- 文献综述（或调研报告）：
基于高分辨率X-CT的水泥水化过程微结构演变文献综述
一、研究背景及意义
水泥基材料是一个固-液-气三相共存又互相影响的混合体。水泥水化直接影响着强度的发展以及后期的耐久性能。水泥基材料的水化过程中早期水化反应最为剧烈，对于其反应机理以及反应水化产物的发展规律都是早期水化过程研究的重点。要正确描述水泥水化这一过程需依赖于对现代混凝土从宏观到微观的科学认识，即从本质上掌握微结构形成机理，进而研究微结构的优化理论，实现按终端用途对现代混凝土进行材料设计的飞跃[1]。目前常用的微观测试手段如压汞、环境扫描电镜、原子力显微镜、电磁力显微镜需要对测试样品加工制作，这一过程可能伴随损伤，改变试样的微观结构;其次取样尺寸偏小以及所观测范围的局限性，所获结果也有一定的局限性。
计算机断层扫描( Computed Tomography，简称 CT) 作为一种无损检测技术是核技术、计算机技术和数字化图象重建技术三者结合产物，从20世纪80年代初开始，开始逐渐应用于水泥基材料的研究领域[2]。经过30多年的发展，图像分辨率也从最初的1 mm/像素，达到了小于1um /像素。与传统的微观结构分析方法相比, CT技术的突出优势在于:首先不用对试样进行干燥、真空脱水等预处理, 试验可在被测试件的原始状态下进行, 这就避免了预处理过程对试件微观结构可能造成的损害;其次, 试验环境可在室内正常环境下进行, 即可以实现水泥试件微观结构的连续观察;再次,也是CT方法最大的优点, 可以对被测物进行“透视”, 并给出被测试件的三维空间图像。
本探究将利用高分辨率X-CT技术来观察水泥水化的过程，得出水泥水化龄期、CT分辨率等因素对水化过程中未水化颗粒数量、表征单元体大小及灰度值变化的影响规律，从微观角度更加直观的研究水化反应的进程。
二、水泥水化过程研究概况
2.1硅酸盐水泥早期水化
在20世纪初，法国人Rechard提出了晶体理论来解释硅酸盐水泥的水化机理[3]：他认为水泥与水发生反应，生成的水化产物为交替生长的晶体，从而使之具有了胶结强度。德国人Miha Ellis提出胶体理论[4]:他认为凝胶态水化产物的生成与脱水才是水泥硬化的机理。
之后，Taylor等人根据水化放热速率随时间的变化关系将水泥水化过程分为五个阶段即Ⅰ诱导前期、Ⅱ诱导期、Ⅲ加速期、Ⅳ减速期、Ⅴ稳定期[5]。Locher等人根据水化产物形成及发展随时间的变化关系将水泥的水化过程分为三个阶段[6]。第一阶段为加水拌合到初凝，C3S与水迅速反应生成Ca(OH)2，同时石膏与C3A反应生成钙矾石晶体。第二阶段为初凝开始至24h，此阶段水泥水化加剧，水化反应复杂，开始生成纤维状的C-S-H凝胶，但随着水化产物的大量生成，C-S-H凝胶逐渐连接成网状，水泥基材料的强度大幅度提高。第三阶段为24h后直至水化结束，这一阶段相对较长，随着水化的进行，水化产物数量不断增加，浆体结构更趋致密，强度进一步提高。
从中可以看出，早期水化，即从加水拌和到水化3d这段时间，是水泥水化的关键时期。在此期间内，水化反应最剧烈，反应过程最复杂。并且该阶段的水泥水化反应的程度和水化产物的生成情况又对水泥混凝土的最终的强度和耐久性有着很大的影响。所以对于水泥早期水化过程的研究也成为了当今水泥混凝土行业研究的重点和难点。
2.2水泥水化研究方法
2.2.1传统研究方法
传统的早期水化过程研究方法主要包括水化热法、化学结合水法、CH定量测试法、水化动力学法。水化热法虽然能比较好的将水化放热量与水泥浆体水化程度相结合[7]，这种方法对于纯水泥净浆的适用性较好，但却不适用于掺加活性掺和料的系统，因为这些掺和料对于水化热的影响目前还尚未研究透彻。化学结合水法是通过灼烧来测定水泥基材料水化过程
中化学结合水的含量，从而推导出体系的水化程度。Escalante[8]等人通过对纯水泥浆体体系的测定，得出了一种水泥水化程度的表征方法，即用水化t时刻硬化水泥浆体的化学结合水含量与完全水化水泥浆体的化学结合水含量的比值来表征水化程度。化学结合水法只适用于纯水泥浆体体系，因为对于混合水泥体系中的活性掺合料的水化程度，该方法只能定性研究而不能定量测量。CH定量测试法是通过DTA-DSC对水泥水化过程中Ca(OH)2进行定量分析，从而探究水泥水化进程。Ivindra Pane等人[9]运用DTA-DSC手段定量分析得到水灰比和成型温度对水泥水化过程的影响。
2.2.2数值模拟方法
目前许多研究水泥水化的试验方法都是使水化反应停止在某个龄期，再研究这一龄期的水化反应指标和微观结构。但这种破坏性的研究方法并不能真实反映水泥水化反应过程，因为硅酸盐水泥水化进程是连续反应不断变化的。
随着IT的发展，计算机技术逐渐应用于水泥基材料的研究中。20世纪80年代Pommersheim等首先应用模拟技术对单组分的C3S进行数值分析，标志着水泥水化研究进入计算机时代[10]。此后，Jennings和Johnson等人运用计算机数字图片技术模拟了C3S的水化过程和微观结构演变[11]。20世纪90年代，水化模拟模型被相继提出，比如日本Maekawa等的DUCOM模型[12], Bentz和Garboczi提出的NIST水化模型[13]，荷兰Delft大学Van Breugel建立的HYMOSTRUC水化动力学计算机模型[14]，以及Navi和Pignat提出的水化模型[15]。这些计算机模拟软件的计算结果与实验室的数据结果吻合良好，印证了数值模拟法的可行性与正确性[16,17]。21世纪，Eijk和Bentz发展改进的CEMHYD3D水化3D模拟模型[18,19],这些新理论的提出使得计算模拟方法在水泥领域的研究更进一步。应用这些水化模型，可以对水化进程的有关性质进行预测，例如孔隙率、化学收缩、耐久性等[20]。
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
