一种胶凝材料强度的测量方法

摘要

本发明公开了一种胶凝材料强度的测量方法，包括以下步骤：1）测试水泥的表观密度和矿物掺合料的表观密度；2）得到矿物掺合料在胶凝材料浆体中的反应程度；3）得到水泥在胶凝材料浆体中的水化程度；4）获取胶凝材料强度的三个主要影响因素；5）建立胶凝材料强度GM(1,4)模型；6）把需测量胶凝材料的三个主要影响因素代入胶凝材料强度GM(1,4)模型中即可得到胶凝材料强度结果。本发明通过简单的试验就可计算得到不同胶凝材料组合强度，其准确性高，可靠性好，避免了不同胶凝材料组合强度都需经过强度试验才能得到。

权利要求

1.一种胶凝材料强度的测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)测试水泥的表观密度和矿物掺合料的表观密度；

2)通过选择性溶解法测试得到矿物掺合料在含NaOH的饱和石灰水中的反应程度αMA,SL,i，其中i表示矿物掺合料种类，所述饱和石灰水的pH值为13～14；然后通过选择性溶解法测试得到矿物掺合料在两组胶凝材料浆体中的反应程度αMA,i，得出矿物掺合料在胶凝材料浆体中的反应程度试验回归常数，A1为指数函数前置常数，A2为内置常数，最后计算得到矿物掺合料在胶凝材料浆体中的反应程度；

3)通过化学结合水测试水泥在不同水灰比下的水化程度，得到水泥在胶凝材料浆体中的水化程度试验回归常数，B1为指数函数前置常数，B2为内置常数，然后计算得到水泥在胶凝材料浆体中的水化程度；

4)获取胶凝材料强度的三个主要影响因素：①通过计算得到水胶比W/B；②通过测试得到胶凝材料堆积密度ρBD；③通过计算得到水化产物硅酸钙与未水化的水泥和矿物掺合料的体积比；

5)以三个主要影响因素为相关因素序列，胶凝材料强度为系统特征数据序列，采用灰色系统建模方法建立胶凝材料强度GM(1,4)模型；

6)把需测量胶凝材料的三个主要影响因素代入胶凝材料强度GM(1,4)模型中即可得到胶凝材料强度结果。

2.根据权利要求1所述的一种胶凝材料强度的测量方法，其特征在于，所述步骤2)中采用下式计算得到矿物掺合料在胶凝材料浆体中的反应程度：式中：

αMA,i：矿物掺合料在胶凝材料浆体中的反应程度；

αMA,SL,i：矿物掺合料在含NaOH的饱和石灰水中的反应程度；

mMA,i：胶凝材料浆体中矿物掺合料的用量；

c：胶凝材料浆体中水泥的用量；

w：用水量；n为矿物掺合料种类总数；

e：自然常数，其值为2.718；

A1、A2：矿物掺合料在胶凝材料浆体中的反应程度试验回归常数，分别为指数函数前置常数和内置常数。

3.根据权利要求1所述的一种胶凝材料强度的测量方法，其特征在于，所述步骤3)中采用下式计算得到水泥在胶凝材料浆体中的水化程度：式中：

αC：水泥在胶凝材料浆体中的水化程度；

B1、B2：水泥在胶凝材料浆体中的水化程度试验回归常数，分别为指数函数前置常数和内置常数。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种胶凝材料强度的测量方法，其特征在于，所述步骤

4)中根据下式计算得到水化产物硅酸钙与未水化的水泥和矿物掺合料的体积比：式中，VR：硅酸钙与未水化的水泥和矿物掺合料的体积比；

fS,MA,i：矿物掺合料化学组成中氧化硅的质量分数；

nC2S和nC3S：分别为水泥组成中硅酸二钙和硅酸三钙摩尔数；

ρC和ρMA,i：分别为水泥和矿物掺合料的表观密度。

说明书

一种胶凝材料强度的测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种测量方法，特别是胶凝材料强度的测量方法。

背景技术

[0002] 水泥强度是根据《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》（GB/T17671-1999）进行测试得到的，而目前制备高性能混凝土一般都要掺加矿物掺合料，使得胶凝材料组成变得多样和复杂化，而不同胶凝材料组合的强度一般都要通过强度试验才能得到，这样不仅要求成型大量的胶砂试件，同时还要等到胶砂试件的养护龄期28d，既繁琐又耗时，造成了大量人力物力的耗损。

[0003] 迄今为止，针对胶凝材料强度的研究和应用较多，应用较广并且设计精度较高的方法主要有神经网络方法、单纯形重心设计方法、正交设计方法和经验公式回归方法以及这些方法的改进修正方法等。其中的神经网络方法为了得到精确的设计预测结果，需要足够多训练网络的试验值，另外也不能得到强度与影响因素之间的解析表达式；正交设计方法和经验公式回归方法考虑影响强度的因素有限，同样由于没有相应的强度与影响因素之间的解析表达式，无法得出各影响因素对强度的关联大小；单纯形重心设计方法的使用存在一定的限制条件，如矿物掺合料的掺量不宜超过一定限制，其普适性有待进一步验证。

发明内容

[0004] 技术问题：本发明提供一种胶凝材料强度的测量方法。它不仅准确性和可靠性高，且仅需通过简单的试验就可计算得到不同胶凝材料组合强度，避免了不同胶凝材料组合强度都需经过28d强度试验才能得到。

[0005] 技术方案：本发明的胶凝材料强度的测量方法，包括以下步骤：

[0006] 1）测试水泥的表观密度和矿物掺合料的表观密度；

[0007] 2）通过选择性溶解法测试得到矿物掺合料在含NaOH的饱和石灰水中的反应程度αMA,SL,i，其中i表示矿物掺合料种类，所述饱和石灰水的pH值为13～14；然后通过选择性溶解法测试得到矿物掺合料在两组胶凝材料浆体中的反应程度αMA,i，得出矿物掺合料在胶凝材料浆体中的反应程度试验回归常数，A1为指数函数前置常数，A2为内置常数，最后计算得到矿物掺合料在胶凝材料浆体中的反应程度；

[0008] 3）通过化学结合水测试水泥在不同水灰比下的水化程度，得到水泥在胶凝材料浆体中的水化程度试验回归常数，B1为指数函数前置常数，B2为内置常数，然后计算得到水泥在胶凝材料浆体中的水化程度；

[0009] 4）获取胶凝材料强度的三个主要影响因素：①通过计算得到水胶比W/B；②通过测试得到胶凝材料堆积密度ρBD；③通过计算得到水化产物硅酸钙与未水化的水泥和矿物掺合料的体积比；

[0010] 5）以三个主要影响因素为相关因素序列，胶凝材料强度为系统特征数据序列，采用灰色系统建模方法建立胶凝材料强度GM(1,4)模型。

[0011] 6）把需测量胶凝材料的三个主要影响因素代入胶凝材料强度GM(1,4)模型中即可得到胶凝材料强度结果。

[0012] 本发明方法的步骤2）中，采用下式计算得到矿物掺合料在胶凝材料浆体中的反应程度：

[0013]

[0014] 式中：

[0015] αMA,i：矿物掺合料在胶凝材料浆体中的反应程度；

[0016] αMA,SL,i：矿物掺合料在含NaOH的饱和石灰水中的反应程度；

[0017] mMA,i：胶凝材料浆体中矿物掺合料的用量；

[0018] c：胶凝材料浆体中水泥的用量；

[0019] w：用水量；n为矿物掺合料种类总数；

[0020] e：自然常数，其值为2.718；

[0021] A1、A2：矿物掺合料在胶凝材料浆体中的反应程度试验回归常数，分别为指数函数前置常数和内置常数。

[0022] 本发明方法的步骤3）中，采用下式计算得到水泥在胶凝材料浆体中的水化程度：

[0023]

[0024] 式中：

[0025] αC：水泥在胶凝材料浆体中的水化程度；

[0026] B1、B2：水泥在胶凝材料浆体中的水化程度试验回归常数，分别为指数函数前置常数和内置常数。

[0027] 本发明方法的步骤4）中，根据下式计算得到水化产物硅酸钙与未水化的水泥和矿物掺合料的体积比：

[0028]

[0029] 式中，VR：硅酸钙与未水化的水泥和矿物掺合料的体积比；

[0030] fS,MA,i：矿物掺合料化学组成中氧化硅的质量分数；

[0031] nC2S和nC3S：分别为水泥组成中硅酸二钙和硅酸三钙摩尔数；

[0032] ρC和ρMA,i：分别为水泥和矿物掺合料的表观密度。

[0033] 有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

[0034] 1.现有胶凝材料强度一般都是按规范进行胶砂试验得到，试验工作量大，同时需耗费大量胶凝材料，本发明只需少量胶凝材料开展简单的试验即可获得相应的胶凝材料强度。

[0035] 2.现有胶凝材料强度模型或在模型中无法体现出强度的主要影响因素，或得不到相应的解析表达式，或适用条件较为苛刻限制了其使用范围。本发明通过三个主要影响因素得到胶凝材料强度解析表达式，适用范围广泛。

[0036] 3.现有胶凝材料强度模型或准确性较低，可靠性较差，为保证其精度需要足够多的试验结果建模，本发明使用建模所需试验结果样品较少的灰色系统建模方法，得到的胶凝材料强度与试验真实强度相比，其平均相对误差在10%以内，全部结果相对误差在15%以内，准确性较高，可靠性较好。

附图说明

[0037] 图1为胶凝材料强度GM(1,4)残差修正模型得到的28d强度模拟值和试验值对比图。

[0038] 图2为胶凝材料强度GM(1,4)残差修正模型得到的28d强度模拟值和试验值的相对误差图。

具体实施方式

[0039] 胶凝凝材料符号分别为：CI为江南小野田水泥厂生产的P·I52.5级水泥；CII为华新水泥股份有限公司生产的P·II42.5级水泥；FAI-1、FAI-2和FAI-3分别为不同产地的I级粉煤灰；FAII-1和FAII-2分别为不同产地的II级粉煤灰；BFS95-1和BFS95-2分别为不同产地的S95级矿粉；S75和S105分别为S75和S105级矿粉；MK-1和MK-2分别为2 2
比表面积为550m/kg和1200m/kg的偏高岭土；LP，QP和EP分别为纯度大于90%的石灰石粉、石英砂粉和金刚砂粉。

[0040] 1）测试得到的水泥表观密度和矿物掺合料表观密度，如表1所示。

[0041] 表1水泥和矿物掺合料表观密度/g/cm3

[0042]

[0043] 1）通过选择性溶解法测试得到矿物掺合料在含NaOH的饱和石灰水中的反应程度，如表2所示；通过选择性溶解法测试得到矿物掺合料在两组胶凝材料浆体中的反应程度，得出矿物掺合料在胶凝材料浆体中的反应程度试验回归常数，A1为指数函数前置常数，A2为内置常数，如表3所示，据此可得到不同矿物掺合料在胶凝材料浆体中的反应程度计算公式。

[0044] 表2矿物掺合料在含NaOH的饱和石灰水中的28d反应程度

[0045]

[0046] 表3矿物掺合料在胶凝材料浆体中反应程度试验回归常数

[0047]

[0048] 3）通过化学结合水测试水泥在不同水灰比下的水化程度，得到水泥在胶凝材料浆体中的水化程度试验回归常数，B1为指数函数前置常数，B2为内置常数，如表4所示，据此可得到水泥在胶凝材料浆体中的水化程度计算公式。

[0049] 表4水泥在胶凝材料浆体中水化程度试验回归常数

[0050]

[0051] 4）获取胶凝材料强度的三个主要影响因素：①通过计算得到水胶比W/B；②通过测试得到胶凝材料堆积密度ρBD；③通过计算得到水化产物硅酸钙与未水化的水泥和矿物掺合料的体积比，如表5所示。

[0052] 表5胶凝材料强度与与三个主要影响因素

[0053]

[0054]

[0055] 表5中，试验编号中的字母代表胶凝材料组成，而胶凝材料字母前的数字则表示其掺量，以（M:7CI+FAI-1+2BFS95-1）为例说明，M表示胶砂，CI、FAI-1和BFS95-1分别表示该组胶砂中胶凝材料组成所用的水泥、粉煤灰和矿粉，而CI、FAI-1和BFS95-1各字母前的数字（数字1通常省略，如FAI-1前面的数字1未标明）则表示原材料各自的掺量，分别为70%CI、10%FAI-1和20%BFS95-1，而基准水泥胶砂试验样品编号分别为（M:CI）和（M:CII）。
CS表示胶凝材料28d强度，MPa。

[0056] 5）以三个主要影响因素为相关因素序列，胶凝材料强度为系统特征数据序列，采用灰色系统建模方法建立胶凝材料强度GM(1,4)模型，其中GM(1,4)表示阶数为1、变量为4的灰色模型，“1”表示灰色模型中方程的阶数，“4”表示灰色模型方程中变量的个数。

[0057] 当 取为 时，得到的胶凝材料强度GM(1,4)模型的近似时间响应式为：

[0058](0)

[0059] 式中， :强度CS1 (k+1)的1-AGO序列的模拟值；

[0060] W/B2(1)(k+1)、ρBD3(1)(k+1)和VR4(1)(k+1):分别为水胶比W/B2(0)(k+1)、胶凝材料堆(0) (0)积密度ρBD3 (k+1)和水化产物硅酸钙与未水化的水泥和矿物掺合料的体积比VR4 (k+1)的1-AGO序列；

[0061] k—试验样品序号。

[0062] 据此可得胶凝材料强度GM(1,4)模型的累减还原式：

[0063](0)

[0064] 式中， 强度CS1 (k+1)的模拟值。

[0065] 为提高胶凝材料强度GM(1,4)模型的准确性和可靠性，可采用强度还原数据残差序列建立残差GM(1,1)模型对胶凝材料强度GM(1,4)模型进行修正。

[0066] 当k≥4时，采用MATLAB编程得到的残差GM(1,1)模型的累减还原式为：

[0067]

[0068] 式中， 强度残差修正模拟值。

[0069] 因此当k≥4时，胶凝材料强度GM(1,4)残差修正模型为：

[0070]

[0071]

[0072] 采用胶凝材料强度GM(1,4)残差修正模型得到的28d强度模拟值和试验值对比如图1所示，相对误差如图2所示。由此可见，该方法准确性较高，可靠性较好。

[0073] 6）任意选取把需测量强度的胶凝材料三个主要影响因素代入胶凝材料强度GM(1,4)残差修正模型中即可得到胶凝材料强度结果，如表6所示。

[0074] 表6需测量的胶凝材料强度试验值与本方法得到的结果对比

[0075]

[0076] 由此可以看出，本方法准确性高，可靠性好，实现了通过简单试验即可得到不同胶凝材料28d强度结果。