[发明专利]二元混合胶凝材料的体心立方结构和水化反应计算方法

权利要求书

1.一种二元混合胶凝材料的体心立方结构，其特征在于，包括水泥颗粒、固废颗粒以及周围的水构成一个水化单元；

所述水化单元在立方体的八个角上各分布一个水泥颗粒，在立方体的中心分布一个固废颗粒，其余空间由水填充。

2.根据权利要求1所述的二元混合胶凝材料的体心立方结构，其特征在于，所述固废颗粒和水泥颗粒半径相等。

3.根据权利要求1-2任一项所述的二元混合胶凝材料的体心立方结构的水化反应程度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、水泥颗粒与水发生水化反应并产生水化产物，水泥颗粒的水化产物包裹在未水化的水泥颗粒上并以球体形状继续生长；固废颗粒水化反应较慢，故在前期基本不产生水化产物，此时含外部水化产物在内的固废颗粒与水泥颗粒之间、含外部水化产物在内的水泥颗粒与水泥颗粒之间相互还未接触；

含外部水化产物在内的水泥颗粒的体积表达式如式(1)所示

当且时：

含外部水化产物在内的固废颗粒的体积表达式如式(2)所示：

式中：R_c为含外部水化产物在内的水泥颗粒半径；R_waste为含外部水化产物在内的固废颗粒半径；V_c为含外部水化产物在内的水泥颗粒的体积；V_waste为含外部水化产物在内的固废颗粒的体积；L为立方体水化单元的边长；

步骤2、随着水化反应的继续，未水化固废颗粒和水泥颗粒的体积逐渐减小，含外部水化产物在内的固废颗粒和水泥颗粒体积随水化反应不断变大并占据一定的空间；含外部水化产物在内的水泥颗粒与固废颗粒相互接触并连接在一起，在接触处停止水化，从而降低了水泥颗粒和固废颗粒与水的接触，减缓了水化反应；

此时含外部水化产物在内的水泥颗粒的体积表达式如式(3)所示：

当且时：

含外部水化产物在内的固废颗粒的体积表达式如式(4)所示：

步骤3、随着水化反应的继续发展，未水化水泥颗粒的体积继续减小，含外部水化产物在内的水泥颗粒体积随水化反应的继续变大并占据更大的空间；含外部水化产物在内的水泥颗粒与固废颗粒之间、含外部水化产物在内的水泥颗粒与水泥颗粒之间相互接触并连接在一起，水化反应速率与上一阶段相比变得更慢；

此时，含外部水化产物在内的水泥颗粒的体积表达式如式(5)所示：

当且时：

含外部水化产物在内的固废颗粒的体积表达式如式(6)所示：

步骤4、当水泥完全水化，固废颗粒继续水化且时，含外部水化产物在内的水泥颗粒的体积表达式如式(5)：

当且时：

含外部水化产物在内的固废颗粒的体积表达式如式(6)：

步骤5、随着水化单元内的水化产物不断增多，以及固废颗粒与水接触面积的减少，水化进程将减慢，最终将停止水化反应，此时，含外部水化产物在内的水泥颗粒的体积表达式如式(7)所示：

含外部水化产物在内的固废颗粒的体积表达式如式(8)所示：

步骤9、固废颗粒、水泥颗粒在水化单元中均匀分布，水泥或固废颗粒水化程度表达式如式(9)所示：

式中：α_i为水泥或固废颗粒的水化反应程度；V_in为未水化水泥或固废颗粒的体积；V₀为初始时刻水泥或固废颗粒体积；

步骤10、在二元混合胶凝材料的水化过程中，固废颗粒、水泥颗粒的水化产物的形状均为球体，水化产物体积增长率的表达式如式(10)所示；

式中：ξ_i为水泥或固废水化产物体积增长率；V_i为含水化产物在内的水泥或固废颗粒体积；

步骤11、由式(9)和式(10)可得α_i和V_i的函数表达式，如式(11)所示：

式中：α_i为水泥或固废颗粒的水化反应程度；w/b为水胶比；ρ_i为水泥或固废颗粒的密度；ρ_w为水的密度；L为立方体水化单元的边长；V_i为水泥或固废颗粒的体积；

步骤12、得到二元混合胶凝材料的水化反应程度表达式，如式(12)所示：

α＝α_cf_c+α_wastef_waste (12)

式中：α为二元混合胶凝材料的水化反应程度；α_c和α_waste分别为水泥和固废颗粒的水化反应程度；f_c和f_waste分别为水泥和固废颗粒占二元混合胶凝材料的百分比；

根据体心立方结构建立的二元混合胶凝材料的水化程度计算方法，得到二元混合胶凝材料的水化反应程度，判断二元混合胶凝材料的水化反应进程。