МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕСТРУКЦИИ ЧАСТИЦ ЦЕМЕНТА В НАЧАЛЬНОЙ СТАДИИ ГИДРАТАЦИИ
Аннотация
Представлено обоснование существования периода деструкции частиц цемента при гидратации бетона на осколки, по размеру существенно больше средних размеров молекул. Принята идеализированная структура ячеечного представления для зерна цемента и окружающей его воды в виде вложенных сфер, причем внешняя сфера не изменяет своих координат, а внутренняя сфера, имитирующая зерно цемента, с течением процесса уменьшается за счет переноса образующихся осколков в межсферическое пространство, заполненное водой. Сделано допущение, что концентрационное поле однородно и изменяется по радиусу. Процесс дробления описан с использованием физической модели «псевдорастворения» и базируется на формулировке закона Фика. Путем введения скорости деструкции, связанной с перемещением межфазной границы, сформулирована математическая модель в виде начально-краевой задачи для уравнения диффузионного типа в сферической системе координат. Введением специальной системы координат сформулированная начально-краевая задача трансформирована в задачу с фиксированными границами. Интегрирование полученной системы выполнено численно с помощью явной конечно-разностной схемы. Вычислительный эксперимент подтвердил работоспособность предложенного алгоритма, что позволило провести качественный анализ модели, который показал корректность допущений, принятых при формулировке математической модели. Установлено, что в сферической ячейке, содержащей среднестатистическое цементное зерно, осколки локализуются вблизи межфазной поверхности из-за слабого влияния диффузионного механизма переноса. Проведена оценка среднего размера осколков, которые существенно больше среднемолекулярного размера, что дополнительно подтвердило гипотезу существования периода деструкции зерен цемента в начальной стадии гидратации бетона.
<span style="opacity: 0;"> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . </span>
Литература
Brandt A.M. Cementbased composites: materials, mechanical properties and performance. New York: Taylor&Francis. 2009. 526 p.
Brykov A.S. Hydration of Portland cement. SPb.: SPbSTI(TU). 2008. 30 р. (in Russian).
Locher F.W. Cement: principles of production and use. Düsseldorf, Germany: VerlagBau+Technik. 2000. 480 p.
Basheer P.M. Permeation analysis. Hand book of analytical techniques in concrete science and technology. NY: Elsever. 2001. P. 658-737.
Kubissa W., Pacewska B., Wilinska I. Comparative investigations of some properties related to durability of cement concretes containing different fly ashes. Adv. Mater. Res. 2014. N 1054. P. 154-161.
Liu J., Li Y., Ouyang P., Yang Y. Hydration of the silica fume – Portland cement binary system of lower temperature. Construct. Build. Mater. 2015. V. 93. P. 919-925.
Peterson V.K., Juenger M.C. Hydration of tricalcium silicate: effects of CaCl2 and sucrose on reaction kinetics and product formation. Chem. Mater. 2006. V. 18. P. 5798-5804.
Thomas J.J. A new approach to modeling the nucleation and growth kinetics of tricalcium silicate hydration. V. Amer. Ceram. Soc. 2007. V. 90. N 10. P. 3282-3288.
Lothenbach B., Glasser F.P. Thermodynamic modelling of the effect of temperature on the hydration and porosity of Portland cement. Cement Concr. Res. 2008. V. 38. N 1. P. 1-18.
Lothenbach B., Winnefeld F. Thermodynamic modelling of the hydration of Portland cement. Cement Concr. Res. 2006. V. 36. N2. P. 209-226.
Weerdt K.D., Haha M.B., Saout G.L., Kjellsen K.O., Justnes H., Lothenbach B. Hydration mechanisms of ternary Portland cements containing limestone powder and fly ash. Cement Concr. Res. 2011. V. 41. N 3. P. 279-291.
Bolotskikh O.N. European methods of physical and me-chanical testing of cement. M.: Testino. 2015. 88 p. (in Rus-sian).
A Series of "Builder". Concretes. Materials. Technologies. Equipment. M.: Stroyinform, Rostov-n/D.: Fenix. 2006. 424 p. (in Russian).
Summ B.D. Fundamentals of colloid chemistry. M.: Acad-emya. 2006. 240 p. (in Russian).
Tsvetkov F.F., Grigoriev B.A. Heat and mass transfer. M.: MEI. 2005. 550 p. (in Russian).
Akselrud G.A., Molchanov A.D. Dissolution of solids. M.: Khimiya. 1977. 272 p. (in Russian).
Starov V., Ivanov I. Fluid mechanics of surfactantand polymer solutions. NY: Springer. 2014. 173 p.
Maekawa K., Ishida T., Kishi T. Multi-Scale modeling of structural concrete. NY: Taylor&Francis. 2009. 672 p.
Liu Z., Sha A., Hu L., Lu Y., Jiao W., Tong Z., Gao J. Kinetic and thermodynamic modeling of Portland cement hy-dration at low temperatures. Chem. Papers. 2017. V. 71. N 4. P. 741-751.
Waug X. Modeling of hydration, compressive strength, and carbonation of Portland-Limestone cement (PLC) concrete. Materials. 2017. V. 10. N 2. P. 115.
Chernov I.P., Tyurin Yu.I., Kryuchkov Yu.Yu. Physics. Molecular physics. Thermodynamics. SPb.: Lan. 2008. 288 p. (in Russian).
