[发明专利]一种基于压汞实验预测水泥基材料弹性模量的方法

权利要求书

1.一种基于压汞实验预测水泥基材料弹性模量的方法，制作水泥基材样品，得出样品多孔结构的特征参数，其特征在于，由水泥基材样品多孔结构的特征参数(n，i，b)及固体相弹性模量(G₀，K₀)通过迭代计算，获得水泥基材料的弹性模量；

其中n表示迭代元在一维方向上的孔隙相和固体相的总数目，i表示迭代次数，b表示迭代元中固体相数目，G₀和K₀均由纳米压痕测试实验获取，G₀表示剪切模量，K₀表示体变模量；

所述的方法包括如下步骤：

1)按要求制作水泥基材料样品，冷冻干燥后样品待用；

2)将步骤1)得到的样品进行压汞实验，逐步施加压力P，获取累计孔隙率f，即f(P)；计算累计孔隙率f与孔隙直径d之间的关系，将水泥基材料孔隙视为直径不同的圆柱形，计算样品的累计孔隙率f与孔隙直径d之间的关系，即f(d)，计算方法如下：

其中，γ_s表示汞的表面张力，θ表示汞与孔隙表面的接触角；

3)将样品的累计孔隙率f转换成相对密实度χ，在双对数坐标系中表示相对密实度χ与孔隙直径d；

4)确定相对密实度χ与孔隙直径d呈线性相关的区域(d₁～d₂)，d₁dd₂，其中d₁表示线性相关的直径下限，d₂表示线性相关的直径上限，应用最小二乘法计算相对密实度χ与孔隙直径d线性相关区域的斜率A；

5)根据线性相关的范围(d₁～d₂)与斜率A确定水泥基材料多孔结构的特征参数(n，i，b)，

水泥基材料多孔结构的特征参数n与i的计算方法如下：

水泥基材料多孔结构的特征参数b的计算方法如下：(b＝n^3-A)；

6)基于等效介质理论，由多孔结构特征参数(n，i，b)及固体相弹性模量(G₀，K₀)通过迭代计算获得水泥基材料的弹性模量；

将固体相视为基体相，将孔隙相视为分布相，孔隙相的体积分数c＝1-b/n³，

经过一次迭代后，迭代相的弹性模量计算公式如下：

其中G₁，K₁为1次迭代后迭代相的剪切模量与体变模量；

经过i次迭代后，迭代相的弹性模量计算公式如下：

其中G_i，K_i为i次迭代后迭代相的剪切模量与体变模量；G_i-1，K_i-1为i-1次迭代后迭代相的剪切模量与体变模量；

其中，G₀，G₁，G_i，G_i-1的单位为GPa；K_o，K₁，K_i，K_i-1的单位为GPa；P的单位为MPa，θ的单位为°；d的单位为nm；γ_s的单位N/m。

2.如权利要求1所述的基于压汞实验预测水泥基材料弹性模量的方法，其特征在于，所述步骤3)的操作过程中，将样品的累计孔隙率f转换成相对密实度χ的计算公式如下：χ＝1-f。

3.如权利要求1所述的基于压汞实验预测水泥基材料弹性模量的方法，其特征在于，所述步骤4)的操作过程中，应用最小二乘法计算相对密实度χ与孔隙直径d线性相关区域的斜率A的计算公式如下：

其中，∑表示求和，S表示样本数量。

4.如权利要求1所述的基于压汞实验预测水泥基材料弹性模量的方法，其特征在于，所述步骤5)的操作过程中，所述的n，i，b均为正整数。

5.如权利要求1所述的基于压汞实验预测水泥基材料弹性模量的方法，其特征在于，经过i次迭代后，迭代相即为所研究的水泥基材料多孔结构的整体构造，最终得出水泥基材料的剪切模量G_i和体变模量K_i。