新拌水泥混凝土流變特性模型綜述

肖翔天

（重慶交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 重慶 400074）

0 引言

流變學(xué)是一門研究物體由于各種原因所引起的流動和變形的學(xué)科，而對于新拌水泥混凝土，要研究其流動規(guī)律，就要研究其在某一瞬間應(yīng)力與變形的定量關(guān)系，而其關(guān)系通常都要以流變方程式來表示，其流變參數(shù)主要有：屈服應(yīng)力、塑性粘度合觸變性。從物理意義上來講，屈服應(yīng)力和塑性粘度與新拌水泥混凝土流變特性的關(guān)系就是漿體流動時剪切速率與剪切應(yīng)力的關(guān)系，而觸變性始終與時間這一因素有密切聯(lián)系。本文總結(jié)了新拌水泥混凝土流動性現(xiàn)有的流動模型，望為新拌水泥混凝土流變特性的測定提供思路。

1 水泥基復(fù)合材料流變模型

1.1 牛頓流體模型

Newton用平行平板剪切流動試驗指出了兩平行板之間的速度分布呈線性規(guī)律，得出:，式中，為剪切應(yīng)力，為粘度，為剪切速率。該模型粘度與剪切速率 無關(guān)，只與溫度有關(guān)。Tatersall[1]將緩沖器和滑塊并聯(lián)，再與彈簧串聯(lián)而成來表征流體粘-彈-塑性流變特征及其受力過程，提出了Bingham模型：，式中，為Bingham屈服應(yīng)力。，只發(fā)生彈性形變；，其彈性結(jié)構(gòu)被破壞，之后遵循Newton粘度定律。該模型適用于有一定屈服應(yīng)力的流體，也可以說牛頓流體模型是Bingham模型的一種特殊情況。

1.2 非牛頓流體模型

1.2.1 指數(shù)型模型

隨著混凝土流變性測試設(shè)備的改進，低水膠比混凝土不斷發(fā)展，用Bingham模型對低剪切速率下的 - 曲線進行擬合時，屈服應(yīng)力出現(xiàn)負(fù)數(shù)， Bingham模型已不適用，故，F(xiàn).deLarrard[2]提出了 Herschel-Bulkley模型：，式中，是符合H-B模型的屈服應(yīng)力，c為流動系數(shù)，p為HB流動指數(shù)或冪律指數(shù)。P>1，剪切增稠，為脹塑性流體；P=1，線性變化，牛頓流體；p<1，剪切變稀，假塑性流體。此模型適用于有一定屈服應(yīng)力的非牛頓流體。對于平面流變儀，該模型的三個材料參數(shù) 、 和 一般有以下關(guān)系式：，，式中分別表示平行平板流變儀內(nèi)徑和外徑，表示初始扭矩，h為混凝土樣品高度，A和b由最小二乘差分法得出（由式，Г為去掉空轉(zhuǎn)流變儀扭矩后的扭矩值）。

在研究新拌混凝土流變性能時，粘度隨著剪切速率的增加而增加，即剪切增稠，Dimitri Feys[3]在Bingham模型的基礎(chǔ)上進行了修正，得出了修正版的Bingham模型：，式中：c表示二階參數(shù)（Pa·S2）。與H-B模型比，該模型由2個優(yōu)勢，該模型不考慮時間對于流變性能的影響即觸變性和和易性損失的影響。

1.2.2 觸變性模型

由于水化作用的影響，時間對混凝土流變性能有重要影響，觸變性是最重要的跟時間有關(guān)的流變參數(shù)，是膠凝體在剪切速率作用下發(fā)生的可逆的溶膠現(xiàn)象。大多數(shù)學(xué)者采用“滯后圈”面積的方法來表征混凝土的觸變性，“滯后圈”面積越大，觸變性越強。李曉光[4]在“滯后圈”的基礎(chǔ)下，新定義了觸變性的性質(zhì)：分別表示相同剪切速率下，上升、下降階段所對應(yīng)的剪切應(yīng)力。

Bombled提出了“觸變測試方法”，比較了不同測試方法的觸變性，但沒有進行相應(yīng)的定量參數(shù)研究。徐永模[5]在此基礎(chǔ)上深入研究了水泥漿體結(jié)構(gòu)與觸變特性的關(guān)系，建立了“臺階”法剪切速率下的觸變性模型?？傆|變值：；分觸變值 ：，式中，i=1表示觸變破壞最低的剪切速率，i=k表示觸變破壞最高的剪切速率。，觸變破壞；，不發(fā)生觸變破壞。

由于上述“臺階”法受剪切速率、測試時間的影響較大，王復(fù)生[6]提出在測試水泥凈漿流變參數(shù)時，分別選取比較穩(wěn)定的上升曲線（水泥觸變前）和下降曲線（機械剪切觸變后）中的直線段，得到具有觸變性的Bingham體流變模型:觸變前：，觸變后：，式中，為上升曲線段的粘度、屈服應(yīng)力，為下降曲線段的粘度、屈服應(yīng)力。

在流變學(xué)上測定混凝土此類膠凝體的流變性有Einstain公式：表示分散體系的粘度，表示分散介質(zhì)的粘度，

表示分散相在全部分散體系中所占有的體積分?jǐn)?shù)，對于球形粒子，k=2.5。但傅智[7]指出由于上式公式表達的粘度關(guān)系是線性關(guān)系，而具有觸變性的砂漿及混凝土不符合Eintain公式。為建立粘度與觸變性之間的定量關(guān)系，通過跳桌流動度、結(jié)構(gòu)粘度測試結(jié)果曲線進行最佳配線，發(fā)現(xiàn)新拌砂漿與凈漿振動結(jié)構(gòu)粘度的比和砂漿的體積分?jǐn)?shù)呈4次統(tǒng)計方程關(guān)系；新拌混凝土與砂漿振動結(jié)構(gòu)粘度的比與粗集料含量的關(guān)系為四次方關(guān)系，并指出只有在混凝土中的石子處于懸浮狀態(tài)時，才有較明顯的觸變性。

2 結(jié)語

大小。（2）模型的建立跟測試儀器有重要關(guān)聯(lián)，流變模型的流變參數(shù)（如 、等）是流變儀的運行參數(shù)（如扭矩值、攪拌半徑等）之間的一個轉(zhuǎn)換。

[1]Tatersall,G.H. Workability and Quality-Control of Concrete[M].E&FN SPON,London,1991.

[2]F.de Larrard,C.F.Ferraris,T.Sedran.Fresh concrete:A Herschel-Bulkley material[J].Materials and Structures,1998,Vol.31:494-498.

[3]Dimitri Feys,Ronny Verhoeben,Geert De Schutter.Why is fresh self-compacting concrete shear thickening[J].Cement and Concrete Research,2009,39:510-523.

[4]李曉光，尚建麗，翟振東.水泥基復(fù)合膠凝材料流變性能[J].長安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2002,22(3):30-33.

[5]徐永模，黃大能，謝堯生.新拌水泥漿體結(jié)構(gòu)及其觸變特性的探討[J].硅酸鹽學(xué)報,1989,17(2):105-111.

[6]王復(fù)生，關(guān)瑞芳，秦曉娟等.新拌水泥漿體流變性能及流變模型的探討[J].硅酸鹽學(xué)報，2004,6(10):34-37,40.

[7]傅智等.新拌混凝土振動時觸變性研究[J].混凝土，2007,4:4-11.