Yin, X. L., Wu, Z. J.^*, Weng, L., Xu, X. Y., Zhou, Y. and Liu, Q. S. (2024) A microstructure-based model for quantifying irreversible yield stress evolution in cement-based pastes during hydration[J]. Cement and Concrete Research.

水泥基浆液的工作性损失主要表现为水化过程中屈服应力的不可逆增加，研究水化过程中水泥基浆体的工作性损失对水泥基材料的应用和开发具有重要意义。本研究通过结合涉及物理、化学和物理化学效应的微观结构变化，建立了量化水泥基浆液的屈服应力随水化时间演变的理论模型。为此，将水泥颗粒间的范德华力和水化产物C-S-H在水泥颗粒间形成 C-S-H 桥所产生的离子相关力结合起来，得出了水泥颗粒间力的演变。同时，通过水化程度确定了固相体积的变化，反映了颗粒网络的空间“拥挤”程度的演化。通过系统地整合这些因素，建立了屈服应力演化模型（图1），并通过将模型结果与屈服应力演变的试验结果进行对比来验证模型的有效性。随后，对颗粒间作用力和固体体积对屈服应力演变的相对贡献进行了定量研究。最后，通过改进所提出的模型，探讨了外加剂（PCE超塑化剂）对屈服应力演变的影响。结果表明，所提出的模型能有效捕捉水化过程中的微观结构变化，并准确预测屈服应力的不可逆增加（图2）。此外，颗粒间的作用力主导了屈服应力的演变，其相对贡献率随着时间的推移而增加（图3）。PCE超塑化剂的用量会显著影响屈服应力演化，降低屈服应力，当用量达到饱和平台时屈服应力可能降至 0 Pa（图4）。本研究提供了对水泥基浆料不可逆屈服应力演变的定量理解。

图 1 微观结构视角下水泥基浆体屈服应力演变中水泥颗粒相互作用及C-S-H成核与生长过程示意图

图 2 模型预测的屈服应力演化与试验结果的对比

图 3 颗粒间力和固相体积对屈服应力演化的相对贡献

图 4 水泥基浆液的屈服应力随超塑化剂用量和水化时间的演化 (a) W/C=0.3； (b) W/C=0.4