专利名称：硬化普通水泥净浆导热系数多尺度预测方法
技术领域：
本发明涉及一种硬化普通水泥净浆导热系数多尺度预测方法，属于水泥基材料技术领域。
背景技术：
导热系数是硬化水泥基材料的基本热学性能之一，也是进行结构设计的最重要的参数之一，取值合理与否直接关系到结构内力、温度钢筋配筋量计算。国内外研究者对水泥基材料宏观性能进行了大量的试验研究，试图阐明水泥基材料配合比、水泥用量、骨料等与宏观性能的定量关系。水泥基材料导热系数随着其配合比等的改变而改变，试验测量比较困难，现有研究成果缺乏对水泥基材料导热系数的系统研究，同时由于原材料、配合比、环境条件、测试设备及测试方法以及试验人员操作技术等原因，给出的热学参数离散性较大。复合材料的总体性能取决于组成材料的性能、几何形态以及拓扑结构。水泥净浆是相当复杂的多孔介质材料，其组成物质繁多，固、液、气三相共存，并且无序分布，这些物质分布的尺度范围广，从纳米到微米、毫米都有分布，而且其组成结构在水化过程发生较大变化。多尺度模拟方法可以考虑不同尺度上的组成材料特征，实现从微观-细观-宏观的材料性能模拟，建立材料组成成分性能、微观结构与宏观性能之间的关系，并从根本上解释材料宏观性能的变化机理，这对于促进材料研究具有重大意义。

发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种硬化普通水泥净浆导热系数多尺度预测方法，根据原材料组分和水化产物的本质属性，基于水泥净浆微观结构，采用多尺度和均匀化方法预测硬化普通水泥净浆的导热系数，从而为水泥基材料的力学、变形性能研究及数值仿真分析提供准确的导热系数参数。本发明的硬化普通水泥净浆导热系数多尺度预测方法，包括以下步骤:步骤A、将硬化普通水泥净浆按照微观结构组成划分为不同尺度，每个尺度包含不同典型物相；步骤B、获取硬化普通水泥净浆各尺度中各物相的体积百分含量；步骤C、从最小尺度开始，采用向上逐步均匀化和广义自洽方法，计算硬化普通水泥净浆各尺度的导热系数；其中，均匀化采用两两复合的方式，具体如下:从参与均匀化的物相中取两种分别作为基体和夹杂进行复合，并计算其所复合成的复合相的导热系数；以上述复合相和其它一种参与均匀化的物相分别作为基体和夹杂进行复合，并计算其所复合成的复合相的导热系数；依此类推，直到参与均匀化的物相均完成复合，最后得到的复合相的导热系数即为均匀化后的物相的导热系数；其中，两种物相的复合相的导热系数按照以下公式计算:
权利要求
1.硬化普通水泥净浆导热系数多尺度预测方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤A、将硬化普通水泥净浆按照微观结构组成划分为不同尺度，每个尺度包含不同典型物相； 步骤B、获取硬化普通水泥净浆各尺度中各物相的体积百分含量； 步骤C、从最小尺度开始，采用向上逐步均匀化和广义自洽方法，计算硬化普通水泥净浆各尺度的导热系数；其中，均匀化采用两两复合的方式，具体如下: 从参与均匀化的物相中取两种分别作为基体和夹杂进行复合，并计算其所复合成的复合相的导热系数；以上述复合相和其它一种参与均匀化的物相分别作为基体和夹杂进行复合，并计算其所复合成的复合相的导热系数；依此类推，直到参与均匀化的物相均完成复合，最后得到的复合相的导热系数即为均匀化后的物相的导热系数；其中，两种物相的复合相的导热系数按照以下公式计算:
2.如权利要求1所述硬化普通水泥净浆导热系数多尺度预测方法，其特征在于，步骤A中所述尺度划分具体如下:由低到高划分为三个尺度:尺度1、尺度I1、尺度III ;尺度I包括硅酸三钙、硅酸二钙、铁铝酸四钙、铝酸三钙这四种未水化水泥颗粒组相，以及氢氧化钙、水化硅酸钙、富铁相、其它水化产物这四种水化产物组相；尺度II包括尺度I均匀化后的未水化水泥颗粒，以及尺度I均匀化后的水化产物；尺度III包括尺度II均匀化后的水泥浆体固相，以及毛细水和毛细孔空隙。
3.如权利要求2所述硬化普通水泥净浆导热系数多尺度预测方法，其特征在于，尺度I中未水化水泥颗粒的均匀化具体按照以下方法:以铁铝酸四钙为基体，铝酸三钙为夹杂进行第一次复合；以第一次复合后的复合相作为夹杂，以硅酸二钙作为基体进行第二次复合；以第二次复合后的复合相作为夹杂，以硅酸三钙作为基体进行第三次复合，即得到均匀化后的未水化水泥颗粒相的导热系数。
4.如权利要求2所述硬化普通水泥净浆导热系数多尺度预测方法，其特征在于，尺度I中水化产物的均匀化具体按照以下方法:以其他水化产物为夹杂，富铁相为基体进行第一次复合；以第一次复合后的复合相作为夹杂，以水化硅酸钙作为基体进行第二次复合；以第二次复合后的复合相作为基体，以氢氧化钙作为夹杂进行第三次复合，即得到均匀化后的水化产物相的导热系数。
5.如权利要求2所述硬化普通水泥净浆导热系数多尺度预测方法，其特征在于，尺度II中水泥浆体固相的均匀化具体按照以下方法:以尺度I均匀化后的未水化水泥颗粒相为夹杂，以尺度I均匀化后的水化产物相为基体进行复合，即得到均匀化后的水泥浆体固相的导热系数。
6.如权利要求2所述硬化普通水泥净浆导热系数多尺度预测方法，其特征在于，尺度III的均匀化具体按照以下方法:以尺度II均匀化后的水泥浆体固相为基体，以毛细水为夹杂进行复合；然后以所得到的复合相作为基体，以毛细孔空隙作为夹杂进行复合，即得到均匀化后的水泥浆体的导热系数。
7.如权利要求1所述硬化普通水泥净浆导热系数多尺度预测方法，其特征在于，所述硬化普通水泥净浆不同尺度中各个物相的体积百分含量由试验得到，或者由Powers模型计算得出，或者由Jennings-Tennis模型计算得出 ，或者由HYM0STRC模型计算得出。
全文摘要
本发明公开了一种硬化普通水泥净浆导热系数多尺度预测方法。本发明方法包括，根据硬化普通水泥净浆微观结构及组成进行多相多尺度划分，每种尺度上包含典型物相，然后计算不同物相的体积百分数，再根据各尺度上每种物相的体积百分含量、导热系数等参数，通过广义自洽方法计算得到硬化普通水泥净浆的导热系数。本发明考虑了硬化普通水泥净浆微观结构及组成材料的性能对水泥净浆宏观导热系数的影响，考虑的影响因素全面合理，且形式简单，使用方便。根据该方法构建的预测模型可较为准确的预测不同水灰比、不同种类水泥硬化普通水泥净浆的导热系数。
文档编号G01N25/20GK103115942SQ20131003092
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月28日 优先权日2013年1月28日
发明者赵海涛, 吴胜兴, 魏珍中, 张风臣, 曹秀丽, 陈育志, 骆勇军, 王溢, 唐易民, 朱晓琳 申请人:河海大学