[发明专利]一种基于迭代法重构水泥基体孔隙分布的方法

说明书

本发明公开了一种基于迭代法重构水泥基体孔隙分布的方法，包括以下步骤：步骤一，通过压汞法获取水泥基体孔隙分布的测试数据，包括施加压力、水银的压入体积和水泥基体的总体积；步骤二，确定重构水泥基体孔隙尺寸的分布范围；步骤三，求解迭代过程的相关迭代参数，包括L、n、i、b_i，其中，L为立方体的边长，n为迭代速率，i为迭代次数，b_i为第i次迭代过程中迭代单元的数目；步骤四，对重构的水泥基体孔隙分布进行可视化。本发明利用迭代技术，方便定量描述水泥基体孔隙分布的非均质性与多尺度性，参数设置简单、操作性较强；对比水泥基体孔隙分布的测试结果和重构结果，二者吻合度高。

技术领域

本发明属于孔隙重构方法，具体为一种基于迭代法重构水泥基体孔隙分布的方法。

背景技术

水泥基体作为胶结相，在混凝土材料中占有重要的地位。从材料科学角度看，水泥基体属于典型的多孔介质，其孔隙分布在很大程度上决定着物理力学性能。换言之，通过构建水泥基体的孔隙分布，结合物理力学定律，便可合理预测水泥基体的物理力学性能，进而减少实际测试所耗费的大量人力物力成本。对此，关键在于准确构建水泥基体的孔隙分布。

国内外研究人员提出不同途径构建水泥基体的孔隙分布，有基于水化动力学理论的数值方法，也有基于CT技术的实验方法。已有研究表明，水泥基体的孔隙分布表现出复杂的非均匀性与多尺度性：大约5纳米大小的本征单元(Basic Building Block)组成的水化硅酸钙凝胶具有纳米尺寸的孔隙，水化产物和未水化颗粒的随机堆积形成的水泥基体具有微米尺寸的孔隙。当前途径构建水泥基体孔隙分布在从纳米尺度到微米尺度进行跨尺度描述时大多需要设置繁冗的参数，通常存在效率较低、操作性较差等技术问题。

因此，开发关于水泥基体孔隙分布的高效准确构建方法对于混凝土材料研究具有重要的科学与工程意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种参数设置简单、准确度高的基于迭代法重构水泥基体孔隙分布的方法。

技术方案：本发明所述的一种基于迭代法重构水泥基体孔隙分布的方法，包括以下步骤：

步骤一，通过压汞法获取水泥基体孔隙分布的测试数据，包括施加压力、水银的压入体积和水泥基体的总体积；

步骤二，确定重构水泥基体孔隙尺寸的分布范围；

步骤三，求解迭代过程的相关迭代参数，包括L、n、i、b_i，其中，L为立方体的边长，n为迭代速率，i为迭代次数，b_i为第i次迭代过程中迭代单元的数目；

步骤四，对重构的水泥基体孔隙分布进行可视化。

进一步地，步骤一中，将施加压力转换成孔隙尺寸，计算公式如下：

其中，l为孔隙尺寸，P为施加压力，γ、θ为常数分别是常温下水银的表面张力、水银与水泥基体的接触角；

水银的压入体积等于孔隙体积，累计孔隙率的计算公式如下：

其中，f(l)为累计孔隙率，V₀为水泥基体的总体积，V(l)为水银的压入体积。

进一步地，步骤二中，根据孔隙尺寸、累计孔隙率，绘制累计孔隙率与孔隙尺寸的关系曲线，确定重构水泥基体孔隙尺寸的分布范围l_min～l_max；其中，l_min为最小孔隙尺寸，l_max为最大孔隙尺寸。具体方法是：观察孔隙率曲线f(l)的变化趋势，随着l的减小，当f(l)呈现显著增加时的临界l取为l_max，而当f(l)不再增加时的临界l取为l_min。