水泥水化二維模擬的數(shù)值方法及其應(yīng)用

袁 慶,鄭建軍,邢鴻燕

(1.浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,浙江 杭州 310014;2.中天建設(shè)集團(tuán)有限公司,浙江 杭州 310014)

20世紀(jì)80年代以來(lái),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,除了以往的試驗(yàn)手段外,計(jì)算機(jī)模擬已成為解決材料科學(xué)理論和工程問題的重要手段。通過模擬水泥水化來(lái)研究混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)與宏觀物理力學(xué)性能之間的關(guān)系已逐步為國(guó)內(nèi)外學(xué)者所關(guān)注[1-4]。目前主要有2類有代表性的水泥基材料水化模型:數(shù)字圖像基模型和連續(xù)基模型[2-3]。Wittmann等[5]最早提出應(yīng)用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬水泥或混凝土微觀結(jié)構(gòu),建立數(shù)字混凝土模型。隨后,Bentz等[6]提出基于數(shù)字圖像處理的水泥水化模型,將每一個(gè)水泥顆粒描述成一些圖像像素的集合體,通過一套元胞自動(dòng)機(jī)規(guī)則操縱全部像素來(lái)模擬水泥的水化過程[3,7],可描述多尺度、多相、非球形水泥顆粒。其局限性在于它的解析度,因?yàn)槊總€(gè)像素所占的體積為1 μ m3,無(wú)法描述小于該尺度的特征量。Jennings等[1]于1986年首先將水泥顆粒作為基本單元來(lái)描述水泥漿體的微觀結(jié)構(gòu)[1],創(chuàng)立了連續(xù)描述法。van Breugel等[2,8]開發(fā)了HYMOSTRUC模擬系統(tǒng),考慮了水泥礦物組成、水泥顆粒分布、礦物摻和料、水灰比、養(yǎng)護(hù)溫度等技術(shù)參數(shù)對(duì)水化過程的影響。Stroeven等[9]開發(fā)了SPACE系統(tǒng),以水泥顆粒的動(dòng)態(tài)混合過程作為出發(fā)點(diǎn),較理想地模擬了實(shí)際生產(chǎn)過程中水泥顆粒的堆積過程。這些水泥水化模擬都是在三維空間中實(shí)現(xiàn)的,三維模擬的優(yōu)點(diǎn)是能夠比較真實(shí)地重現(xiàn)水泥水化物理化學(xué)過程,缺點(diǎn)是對(duì)……