基于电阻率法的水泥基材料的水化机制与收缩性能研究

水泥基材料的水化机制与收缩性能是水泥研究领域的热点和难点，在水化机制研究方面仍有许多问题无法准确解释，水泥基材料的收缩则具有机理复杂、影响因素多和测试方法不一等特点。本项目提出将电阻率法应用于水泥基材料科学研究领域，把电阻率法和其它一些传统的实验方法相结合，进一步深化水泥基材料的水化机制与收缩性能的研究。电阻率法可以宏观监测水泥基材料微观结构的形成过程及其演变规律，可以反映水泥基材料的水化反应发展过程。本项目拟综合采用电阻率法、量热法和微观分析等，半连续测定液相离子浓度，研究水泥基材料水化反应的反应度和活化能，基于成熟度理论建立可以反映微观结构形成过程及演变规律的水化反应模型。在此基础上，通过采用浮力法、波纹管法和非接触法测定水泥基材料的收缩变形规律，研究水化反应与收缩之间的内在关系。探索建立水泥基材料的电阻率与水化反应参数（反应度、成熟度、水化热和活化能）以及孔结构、收缩之间的关系。

本项目电阻率法和其它一些传统的实验方法相结合，进一步深化水泥基材料的水化机制与收缩性能的研究。电阻率法可以宏观监测水泥基材料微观结构的形成过程及其演变规律，可以反映水泥基材料的水化反应发展过程。本项目综合采用电阻率法、量热法和微观分析等，研究了水泥基材料水化反应的反应度，基于电阻率法的计算机模拟对水泥基材料中水泥水化过程进行了研究。本项目首次提出将电阻率微分曲线峰值特征点对应时间作为水泥水化动力学模型临界时间输入到计算机模拟当中，对不同水灰比的纯水泥浆体在不同时间的微观结构进行了计算机模拟。结果表明：根据电阻率微分曲线的3个峰值特征点，水泥水化过程可划分为溶解结晶期、凝结期、加速期和减速期4个发展阶段；计算机模拟可以很好地解释和分析水泥的水化过程，以及在水化过程中浆体电阻率的发展特点。采用电阻率法和基于电阻率法的计算机模拟研究了柠檬酸缓凝剂掺量对水泥浆体水化过程的影响，结果表明：随着缓凝剂掺量增加，浆体电阻率在溶解结晶期逐渐变大，在凝结期后逐渐变小；电阻率微分曲线的第2峰值点对应时间与浆体凝结时间密切相关；缓凝剂对浆体早期水泥水化的缓凝效果随着缓凝剂掺量增加而逐渐增强，但缓凝剂减弱了后期水泥水化速率降低的幅度；浆体孔隙率的计算机模拟曲线可以预测和分析浆体强度的发展趋势。对不同水灰比的纯水泥浆体的化学收缩进行了试验测定和基于电阻率法的计算机模拟研究。水泥浆体中每克水泥的化学收缩随着水灰比升高而增大，而单位体积浆体的化学收缩随着水灰比升高而减小。化学收缩的计算机模拟值与试验值的相对误差小于5%，通过化学收缩模拟值的双曲线方程计算得到的化学收缩最终值随着水灰比升高而增大。测定了不同水胶比和粉煤灰掺量的早龄期水泥基浆体的电阻率、化学收缩和自收缩，首次分析了自收缩与化学收缩之间的定量关系。结果表明：水泥基浆体在减速期的电阻率随时间对数的曲线斜率K和浆体3 d抗压强度成线性关系；浆体的化学收缩和自收缩分别随水胶比升高或粉煤灰掺量增大而降低；浆体在24 h后的单位体积化学收缩和30 h后的自收缩随电阻率的发展均表现出线性关系；终凝后自收缩变化量在终凝后线性化学收缩变化量中所占比例（γ）小于3%，且随水化时间逐渐减小，与未充水毛细孔相比，自收缩只是化学收缩中很小的一部分；参数γ将有助于定量描述水泥基材水化过程中自收缩和未充水毛细孔体积在化学收缩中所占的比例变化。