钙硫酸盐（石膏）水化反应的反应扩散模型与微结构孔隙度

我们数值研究了钙硫酸盐（石膏）水化反应的反应扩散模型。实验在二维和三维系统中进行。虽然无水石膏的溶解被认为在有限速率下是不可逆的，但石膏的沉淀/溶解反应被认为是可逆的。后者反应被假设为由石膏的平衡溶解度以及系统仅在特定速度下对超饱和度作出反应能力控制，具体由沉淀的反应速率常数决定。在 $d=2$ 时，我们发现在早期时间段出现加速的水化期，随后达到最大值并出现水化速率下降。在大时间尺度上，相关物种的离子积接近于二水合物的平衡溶解度。计算得到的模型微结构表现出典型特征，包括内外水化产物、诱导期和停滞期以及桥接现象。进一步地，我们发现整体化学活性作为初始无水石膏（体积）浓度 $p$ 的函数 exhibits 最大值接近于底层格子的孔隙度临界点。通过尺度化换位过程，我们发现 $d=2$ 中存在两个孔隙度临界值，$p_c^{min}=0.44\pm 0.015$ 和 $p_c^{max}=0.77\pm 0.02$，介于这两个值之间的初始无水石膏浓度可实现孔隙化二水合物结构。在 $d=3$ 时，我们发现 $p_c^{min}=0.10\pm 0.02$ 和 $p_c^{max}=0.95 \pm 0.02$。