黄维峰，廖宜顺，2，左义兵

(1.武汉科技大学城市建设学院，武汉 430065；2.武汉科技大学高性能工程结构研究院，武汉 430065； 3.华中科技大学土木与水利工程学院，武汉 430074)

0 引 言

1 热力学模拟的应用

1.1 热力学模拟软件GEMS和活度系数

GEMS[11]、PHREEQC[12]、CHESS[13]等软件能够进行热力学模拟。以GEMS为例，该软件是一个使用最小吉布斯自由能方法的应用程序。基于所有可能在系统中形成的水溶液、固相和气相的热力学数据，从化学计量上所有可能的相组成中找到平衡状态，即整个系统吉布斯自由能最小的状态，GEMS将此时的相组成作为计算结果，继而进一步计算得到pH值、离子浓度等水化信息。

溶液中的离子之间可能存在相互作用，使得测定的离子浓度出现偏差，因此需用活度系数来修正离子浓度。计算活度系数的方法有很多[14-15]，在GEMS中，采用Extended Debye-Hückel公式[16]进行计算，见式(1)。

(1)

式中：γi为离子活度系数；ai为离子尺寸；zi为离子所带的电荷；I为离子强度；Aγ、Bγ是与温度和压强相关的常数；bi为半经验参数；xiw是水的摩尔数；Xw是水溶液相总摩尔数。

1.2 热力学模型数据库

1.3 热力学模型在三元体系中的应用

表三元体系水化产物热力学数据[17]Table 1 Thermodynamic data of hydration products in ternary system[17]

表三元体系中参与化学平衡的相[17]Table 2 Phases participating in chemical equilibrium in ternary system[17]

2 模拟结果与讨论

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(11)

2.1 M值、N值对三元体系水化产物的影响

图三元体系中各相的演变规律Fig.1 Evolution of each phase in ternary system

2.2 M值、N值对三元体系液相pH值的影响

图三元体系中 液相pH值变化区间Fig.2 Change interval of pH value in aqueous phase of

图3 不同石膏掺量下三元体系水化产物与液相pH值的关系Fig.3 Relationship between hydration products of ternary system and pH value of liquid phase under different anhydrite content

图三元体系反应模型 ternary system

在V区，随着CaSO4的饱和，溶于液相的离子较少，各水化产物和pH值均保持稳定不变，相组成为钙矾石、AH3、饱和的石膏以及未反应的石灰石[8]。

表3 不同M值、N值时三元体系水化产物组成Table 3 Hydration product composition of ternary system with different M and N values

3 结 论

(2)液相的pH值变化也可划分为5个区域，且与相组成的变化区域一致。各区域pH值分布如下：Ⅰ区,12.22；Ⅱ区,12.00～12.11；Ⅲ区,12.00；Ⅳ区,11.77～12.00；Ⅴ区,10.40。