенденции и выражены феноменальным выражением (21):
Формула (21)
3. Определение параметров модели
В предыдущих главах были рассмотрены с качественной стороны некоторые особенности характеристик и относительное влияние нескольких соотношения детерминирующих/определяющих факторов вычислительной модели для материалов на основе цемента. В данной главе рассматривается количественные значения параметров из формул (4, 5, 6, 14, 17, 18, 19, 20)
Для определения параметров модели, степени гидратации цементного теста использовался анализ Ритвильда, точность которого рассмотрена в источнике [16]. В эксперименте использовались два типа цементов (nc и lc) с В/Ц 0,35 и 0,5, и условия тепловой обработки при 283, 293 и 313 К. Химический и минеральный составы цементов, коэффициенты для функции Розина Рамлера, определяемые испытанием на распределение частиц при помочи рассеивания рентгеновских лучей приведены в Таблицах 3 и 4.
Последовательность приготовления образцов: смешение компонентов, тепловая обработка при указной температуре до достижения указанного возраста. Образцы вытачиваются до необходимых размеров алмазным резаком. Затем, наконец, образцы измельчаются с ацетоном с помощью шаровой мельницы. После отделения порошка от ацетона, образец высушивают приблизительно две недели в среде с 15% относительной влажностью, чтобы получить прогидротировавший образец на анализ. Рентгеновское излучение было получено в следующих условиях:
Источник рентгеновских лучей: медный катод;
Напряжение в трубке: 50 кВ;
Сила тока в трубке: 250мА;
Область сканирования: 2θ от 5 до 65 ˚;
Интервал/шаг: 0,02˚;
Скорость сканирования: 2 ˚/мин.
Для обработки результатов анализа Ритвильда было использовано программное обеспечение the TOPAS от корпорации Bruker AXS. Объектами количественного анализа являлись цементные минералы и гидраты, такие как C3S, C2S, кубическая модификация С3А, орторомбическая модификация С3А (цельный С3А ), C4AF, MgO, свободный СаО, CaCO3, CaSO4·2H2O, CaSO4·0.5H2O, Ca(OH)2, C3A·3CaSO4·32H2O, C3A·3CaSO4·12H2O, C3A·3CaCO3·32H2O (монокарбонат), С3A·0.5CaCO3·0.5Ca(OH)2·12H2O (гемикарбонат), а также 10 % по массе α-Al2O3, смешанного с образцами на анализ по внутреннему стандарту.
Параметры кристаллической системы, пространственной группы и кристаллической структуры каждого минерала предположительно являются аналогичными минералам, описанным в источнике [17]. В данном исследовании, все аморфные составляющие предположительно являются C-S-H и вычисляются по формуле (22) исходя из количественного объема Al2O3 по внутреннему стандарту [18].
Формула (22)
Где А – пропорция аморфной субстанции, %;
S – доля Al2O3, %;
SR – количественный объем Al2O3, %.
Таблица 3. химический состав цемента и коэффициенты для распределения частиц по размеру
Вид цемента |
Потеря при прокаливании, % |
Химический состав, % |
Коэф. Для функции Розина Рамлера |
||||||||
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
Na2O |
K2O |
b |
n |
||
NC |
2.4 |
20.2 |
5.39 |
3.04 |
64.6 |
0.92 |
1.91 |
0.30 |
0.31 |
0.035 |
1.15 |
LC |
0.87 |
26.5 |
2.65 |
2.95 |
63.2 |
0.72 |
2.18 |
0.19 |
0.34 |
0.040 |
1.25 |
Таблица 4. минеральный состав цемента и другие физические свойства
Тип цемента |
Плотность, г/см3 |
Удельная поверхность, см2/г |
Состав по Боггу |
Анализ Ритвильда |
||||||
C3S |
C2S |
C3A |
C4AF |
C3S |
C2S |
C3A |
C4AF |
|||
NC |
3,16 |
3300 |
63,3 |
10,3 |
9,1 |
9,2 |
58,6 |
17,2 |
7 |
9,9 |
LC |
3,22 |
3430 |
27,3 |
55,5 |
2 |
9 |
30,6 |
54,6 |
0,8 |
8,2 |
Результаты эксперимента степени гидратации каждой составляющей цемента NC и LC представлены на Рисунках 2 и 3. чтобы упорядочить результаты эксперимента, определены параметры вычислительной модели для материалов на основе цемента. Перечень варьирования параметров представлен в Таблице 5.
При проведении эксперимента были получены следующие результаты. При наивысшей температуре, а именно при температуре обработки 313 К, реакция гидратации С3А имеет линейных характер степени гидратации примерно равны 0,7. В то время как, в случае с C4AF – степень гидратации равна 0,4. после внезапного скачка скорости гидратации, данные минералы продолжают гидратировать медленнее. Это явление не может быть смоделировано с помощью предшествующих теоретических методов, описательные/наглядные модели представлены как *2 и *3 в Таблице 5 и приняты для вычислительной модели для материалов на основе цемента.
Кроме того, скорость гидратации C2S находится в зависимости от степени гидратации C3S. Эта взаимосвязь, которая показана на Рисунке 4, также смоделирована с помощью феноменально метода.(*1 в Таблице 5).
Рисунок 2. Степень гидратации C3, C2S, C3A и C4AF в цементе NC (маркеры), выявленная результате анализа Ритвильда и результаты вычислительно моделирования (линии).
Рисунок 3. Степень гидратации C3, C2S, C3A и C4AF в цементе LC (маркеры), выявленная результате анализа Ритвильда и результаты вычислительно моделирования (линии).
Таблица 5. Значения параметров модели
Минерал |
|
|
Формула № |
Параметр |
Значение |
Форму ла № |
|
|
|
(8) (9) (9)*1 (10) (11) (11)*2 (12) (13) (13)*2 |
|
|
(18) (18) (17) (19) (19) |
|
Рисунок 4. Степень гидратации, как функция от степени гидратации С3S