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水泥-矿渣复合胶凝材料水化动力学模型研究

StudyontheHydrationKineticsModelofCement-SlagCompositeCementitiousMaterials

作者：张增起

指导教师：阎培渝

培养院系：土木工程系

学科：土木工程

读博感言：业精于勤荒于嬉，行成于思毁于随

研究背景/选题意义/研究价值

现代胶凝材料组分非常复杂，往往含有大掺量的矿物掺合料，复合胶凝材料中水泥的水化提供了碱性环境，激发了矿物掺合料的火山灰反应。因此，复合胶凝材料的水化更倾向于是一种“链式”反应，不能简单地把复合胶凝材料作为一种均质材料处理，而现有胶凝材料的水化动力学模型主要基于纯硅酸盐水泥的水化机理建立。因此，有必要建立基于复合胶凝材料反应机理的水化动力学模型，为现代混凝土的力学性能和耐久性能建模研究奠定理论基础。

主要研究内容

本文的主要工作是以水泥-矿渣复合胶凝材料为研究对象，从C3S单矿、纯硅酸盐水泥水化，到含惰性掺合料和活性掺合料的复合胶凝材料体系，逐步建立了含火山灰材料的复合胶凝材料水化动力学模型，并给出了水泥-矿渣体系的动力学参数取值方法，为后续含其他种类火山灰材料复合胶凝材料的动力学建模提供模型框架。研究框架如下图所示：

产物成核生长阶段水化动力学模型推导过程，考虑产物在固体表面随机成核生长。引入临界长度，对模型修正。扩散阶段采用Jander方程表水化速率，基于剩余质量分数和活性指数确定四大矿物后期反应程度。主要创新点

1.从C3S单矿出发，建立科学的动力学模型，建模过程层层递进，由简入繁，逐步完善。

2.提出局部生长理论解释水泥水化加速期向减速期的转变，对反应程度表征更为准确。

3.从矿物掺合料火山灰反应早期产物成核生长和后期水分传输的两阶段控制机制出发，建立科学的火山灰反应动力学模型。

代表性创新成果

1.ZhangZQ,ZhangB,YanPY.Comparativestudyofeffectofrawanddensifiedsilicafumeinthepaste,mortarandconcrete.ConstructionandBuildingMaterials,,:82-93.

2.ZhangZQ,YanPY.Hydrationkineticsoftheepoxyresin-modifiedcementatdifferenttemperatures.ConstructionandBuildingMaterials,,:-.

3.阎培渝,张增起.复合胶凝材料的水化硬化机理.硅酸盐学报,(8):-.

作者：张增起图片：张增起编辑：清华大学研究生院吴佳瑛李文

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