一种水泥基材料水化反应速率模型的构建方法及预测应用
【专利摘要】本发明涉及一种水泥基材料水化反应速率模型的构建方法，通过对不同水灰比ω/c、掺合料掺和量m的水泥基材料进行试验，获得水泥基材料纵向弛豫时间T1的加权平均值随龄期t变化的试验数据，采用模型拟合，得到模型与水灰比ω/c、龄期t、掺合料掺和量m之间的关系，然后通过求导得到水泥基材料水化反应速率模型，使得该水泥基材料水化反应速率模型可以反映水灰比ω/c、龄期t、掺合料掺和量m对水化速率的影响；不仅如此，本发明还涉及基于水泥基材料水化反应速率模型的预测应用，能够准确实现针对待水泥基材料水化反应速率随龄期t变化的预测，有效提高了水泥基材料水化反应速率实际应用中的工作效率。
【专利说明】
-种水泥基材料水化反应速率模型的构建方法及预测应用
技术领域
[0001] 本发明设及一种水泥基材料水化反应速率模型的构建方法及预测应用，属于混凝 上建筑技术领域。
【背景技术】
[0002] 水泥所有性能的变化都是起源于水化，水化过程伴随着水化热的产生，同时对水 泥早期及后期各种物理化学性能都有很大的影响，所W想要提高水泥性能，首先需要研究 水泥水化，了解其本质、机理和过程，进而改善水泥的性能。
[0003] 随着科学技术的发展，对于水泥水化的研究已经有了许多有效的试验方法，其中 使用较多较为成熟的方法有水化热法、电阻率法W及电子显微镜法。运些测试方法的使用 使得水泥水化的研究取得了很大的进展，对于水化过程和机理的描述也更加准确、详细。虽 然很多学者在运方面已经做了许多研究，然而因为水泥本身组成复杂，水泥水化的研究仍 存在许多问题。目前为止尚没有一种可W指导工程实践的实用化水泥基材料水化速率模 型。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种能够为水泥基材料水化过程分析提供可 靠参数依据的水泥基材料水化反应速率模型。
[0005] 本发明为了解决上述技术问题采用W下技术方案:本发明设计了一种水泥基材料 水化反应速率模型的构建方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤001.诱筑预设份数的水泥基材料样品，且各份水泥基材料样品彼此具有不同 水灰比ω/c、不同渗合料及其对应的不同渗和量m，然后进入步骤002;其中，渗合料包括粉 煤灰、矿渣、娃灰；
[0007] 步骤002.将各份水泥基材料样品放置于恒溫环境中进行养护，然后进入步骤003; [000引步骤003.分别针对各份水泥基材料样品，按预设观测周期时间进行观测，获得各 份水泥基材料样品分别对应于各个观测时刻、纵向弛豫时间Τι的加权平均值;然后进入步 骤004;
[0009] 步骤004.针对各份水泥基材料样品的水灰比ω/c、渗合料的渗和量m，W及其分别 对应于各个观测时刻时、纵向弛豫时间Τι的加权平均值进行分析，提出水泥基材料纵向弛 豫时间Τι的加权平均值分布的共性规律，其表达式如下所示：
[0010] T(t)= 丫 FA 丫化丫 siAexp(-BtC)
[0011] 式中，T (t)表示水泥基材料对应龄期t时、纵向弛豫时间Τι的加权平均值；t为龄 期，单位为天;参数A、B、C为待定参数；丫 FA、丫 SL、丫 SI分别表示粉煤灰、矿渣、娃灰对水泥基 材料水化反应的影响因子;然后进入步骤005;
[0012] 步骤005.依据针对各份水泥基材料样品的水灰比ω /c、渗合料的渗和量m，W及其 分别对应于各个观测时刻时、纵向弛豫时间Τι的加权平均值的分析，分别获得水泥基材料 纵向弛豫时间Τι的加权平均值分布表达式中的各个待定参数、各个影响因子如下：
[0013] Α = -31( w/c)2+44.4(w/c)+20.89;
[0014] B = -5.675( ω /c)2+3.7485( ω /c)-0.2097;
[0015] C = 8.95( w/c)2-6.461( w/c)+l.9691;
[0016] YFA=exp(0.：Mlm〇'789).
[0017] 丫化= exp(0.0了9m〇'24已)；
[001 引 丫 si = exp(0.0072mi'25e-");
[0019] 则依据所获各个待定参数、各个影响因子，水泥基材料纵向弛豫时间Τι的加权平 均值分布表达式构成水泥基材料纵向弛豫时间Τι随龄期和渗合料种类及渗和量的变化模 型，然后进入步骤006;
[0020] 步骤006 .针对水泥基材料纵向弛豫时间Τι随龄期和渗合料种类及渗和量的变化 模型进行求导运算，即获得水泥基材料水化反应速率模型。
[0021 ]作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤001中，诱筑预设份数的水泥基材料样 品的过程中，将各种水泥试样分别揽拌后，分别装入直径为27mm，长200mm的圆柱形玻璃管 进行诱筑，且各份水泥基材料样品的诱筑高度为2cm~3cm。
[0022] 作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤002中，将各份水泥基材料样品放置于 标准养护箱内进行养护。
[0023] 作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤003中，所述预设观测周期时间为前3 天时间间隔为0.25小时，3天至28天时间间隔为4小时。
[0024] 作为本发明的一种优选技术方案:所述步骤003中，分别针对各份水泥基材料样 品，按预设观测周期时间进行观测，其中，在各个观测时刻中，首先通过核磁共振仪获得水 泥基材料样品的纵向磁矢量恢复过程图，接着采用核磁共振仪针对该纵向磁矢量恢复过程 图进行反演，获得水泥基材料样品对应该观测时刻、纵向弛豫时间Τι所对应的各个分布值； 进而分别获得各份水泥基材料样品对应于各观测时刻、纵向弛豫时间Τι所对应的各个分布 值;然后分别针对各份水泥基材料样品，进一步分别针对水泥基材料样品的各个观测时刻， 针对水泥基材料样品对应于观测时刻时、纵向弛豫时间Τι所对应的各个分布值进行加权平 均处理，获得水泥基材料样品对应于该观测时刻时、纵向弛豫时间Τι的加权平均值;进而分 别获得各份水泥基材料样品分别对应于各个观测时刻时、纵向弛豫时间Τι的加权平均值。
[0025] 本发明所述一种水泥基材料水化反应速率模型的构建方法采用W上技术方案与 现有技术相比，具有W下技术效果:本发明所述一种水泥基材料水化反应速率模型的构建 方法，通过对不同水灰比ω/c、渗合料渗和量m的水泥基材料进行试验，获得水泥基材料纵 向弛豫时间Τι的加权平均值随龄期t变化的试验数据，采用模型拟合，得到模型与水灰比 ω/c、龄期t、渗合料渗和量m之间的关系，然后通过求导得到水泥基材料水化反应速率模 型，使得该水泥基材料水化反应速率模型可W反映水灰比ω/c、龄期t、渗合料渗和量m对水 化速率的影响；除此之外，通过该模型，可W很方便的得知任意水灰比ω /c、任意渗合料渗 和量m复合水泥基材料在任意时刻的水化速率，而不需要通过测试装置实时测试，对于水泥 基材料数值化研究具有深刻意义。
[0026] 与此相应，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于本发明所构建的水泥基材 料水化反应速率模型，能够针对待预测水泥基材料水化反应速率进行准确预测的预测应 用。
[0027] 本发明为了解决上述技术问题采用W下技术方案:本发明设计了一种基于水泥基 材料水化反应速率模型的预测应用，包括水泥基材料水化反应速率的预测方法，具体包括 如下步骤：
[0028] 步骤A01.针对待检测水泥基材料，分别获得其水灰比ω /c，W及其中渗合料种类 和渗和量m，然后进入步骤A02;
[0029] 步骤A02.将待检测水泥基材料的水灰比ω/cW及其中渗合料的渗和量m，代入到 所述水泥基材料水化反应速率模型中，即获得待检测水泥基材料对应水泥预测龄期的水化 反应速率。
[0030] 本发明所述一种基于水泥基材料水化反应速率模型的预测应用采用W上技术方 案与现有技术相比，具有W下技术效果:本发明所设计基于水泥基材料水化反应速率模型 的预测应用，基于本发明所设计的水泥基材料水化反应速率模型，针对待预测水泥基材料 水化反应速率进行预测，能够准确实现针对待水泥基材料水化反应速率随龄期t变化的预 测，有效提高了水泥基材料水化反应速率实际应用中的工作效率。
【附图说明】
[0031] 图1是水灰比为0.4、粉煤灰渗合料的水泥基材料在不同龄期时的纵向弛豫时间T1 加权平均值试验数据与本发明模型预测曲线的比较示意图；
[0032 ]图2是水灰比为0.4、矿渣渗合料的水泥基材料在不同龄期时的纵向弛豫时间T1加 权平均值试验数据与本发明模型预测曲线的比较示意图；
[0033 ]图3是水灰比为0.4、娃灰渗合料的水泥基材料在不同龄期时的纵向弛豫时间T1加 权平均值试验数据与本发明模型预测曲线的比较示意图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合说明书附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0035] 本发明所设计一种水泥基材料水化反应速率模型的构建方法在实际应用过程当 中，具体包括如下步骤：
[0036] 步骤001.诱筑预设份数的水泥基材料样品，其中，将各种水泥试样分别揽拌后，分 别装入直径为27mm，长200mm的圆柱形玻璃管进行诱筑，且各份水泥基材料样品的诱筑高度 为2cm~3cm;各份水泥基材料样品彼此具有不同水灰比ω/c、不同渗合料及其对应的不同 渗和量m，然后进入步骤002;其中，渗合料包括粉煤灰、矿渣、娃灰。
[0037] 步骤002.将各份水泥基材料样品放置于标准养护箱内进行养护，然后进入步骤 003。
[0038] 步骤003.分别针对各份水泥基材料样品，按预设观测周期时间进行观测，其中，在 各个观测时刻中，首先通过核磁共振仪获得水泥基材料样品的纵向磁矢量恢复过程图，接 着采用核磁共振仪针对该纵向磁矢量恢复过程图进行反演，获得水泥基材料样品对应该观 测时刻、纵向弛豫时间Τι所对应的各个分布值;进而分别获得各份水泥基材料样品对应于 各观测时刻、纵向弛豫时间Τι所对应的各个分布值;然后分别针对各份水泥基材料样品，进 一步分别针对水泥基材料样品的各个观测时刻，针对水泥基材料样品对应于观测时刻时、 纵向弛豫时间Τι所对应的各个分布值进行加权平均处理，获得水泥基材料样品对应于该观 测时刻时、纵向弛豫时间Τι的加权平均值;进而分别获得各份水泥基材料样品分别对应于 各个观测时刻时、纵向弛豫时间Τι的加权平均值;然后进入步骤004;其中，预设观测周期时 间为前3天时间间隔为0.25小时，3天至28天时间间隔为4小时。
[0039] 步骤004.针对各份水泥基材料样品的水灰比ω/c、渗合料的渗和量m，W及其分别 对应于各个观测时刻时、纵向弛豫时间Τι的加权平均值进行分析，提出水泥基材料纵向弛 豫时间Τι的加权平均值分布的共性规律，其表达式如下所示：
[0040] T(t) = 丫 FA 丫化丫 siAexp(-I3tC)
[0041 ] 式中，T (t)表示水泥基材料对应龄期t时、纵向弛豫时间Τι的加权平均值；t为龄 期，单位为天;参数A、B、C为待定参数；丫 FA、丫 SL、丫 SI分别表示粉煤灰、矿渣、娃灰对水泥基 材料水化反应的影响因子;然后进入步骤005。
[0042] 步骤005.依据针对各份水泥基材料样品的水灰比ω /c、渗合料的渗和量m，W及其 分别对应于各个观测时刻时、纵向弛豫时间Τι的加权平均值的分析，分别获得水泥基材料 纵向弛豫时间Τι的加权平均值分布表达式中的各个待定参数、各个影响因子如下：
[0043] Α = -31( w/c)2+44.4(w/c)+20.89;
[0044] B = -5.675( ω /c)2+3.7485( ω /c)-0.2097;
[0045] C = 8.95( w/c)2-6.461( w/c)+l.9691;
[0046] YFA=exp(0.：Mlm〇'789).
[0047] 丫化= exp(0.0了9m〇'24已)；
[004引 丫 si = exp(0.0072mi'25e-");
[0049] 则依据所获各个待定参数、各个影响因子，水泥基材料纵向弛豫时间Τι的加权平 均值分布表达式构成水泥基材料纵向弛豫时间Τι随龄期和渗合料种类及渗和量的变化模 型，然后进入步骤006。
[0050] 步骤006 .针对水泥基材料纵向弛豫时间Τι随龄期和渗合料种类及渗和量的变化 模型进行求导运算，即获得水泥基材料水化反应速率模型。
[0051] 上述技术方案所设计水泥基材料水化反应速率模型的构建方法，通过对不同水灰 比ω/c、渗合料渗和量m的水泥基材料进行试验，获得水泥基材料纵向弛豫时间Τι的加权平 均值随龄期t变化的试验数据，采用模型拟合，得到模型与水灰比ω/c、龄期t、渗合料渗和 量m之间的关系，然后通过求导得到水泥基材料水化反应速率模型，使得该水泥基材料水化 反应速率模型可W反映水灰比ω/c、龄期t、渗合料渗和量m对水化速率的影响；除此之外， 通过该模型，可W很方便的得知任意水灰比ω/c、任意渗合料渗和量m复合水泥基材料在任 意时刻的水化速率，而不需要通过测试装置实时测试，对于水泥基材料数值化研究具有深 刻意义。
[0052] 基于上述设计所获水泥基材料水化反应速率模型，本发明还进一步设计了基于该 水泥基材料水化反应速率模型的预测应用，具体包括水泥基材料水化反应速率的预测方 法，具体包括如下步骤：
[0053] 步骤A01.针对待检测水泥基材料，分别获得其水灰比ω /c，W及其中渗合料种类 和渗和量m，然后进入步骤A02;
[0054] 步骤A02.将待检测水泥基材料的水灰比ω /c，W及其中渗合料的渗和量m，代入到 所述水泥基材料水化反应速率模型中，即获得待检测水泥基材料对应水泥预测龄期的水化 反应速率。
[0055] 上述技术方案所设计基于水泥基材料水化反应速率模型的预测应用，基于本发明 所设计的水泥基材料水化反应速率模型，针对待预测水泥基材料水化反应速率进行预测， 能够准确实现针对待水泥基材料水化反应速率随龄期t变化的预测，有效提高了水泥基材 料水化反应速率实际应用中的工作效率。
[0056] 实际应用过程当中，基于下表1诱筑各份数的水泥基材料样品：
[0化7]
[0化9] 表1
[0060] 其中，0.4尸415、0.4尸430、0.4化15、0.4化30、0.45105、0.45110分别代表渗有粉煤 灰15 %、30 %、矿渣15 %、30 %、娃灰5 %、10 %的浆体。由此，获得各份诱筑水泥基材料样品， 进而通过试验获得水泥基材料水化反应速率模型，基于试验观测，如图1至如图3所示，可W 看出随着龄期的增长，曲线变化速率逐渐变缓，并且从试验数据与拟合结果的比较可W看 出，水泥基材料纵向弛豫时间Τι的加权平均值随龄期t变化的试验值与拟合值相关度都在 98.5% W上，相关度较高，说明本发明所设计的水泥基材料水化反应速率模型能够很好地 表征水泥基材料纵向弛豫时间Τι的加权平均值随龄期t变化的趋势，且该模型参数与ω/c 之间关系表达式简便，可W用于表征水灰比ω/c对模型的影响，说明该模型能够较好的表 征水泥基材料纵向弛豫时间Τι的加权平均值变化发展的规律，进而表征水泥基材料水化反 应速率的变化发展规律。
[0061] 上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施 方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可W在不脱离本发明宗旨的前提下 做出各种变化。
【主权项】
1. 一种水泥基材料水化反应速率模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤001.浇筑预设份数的水泥基材料样品，且各份水泥基材料样品彼此具有不同水灰 比ω/c、不同掺合料及其对应的不同掺和量m，然后进入步骤002;其中，掺合料包括粉煤灰、 矿渣、硅灰； 步骤002.将各份水泥基材料样品放置于恒温环境中进行养护，然后进入步骤003; 步骤003.分别针对各份水泥基材料样品，按预设观测周期时间进行观测，获得各份水 泥基材料样品分别对应于各个观测时刻、纵向弛豫时间!^的加权平均值；然后进入步骤 004； 步骤004.针对各份水泥基材料样品的水灰比ω/c、掺合料的掺和量m，以及其分别对应 于各个观测时刻时、纵向弛豫时间!^的加权平均值进行分析，提出水泥基材料纵向弛豫时 间!^的加权平均值分布的共性规律，其表达式如下所示： T(t) = γ fa γ sl γ siAexp(-Btc) 式中，Τ (t)表示水泥基材料对应龄期t时、纵向弛豫时间h的加权平均值;t为龄期，单位 为天;参数A、B、C为待定参数；yFA、ySL、ySI分别表示粉煤灰、矿渣、硅灰对水泥基材料水化 反应的影响因子;然后进入步骤005; 步骤005.依据针对各份水泥基材料样品的水灰比ω/c、掺合料的掺和量m，以及其分别 对应于各个观测时刻时、纵向弛豫时间!^的加权平均值的分析，分别获得水泥基材料纵向 弛豫时间!^的加权平均值分布表达式中的各个待定参数、各个影响因子如下： Α = -31( ω/〇)2+44.4( ω/〇)+20.89； B = -5.675( ω/〇)2+3.7485( ω/〇)-0.2097； C = 8.95( ω/〇)2-6.461 ( ω/〇)+1.9691； y FA=exp(0.341m0'789)； y sL = exp(0.079m0'245)； γ si = exp(0 · 0072m1.25e-17); 则依据所获各个待定参数、各个影响因子，水泥基材料纵向弛豫时间!\的加权平均值分 布表达式构成水泥基材料纵向弛豫时间h随龄期和掺合料种类及掺和量的变化模型，然后 进入步骤006; 步骤006.针对水泥基材料纵向弛豫时间^随龄期和掺合料种类及掺和量的变化模型进 行求导运算，即获得水泥基材料水化反应速率模型。2. 根据权利要求1所述一种水泥基材料水化反应速率模型的构建方法，其特征在于:所 述步骤001中，浇筑预设份数的水泥基材料样品的过程中，将各种水泥试样分别搅拌后，分 别装入直径为27mm，长200mm的圆柱形玻璃管进行浇筑，且各份水泥基材料样品的浇筑高度 为2cm~3cm〇3. 根据权利要求1所述一种水泥基材料水化反应速率模型的构建方法，其特征在于:所 述步骤002中，将各份水泥基材料样品放置于标准养护箱内进行养护。4. 根据权利要求1所述一种水泥基材料水化反应速率模型的构建方法，其特征在于:所 述步骤003中，所述预设观测周期时间为前3天时间间隔为0.25小时，3天至28天时间间隔为 4小时。5. 根据权利要求1或4所述一种水泥基材料水化反应速率模型的构建方法，其特征在 于:所述步骤003中，分别针对各份水泥基材料样品，按预设观测周期时间进行观测，其中， 在各个观测时刻中，首先通过核磁共振仪获得水泥基材料样品的纵向磁矢量恢复过程图， 接着采用核磁共振仪针对该纵向磁矢量恢复过程图进行反演，获得水泥基材料样品对应该 观测时刻、纵向弛豫时间!^所对应的各个分布值;进而分别获得各份水泥基材料样品对应 于各观测时刻、纵向弛豫时间!^所对应的各个分布值;然后分别针对各份水泥基材料样品， 进一步分别针对水泥基材料样品的各个观测时刻，针对水泥基材料样品对应于观测时刻 时、纵向弛豫时间!^所对应的各个分布值进行加权平均处理，获得水泥基材料样品对应于 该观测时刻时、纵向弛豫时间!^的加权平均值;进而分别获得各份水泥基材料样品分别对 应于各个观测时刻时、纵向弛豫时间!^的加权平均值。6.-种基于权利要求1至5中任意一项所述一种水泥基材料水化反应速率模型的预测 应用，包括水泥基材料水化反应速率的预测方法，具体包括如下步骤： 步骤A01.针对待检测水泥基材料，分别获得其水灰比ω /c，以及其中掺合料种类和掺 和量m，然后进入步骤A02; 步骤A02.将待检测水泥基材料的水灰比ω/c，以及其中掺合料的掺和量m，代入到所述 水泥基材料水化反应速率模型中，即获得待检测水泥基材料对应水泥预测龄期的水化反应 速率。
【文档编号】G06F17/50GK105824996SQ201610137937
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】赵海涛, 祁潇, 周亮亮, 邸云菲, 殷新龙, 杨睿, 黄煜煜
【申请人】河海大学