水泥水化模拟和水泥石弹性模量预测

摘要

水泥基材料是一种复杂的多孔材料，广泛地应用于各个领域，因此对其物理和力学性能的研究具有重要的理论意义和实用价值。通过对水泥水化计算机模拟可获得水泥石模型，再应用各种数值方法建立水泥石宏观物理和力学性能与微观结构之间的定量关系，为水泥基材料性能的优化设计提供了理论依据。
　　详细讨论了一维非均质材料弹性模量预测的快速傅里叶变换法，分析了该方法的收敛性和精度。进一步将该方法延伸用于预测二维多孔材料的弹性模量，通过与圆孔材料的解析解进行比较，验证了该方法的有效性，定量评价了孔形状、孔分布和固相材料泊松比对多孔材料弹性模量的影响。
　　引入Rosin-Rammler累积分布函数和周期性边界条件，模拟水泥颗粒初始分布。根据水泥水化动力模型，用三个同心圆来表示每个水泥颗粒的未水化部分、水化产物和空气层，引入干扰系数考虑相邻水泥颗粒之间的相互作用。将模拟所得到的水泥石水化度与试验结果比较，验证了该模拟方法的有效性，并定量评价了水灰比、最大水泥颗粒直径和温度对水化度的影响。
　　基于模拟所得的水泥石微观结构，讨论了水泥石弹性模量预测的快速傅里叶变换法。等距离选取像素点，给每个像素点赋予相同的初值，通过迭代获得水泥石宏观弹性模量。最后，与文献中的试验结果进行比较验证了该数值方法的有效性，并定量评价了水灰比、最大水泥颗粒直径和温度对水泥石弹性模量的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 多孔材料弹性性能

1．1．1 多孔材料发展

1．1．2 多孔材料弹性模量

1．2 水泥颗粒的初始分布

1．3 水泥水化模型

1．3．1 连续基模型

1．3．2 数字图像基模型

1．4 水泥水化特性

1．4．1 水化度

1．4．2 弹性模量

1．5 本文主要研究内容

第二章 非匀质杆件分析的快速傅里叶变换法

2．1 快速傅里叶变换及其实现

2．1．1 快速傅里叶变换原理

2．1．2 快速傅里叶变换运算

2．2 非匀质杆件分析

2．2．1 基本方程和迭代算法

2．2．2 非匀质杆件分析

2．2．3 算例及验证

2．3 本章小结

第三章 二维多孔材料弹性模量预测

3．1 二维多孔材料模拟

3．2 二维多孔材料弹性模量分析

3．2．1 基本方程

3．2．2 迭代求解过程

3．2．3 模拟孔个数的确定

3．3 数值结果验证

3．3．1 收敛性

3．3．2 有效性

3．4 影响因素分析

3．4．1 孔形状影响

3．4．2 孔分布影响

3．4．3 固相材料泊松比影响

3．5 本章小结

第四章 二维水泥水化模拟

4．1 水泥颗粒的初始分布

4．1．1 水泥颗粒的产生

4．1．2 水泥颗粒的初始分布

4．2 水泥水化过程模拟

4．2．1 单颗水泥颗粒水化机理

4．2．2 考虑干扰作用的水泥颗粒的水化机理

4．3 水化度及其影响因素

4．3．1 水化度计算及试验验证

4．3．2 影响因素分析

4．4 本章小结

第五章 水泥石弹性模量预测

5．1 水泥石各组分及其弹性模量

5．2 弹性模量计算及验证

5．2．1 像素点的选取

5．2．2 计算方法

5．2．3 算例及验证

5．3 影响因素分析

5．3．1 水灰比影响

5．3．2 温度影响

5．3．3 最大水泥颗粒直径影响

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文