Растворение клинкерных минералов C3S, C2S, C3A и C4AF: метод машинного обучения применение модели

Исследование посвящено количественному анализу кинетики растворения клинкерных минералов (C3S, C2S, СзА, C4AF) при изотермическом твердении портландцемента в диапазоне 40-70°C. На основе данных количественного фазового анализа (Ритвельд) и стехиометрических соотношений реакций гидратации разработан гибридный подход, интегрирующий двухэкспоненциальную кинетическую модель и метод машинного обучения (Random Forest Regressor). В основе модели - экспериментальные результаты о массовой доле продуктов гидратации портландцемента при температурах 40, 50, 70°C. Количественное содержание продуктов определяли методом Ритвельда в зависимости от времени твердения. Установлено, что температурная зависимость скорости растворения наиболее выражена для C3S. При 70°C остаточная массовая доля алита снижается до 10% за 51 час. В модели разделен вклад поверхностного химического растворения и диффузионного массопереноса через слой гидратных продуктов. Параметры двухэкспоненциальной модели аппроксимированы с высокой точностью (критерий сходимости Rwp = 7,0-9,4%). Установлено, что повышение температуры приводит к значительному изменению скорости растворения (k1, ki), снижению толщины диффузионного слоя (5), росту концентрации ионов (Ca2+, SiO44-, Al3+, Fe3+). Причем наиболее выраженный эффект наблюдается для алита (C3S) и алюмината (СзА). Значения энергии активации (45-55 кДж/моль) указывают на смешанный механизм контроля кинетики. Гибридная модель демонстрирует хорошую точность (R2 > 0,92) и позволяет прогнозировать кинетику фазового состава цементных систем с учетом образования метастабильных продуктов гидратации. Полученные результаты имеют важное значение для выбора оптимальных режимов тепловой обработки составов цементов с заданными эксплуатационными свойствами. Статья подготовлена в рамках VII Международного симпозиума по материалам и технологиям здравоохранения, энерго- и биобезопасности, рациональному природопользованию. Южно-Сахалинск, Россия, 25-28 августа 2025 г. Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ключевые слова

Авторы

Ссылки