[发明专利]一种水泥基材料颗粒堆积体系孔径分布计算方法

说明书

一种水泥基材料颗粒堆积体系孔径分布计算方法。现有孔径分布评估算法主要通过对水泥基多孔材料三维模型执行不同类型的像素化处理来实施孔径分布的计算，受分辨率的限制，基于像素化处理的孔径分布评估算法无法兼备高计算精度与高运行效率。本发明首先建立球体颗粒堆积几何模型，其次对球心点集执行Delaunay四面体剖分以把堆积模型划分为由多个四面体组成的集合，然后逐一确定集合中四面体的孔隙孔径和孔隙体积，最后进行信息统计并作计算分析，从而获取颗粒堆积模型孔隙结构的孔径分布信息。

技术领域

本发明涉及一种水泥基材料颗粒堆积体系孔径分布计算方法，属于多孔材料孔径分布分析技术领域。

背景技术

水泥基材料是多相、多种粒径尺寸颗粒堆积、内部含有多种孔隙尺寸的不均匀分散体系。如混凝土中骨料要求具有良好的颗粒级配，使堆积孔隙率降低来减少水泥的用量，水泥体系的颗粒紧密堆积效应对新拌浆体的流变性能及硬化浆体强度发展是至关重要，因此，研究水泥基材料颗粒堆积体系的密实度(孔隙率及孔径分布)提高方法一直是本领域的研究热点。现有的确定颗粒堆积多孔材料体系孔径分布的方法有：实验法和数值模拟法。

传统实验法中常用的方法有压汞法和气体吸附法：该类方法耗费时间的缺陷明显，所需样品尺寸小，代表性差，一次实验要数个小时；此外受试验原理的限制，只能分析指定孔径范围内的孔隙信息，例如压汞法的孔分析范围仅为440微米至3.6纳米，无法全面表征微观三维孔隙结构全部信息。

得益于迅速发展的数字建模技术，多孔介质材料内部的微观三维孔隙结构得以模拟表征。新兴数值模拟法现在主要依赖于计算机图像分析技术，该技术通过对多孔材料的三维模型进行像素化处理，即将模型划分为若干全等立方体像素，像素的中心点为固体则视该像素为固体，像素的中心点为孔隙则视该像素为孔隙，然后对处理后的多孔材料三维模型进行后续的孔径分布计算。数值模拟法的三维模型是根据扫描电镜结构重构或根据材料结构重新建立的。

像素化处理后的材料模型所能识别的最小孔隙与选定像素的大小有关：选定的像素越小，所能分析的最小孔隙也越小，建立的多孔材料三维模型也越精细，但与此同时，材料模型的总像素量增加，后续进行孔径分布计算时需要处理的内容越多，整体运算效率下降；选定的像素越大，所能分析的最小孔隙也越大，建立的多孔材料三维模型越粗糙，虽然运算速度快，但是会忽略一些更细孔隙的分布信息，也难以全面且准确地表征微观三维孔隙结构全部信息。

总之，现有孔径分布评估算法主要通过对颗粒堆积多孔材料三维模型执行不同类型的像素化处理来实施孔径分布的计算，受分辨率的限制，基于像素化处理的孔径分布评估算法无法兼备高计算精度与高运行效率。对具有特殊几何结构的球体堆积体系，采取基于像素化处理的孔径分布分析方法无法同时满足计算结果高精准和运算过程高效率要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种水泥基材料颗粒堆积体系孔径分布计算方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种水泥基材料颗粒堆积体系孔径分布计算方法，所述球体堆积体系孔径分布计算方法为首先建立球体颗粒堆积几何模型，其次对球心点集执行Delaunay四面体剖分以把堆积模型划分为由多个四面体组成的集合，然后逐一获取集合中四面体的孔隙孔径和孔隙体积，最后进行信息统计并作计算分析进而获取整体孔隙结构的孔径分布信息。

作为优选方案：建立球体颗粒堆积几何模型的过程为：

对于指定球体颗粒粒径分布和孔隙率的体系，首先确定立方体填充空间的尺寸大小，然后把球体颗粒按尺寸从大到小依次投入立方体填充空间中，每个球体颗粒的坐标由蒙特卡洛法随机生成，直至所有颗粒全部投放完毕，形成球体颗粒堆积几何模型。

作为优选方案：在球体颗粒堆积几何模型的建立过程中，当为不允许颗粒重叠的堆积体系时，则需要执行球体相交检测，即投入第i个球体时，需要对任意小于i的j都满足公式一：