利用单组分水泥浆模型（Yodel模型）预测多组分水泥浆的静态屈服应力

《Powder Technology》：Prediction of multi-component cement paste static yield stress by unary-component paste Yodel model

Yodel模型在多组分水泥浆体静屈服应力预测中的应用研究，提出基于颗粒比表面积的多组分浆体屈服应力预测模型，建立单组分与多组分模型参数间的定量关系，包括渗透阈值、颗粒尺寸分布参数和粒子间作用力参数，预测平均绝对误差低于10%。

　　

李鸿文|刘建忠|周新文|秦晓川|杨玉杰|张家琛|余成

中国江苏省南京市索伯特新材料有限公司（Sobute New Materials Co., Ltd.）重大基础设施工程材料国家重点实验室，邮编211103

摘要

Yodel模型被广泛用于预测水泥浆体的静态屈服应力。然而，目前的研究主要集中在单组分水泥浆体上，对多组分水泥浆体的Yodel模型及屈服应力预测的研究较为有限，因此本文对此进行了深入探讨。通过对水泥-粉煤灰二元水泥浆体的研究，提出了确定多组分Yodel模型中渗透阈值、粒径分布和颗粒间力参数的方法。在此基础上，建立了一个与颗粒表面积相关的多组分水泥浆体屈服应力预测模型。预测结果的平均绝对百分比误差几乎低于10%。此外，还建立了单组分和多组分Yodel模型之间各种参数的定量关系，包括渗透阈值、堆积密度、粒径分布和颗粒间力参数之间的关系。

部分摘录

符号说明

d_s
基于表面积的平均直径
d_v
基于体积的平均直径
d_i
颗粒直径
$?$
固体体积分数
${?}_{\text{perc}}$
渗透阈值
${?}_{\max }$
堆积密度
φ_i
半径为 r_i
的颗粒的体积分数
${\tau }_y$
静态屈服应力
x_v
混合粉末中粘结剂的体积分数
$F_{\sigma ,\Delta }$
与粒径分布相关的参数
$\Delta v_{k,l}$
体积增量的归一化值
A
Hamaker常数
H
分离距离
G_max
颗粒间力
R_v
平均体积半径

Yodel模型

为避免因本文中使用的不同体积分数类型而产生的混淆，采用以下符号约定：1) 与浆体中固体相体积相关的变量用符号“$?$”表示，例如固体体积分数、渗透阈值；2) 与粒径分布相关的变量用符号“$\phi$”表示；3) 整个固体相中某种固体材料的比例用符号“$x_v$”表示，例如...

材料

本文使用了P·I 42.5和P·O 42.5水泥（CEM）、F级粉煤灰（FA）和粒化高炉矿渣（GS）。粘结剂的氧化物组成见表1，粒径分布见图3。水泥、粉煤灰和矿渣的密度分别为3.1 g/cm3、2.2 g/cm3和2.8 g/cm3。WRA为聚羧酸超级塑化剂（PCE），其固体含量为10%。

测试方法

（1）静态屈服应力测试。

静态屈服应力测量采用MCR302流变仪进行

多组分水泥浆体Yodel参数的确定

在Yodel模型中，参数分为两类：测试计算参数和拟合参数。可以通过测试进一步计算得到的参数包括$?$、?max、$F_{\sigma ,\Delta }$和 R_v。其中，$?$、?max和 R_v可通过直接测量和简单计算获得，而$F_{\sigma ,\Delta }$的确定涉及体积增量，其有三种不同的计算方法。因此，重点应放在Fσ,Δ的确定方法上。

多组分水泥浆体屈服应力的预测

第4节探讨了多组分水泥浆体Yodel模型参数的确定方法，并以水泥-粉煤灰二元浆体作为案例研究。基于第4节得出的结论，本节研究了含水泥、粉煤灰和矿渣的二元和三元浆体的屈服应力预测。

多组分水泥浆体Yodel模型参数的预测

第4节开发了Yodel模型参数的确定方法，第5节研究了多组分水泥浆体屈服应力的预测。本节结合第4节和第5节的结果，研究了单组分和多组分水泥浆体之间Yodel模型参数的定量关系。参数包括${?}_{\text{perc}}$、${?}_{\max }$、$F_{\sigma ,\Delta }/R_V$和 G_max。

结论

本文提出了关键Yodel模型参数的确定方法，并基于单组分水泥浆体的Yodel模型预测了多组分水泥浆体的静态屈服应力。得出以下结论：

(1) Yodel模型关键参数的确定方法。关键参数包括渗透阈值${?}_{\text{perc}}$、粒径分布参数$F_{\sigma ,\Delta }/R_v$和颗粒间力参数 G_max，其中${?}_{\text{perc}}$可取值为0.3

CRediT作者贡献声明

李鸿文：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿撰写、方法论研究、实验研究。刘建忠：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿撰写、方法论研究、概念构建。周新文：撰写 – 审稿与编辑、实验研究、概念构建。秦晓川：验证、实验研究。杨玉杰：撰写 – 审稿与编辑、验证、实验研究。张家琛：软件开发、实验研究、数据整理。余成：撰写 – 审稿与编辑、概念构建。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢国家自然科学基金（项目编号52508274, U22A20229）和中国三峡公司的研究项目资助（项目编号202203397）提供的财务支持。