混凝土泵送性能的流变学表征及预测综述

自1933年美国首次使用泵送的方式输运混凝土以来,泵送已成为现代混凝土施工的主要方式。随着建筑高度的不断攀升,混凝土泵送技术难度越来越高。虽然我国采用混凝土泵送技术建设了大量的钢筋混凝土(超)高层建筑,但混凝土的成功泵送是基于耗时、耗财的盘管试验结果,而现行技术规范中的经验公式与现场实测值也完全不符,这表明混凝土泵送性能的理论研究严重滞后于应用技术。随着精细化工程管理及混凝土质量控制要求的提高,粗放的经验性方法及耗财的盘管试验已不能适应行业发展的新趋势,因此,为混凝土的泵送行为提供科学的理论基础是土木行业亟需解决的问题。流变学理论是研究混凝土泵送性能的有效工具,国外的研究者从泵管中混凝土的流动行为、润滑层性能与表征、泵送性能预测等方面展开了较为系统的研究工作,取得了良好的成果,但国内在流变理论与泵送技术方面的研究成果极少。研究表明,屈服应力不同的混凝土在管道中表现出不同的流动形态。基于混凝土及润滑层的流变参数建立的模型可准确预测水平直线管道中混凝土的泵送压力。虽然普遍认为润滑层是影响混凝土泵送性能的重要因素,但混凝土润滑层流变参数的表征方法较多,包括滑管仪、摩擦仪和等效砂浆法,研究者还开发出了不同的摩擦仪和测试程序来表征混凝土润滑层的流变性能。基于混凝土及润滑层的流变性能,研究者建立了混凝土在泵管中流动的数学模型,解析出了泵送压力-混凝土流变性能-泵送速率间的关系,为准确预测混凝土的泵送行为提供了科学工具。但不同混凝土及润滑层流变参数的测试结果存在一定差异,哪种方法更能真实反映混凝土在泵管中的流动行为仍是一个问题;并且对于弯管、软管及垂直管道中混凝土的泵送行为也缺乏研究。亟需开展相关理论与技术研究,推动流变学理论在泵送混凝土方面的应用。本文从混凝土在泵管中的流动行为、润滑层性能与表征、泵送性能预测等方面综述了国内外关于泵送混凝土的最新研究成果,分析了各种方法及理论的优缺点,以期为流变理论在混凝土泵送技术中的应用与研究提供参考。     

混凝土流变特性对其稳定性及浇筑后外观质量的影响

本实验采用相同的骨料级配和固定的胶凝材料用量,通过改变减水剂用量和水灰比来改变混凝土的流变参数,研究了混凝土流变特性和骨料间的相互作用对不同振捣状态下混凝土稳定性及外观质量的影响。结果表明,在屈服应力高、塑性粘度大的情况下,容易因为填充性差而造成浇筑后混凝土构件表面孔洞面积比例提高;当屈服应力低、塑性粘度小时,混凝土容易出现离析,从而造成浇筑后混凝土骨料不均匀排布。在轻振或静置的情况下,混凝土的稳定性受屈服应力和塑性粘度的影响;随着振捣作用的加强,塑性粘度对稳定性起决定性作用。此外,混凝土浇筑后的外观质量由屈服应力和塑性粘度共同作用,但随着振捣的加强,塑性粘度的作用被削弱。本工作建立了混凝土流变参数与稳定性和浇筑后外观质量的关系,提出了在本实验条件下混凝土流变参数的最佳范围,为通过调整混凝土流变参数控制混凝土的稳定性和外观质量提供了参考及依据。     

压力对PET/PA6共聚物流变行为的影响

利用毛细管流变仪及反向压力腔组件在毛细管出口压力高于常压条件下,对聚对苯二甲酸乙二醇酯/尼龙6(PET/PA6)共聚物熔体的流变行为进行了研究。结果表明,在恒定剪切速率下,随着毛细管内平均压力(pm)的增大,剪切黏度逐渐增大,在实验温度为300℃和剪切速率为108 s-1时,剪切黏度从10 MPa的130 Pa·s增到大50 MPa的215Pa·s;随着剪切速率的增大或温度的升高,pm对剪切黏度的影响均逐渐减小;同时压力系数随着剪切速率的增大和温度的升高而呈下降趋势。     

工艺参数对SiO_2/PEG分散体系流变性能的影响及机理分析

用应力控制流变仪考察了合成温度和分散时间对SiO2/PEG分散体系流变性能的影响,实验结果表明,随着合成温度的升高,分散体系的表观粘度增大,剪切增稠行为显著;随着分散时间的延长,分散体系的表观粘度减小,剪切增稠行为不明显。进一步探讨了工艺参数影响SiO2/PEG分散体系流变性能的机理,研究表明,合成温度和分散时间主要是通过改变分散体系中气相成分的量而产生影响,体系中气相成分越多,其粘度越大,剪切增稠的特性也更加明显。     

氧化石墨烯水泥浆体流变性能的定量化研究（英文）

采用流变仪和激光共聚焦显微镜对不同氧化石墨烯(GO)掺量的新拌水泥浆体的流变参数以及浆体微观形态进行了定量化研究,并采用Modified-Bingham(M-B)模型和Herschel-Bulkley(H-B)模型对所测数据进行了拟合处理,提出了GO影响新拌水泥浆体的作用机理。结果表明,GO的掺入可以使新拌浆体中在减水剂作用下分散的水泥颗粒发生再次凝聚,形成重组絮凝结构,且随着GO掺量的增加,重组絮凝结构的数量越多,从而使得浆体流变性发生显著变化。一方面,新拌浆体的塑性粘度、屈服应力以及触变性随GO掺量的提高而显著增加。另一方面,GO的掺入提高了新拌浆体的临界剪切速率,使其在较大剪切速率下的流变行为仍然表现为剪切变稀;降低了浆体的剪切增稠程度,提高了浆体的稳定性。     

新型无阀微泵扩张微流道中流体动力学特性的仿真分析

对新型收缩/扩张型无阀微泵泵腔结构中扩张微流道内流体的流动特性进行CFD仿真分析,得到扩张角度、雷诺数（Re）等参数对微流道中流体阻力损失系数的影响。仿真结果显示,对于任一确定的扩张角度和雷诺数,都对应一个最小阻力损失系数,但对于不同的扩张角度,阻力损失系数随雷诺数的不同呈明显的非线性依赖特征;扩张角度较小时,阻力损失系数随雷诺数的增大而减小,而当扩张角度较大时,阻力损失系数随雷诺数的增大而增大。     

壳寡糖可食性喷墨墨水的流变性

目的对可食性喷墨墨水的流变性进行研究,得到连接料壳寡糖的加入对墨水流变性的影响情况。方法通过剪切速率扫描实验和振幅扫描实验研究壳寡糖可食性喷墨墨水的流变性能,并且研究不同壳寡糖添加量对墨水流变性的影响。结果壳寡糖的质量分数由0变为4.2%时,墨水的剪切应力由3.823 Pa增加为4.837 Pa,剪切粘度由4.47×10-3 Pa·s增加为5.56×10-3 Pa·s,弹性模量由3.99×10-3 Pa减小为3.33×10-3 Pa,粘性模量由0.0199 Pa增加为0.0283 Pa,复数模量由0.0203 Pa增加为0.0285 Pa,应变相位差δ由78.75°增加为83.59°。结论壳寡糖的加入对于墨水剪切应力、剪切粘度、粘性模量、弹性模量和应变相位差δ都有一定的影响。     

纳米CaCO3对水泥-石灰石粉浆体流变作用

试验采用Rheolab QC型旋转黏度计测试了掺纳米CaCO₃的水泥-石灰石粉浆体的流变曲线,应用Herschel-Bulkley流变模型对其剪切应力-速度（τ-γ）曲线进行拟合,得到浆体的动态屈服应力、稠度系数和流变指数,并用触变环面积表征浆体的触变性。结果表明：随石灰石粉掺量的增加,水泥-石灰石粉浆体的动态屈服应力逐渐减小,稠度系数增大,触变性先增大后减小;纳米CaCO₃未改变水泥-石灰石粉浆体的流变类型都呈现出剪切稀化行为;随纳米CaCO₃掺量的增加,水泥-石灰石粉浆体动态屈服应力和稠度逐渐增大,触变性减小,纳米CaCO₃使水泥-石灰石粉浆体流变性能变差,但使其稳定性增强。     

环形蠕动微泵的优化仿真和实验

本文分析了矩形截面环形蠕动微泵存在的泄漏问题及其对微泵性能的影响,减小泄漏是提高微泵背压和自吸能力的有效途径.通过Ansys有限元建立二维接触模型,模拟了各参数项对微泵泄漏率的影响,得出影响微泵泄漏率的主要参数为深宽比和挤压力,在一定范围内,深宽比越小、挤压力越大,则密封性越好,通过仿真拟合得到了计算泄漏率的近似公式;根据计算结果,设计制作了具有不同深宽比参数和不同挤压力的微泵,并对比测量了不同参数微泵的流量及背压,实现了最小2%的实际泄漏率.实验结果表明通过仿真拟合公式计算得到的泄漏率与实测泄漏率具有较好的吻合性.通过拟合公式优化设计微泵的结构参数,可有效降低微泵泄漏率,提高流量控制准确性,增大背压和自吸能力.     

基于温拌沥青性能的不同温拌剂效能评价

为研究不同温拌剂对沥青性能的影响,促进温拌沥青技术的推广应用,选择Sasobit、Aspha-min、ZYF三种温拌剂和SK90#沥青、SBS改性沥青,通过针入度、软化点、延度试验、旋转黏度试验、动态剪切流变试验和弯曲梁流变试验系统地研究不同温拌剂对沥青性能的影响,并根据沥青指标的变化确定ZYF温拌剂的合理掺量。结果表明:Sasobit和Aspha-min可以改善沥青的高温性能,但对低温性能不利;ZYF温拌剂略微降低沥青的高温性能,但能显著改善其低温性能;Sasobit和ZYF温拌剂可显著降低沥青的高温粘度,Aspha-min温拌沥青的粘度略微增大;ZYF温拌剂的合理掺量为沥青用量的4%。     

凹凸棒／烷基糖苷悬浮液流变行为研究

以烷基糖苷（APG）为分散剂,系统研究分散剂的用量对凹凸棒悬浮液流变性的影响,运用等温吸附和Zeta电位测定技术对流变作用机制进行分析,并用六种流变模式对悬浮液的流变曲线进行了拟合,结果表明,随烷基糖苷浓度的增大,悬浮液的塑性粘度出现减小、增加再减小的趋势,其中,烷基糖苷浓度为200mg／L时凹凸棒悬浮液塑性粘度最大,该浓度也是悬浮液由“剪切变稀”向“剪切变稠”的转变点。凹凸棒／烷基糖苷悬浮液的流变曲线符合Herschel Buikley流变模型。     

大豆蛋白质流变性能的研究

用毛细管流变仪和布拉本得转矩流变仪研究了大豆蛋白质的流变性能，结果表明，在通常的挤出加工条件下，大豆蛋白质是典型的假塑性流体，其非牛顿指数在0．2－0．6之间，粘度随剪切速率的增大而减小，粘度随含水量的增大而减小，温度对粘度的影响十分复杂，在蛋白质变性前，粘度随温度的升高而减小，蛋白质变性后，粘度明显增大，在120℃左右，粘度的动态变化剧烈，粘度随蛋白质含量的增大而增大，研究结果有助于指导蛋白质基生物高分子材料的挤出加工和功能改性。     

羧甲基纤维素对铜版纸涂料流变行为的影响

通过在铜版纸面涂涂料中增加羧甲基纤维素用量来改善涂料流变性和保水性,对涂料的稳态剪切流变行为进行了研究。结果表明,随着剪切速率的增加,涂料表现出剪切稀化,呈现假塑性流体特性;另外,在同一剪切速率下,增加羧甲基纤维素加入量,涂料的表观粘度变大。采用两参数的Bingham,三参数的Herschel-Bulkley及四参数的Carreau方程对涂料的流变曲线进行了数学拟合。结果表明,Carreau方程能够准确地描述涂料的流变曲线,Herschel-Bulkley方程次之,而Bingham方程拟合效果较差。根据Carreau方程拟合结果,羧甲基纤维素加入量为0.5%,0.8%和1.0%时,涂料的零剪切粘度分别为100.8,155.7,161.8 Pa·s,极限粘度相应为0.03170,0.03934和0.05764 Pa·s,这说明羧甲基纤维素对铜版纸涂料具有明显的增稠作用。另外,涂料流动特性指数均小于1.0,呈现明显的假塑性流体特性,这与剪切稀化的实验流变结果吻合。     

复合受剪钢纤维再生混凝土破坏机理及强度计算

为研究钢纤维再生混凝土在复合受剪状态下的力学性能,以取代率、法向应力和钢纤维掺量为变化参数,设计了102个标准立方体试件进行复合受剪试验。观察了钢纤维再生混凝土在直剪、压剪作用下的破坏形态,获取了其在直剪、压剪作用下的全过程剪切应力-位移曲线,深入分析了取代率、法向应力和钢纤维掺量对钢纤维再生混凝土剪切强度、峰值位移的影响规律。结果表明：随着法向应力的增大,剪切强度逐渐增大;随着取代率的增加,掺量为0%的钢纤维再生混凝土剪切强度随之减小,掺量为1%的钢纤维再生混凝土剪切强度先增大后减小;与掺量为0%的钢纤维再生混凝土相比,掺量为1%的钢纤维再生混凝土平均剪切强度提高了10.77%;提出了剪切强度公式,所得计算值与试验值吻合良好。     

环槽流量计的数值模拟与优化

研究流量计内部流场和结构优化,对改善流量计的测量性能和提高测量精度,具有重要的现实意义。将计算流体力学(CFD)仿真试验应用于一种新型差压流量计——环槽流量计,考查不同等效直径比β、前端和尾部长度、等直径段长度以及雷诺数对环槽流量计的流出系数和压力损失的影响。结果表明:随着雷诺数的增加,流出系数逐渐增大并达到稳定值;随着β增大,流出系数先增大后减小;前端及尾部长度对流出系数影响不大,但尾部长度越大,永久压损越小;等直径段长度越小,永久压损越小。根据结果拟合出环槽流量计流出系数的公式,CFD数值模拟作为一种辅助设计和标定手段,有助于指导环槽流量计的现场测试。     

AlN粉末注射成形喂料的流变性能研究

以自蔓延法合成的AlN粉末为原料,加入5% Y2O3(质量分数,下同)为烧结助剂,选用石蜡(PW)、聚丙烯(PP)和硬脂酸(SA)粘结剂体系制成注射成形喂料,使用毛细管流变仪测定喂料的流变参数,通过线性回归分析,计算出非牛顿指数和粘流活化能.结果表明:喂料的粘度随着温度的升高以及剪切速率的增大而减小,具有较好的充模性,呈假塑性流体.在三种组分的喂料中,聚丙烯(35%)、石蜡(60%)和硬脂酸(5%)粘结剂体系与AlN粉末形成的喂料的综合流变性能最好,在160℃和526.02s-1剪切速率条件下,其粘度η,非牛顿指数n和粘流活化能E分别为277.93 Pa·s,0.5074和24.94kJ·mol-1.     

胶原/异丙醇共混溶液的稳态流变及其触变行为

采用流变仪考察了异丙醇对胶原溶液稳态剪切、屈服应力和触变性质的影响。实验表明,在低剪切速率下,异丙醇的浓度对体系的粘度影响较大,在高剪切速率下各体系粘度则对异丙醇浓度不敏感。幂律方程和Carreau方程能很好地拟合胶原/异丙醇共混溶液的流动曲线,通过粘度系数K、非牛顿指数n和零剪切粘度η0等准确地描述共混溶液的流变性质。通过屈服应力测试发现,异丙醇的加入降低了体系的屈服应力,改善了胶原的流动性质,但同时也使体系不稳定程度增加。另外含有1mol/L异丙醇的共混溶液触变面积小于纯胶原溶液,受剪切破坏的结构能较快速恢复,而含有2和3mol/L异丙醇浓度的共混溶液触变面积大于纯胶原溶液,受剪切而破坏的结构恢复慢,溶液不稳定性增加。     

固态缩聚聚酰胺66的流变性能研究

利用Ｉｎｓｔｒｏｎ３２１１型毛细管流变仪研究了固态聚聚酰胺６６（ＳＳＰＰＡ６６）的流变性能,讨论了剪切速率！剪切应力和温度对ＳＳＰＰＡ６６熔体表现粘度的影响了结果表明ＳＳＰＰＡ６６熔体的表现粘度随着温度的升高而降低,粘流活化能△Ｅ随剪切速率的增大而减小,在实验温度下ＳＳＰＰＡ６６熔体的表现粘度剪切速率和剪切应力的增大而降低,非牛顿指数ｎ小于ＳＳＰＰＡ６６熔体为假塑性流体。     

钢纤维混凝土压-剪复合性能及损伤本构关系EI北大核心CSCD

为研究钢纤维混凝土的压-剪复合受力性能及损伤模型,以钢纤维体积率、压应力比为参数,完成了60个钢纤维混凝土试件的直剪和压-剪试验,分析了各参数对剪切强度和峰值剪切位移的影响,推导了钢纤维混凝土在压-剪复合受力下的损伤全曲线模型,分析了损伤演化规律,提出了压-剪强度计算式。结果表明:剪切强度和峰值剪切位移均随压应力比的增大而增大。随着钢纤维体积率的增加,剪切强度呈现先增后减的趋势,峰值剪切位移规律不明显。压应力比的增大显著减缓了损伤发展;提出的损伤本构模型和压-剪强度公式计算结果与试验值吻合较好。     

超高性能混凝土流变特性及其对纤维分散性的影响

优异的分散性能是纤维充分发挥增强增韧作用的关键。为了明确高掺量钢纤维在超高性能混凝土(UHPC)中的分散特征并提高纤维的分散性,采用抗压强度、抗弯强度等力学性能试验、混凝土流变仪以及图像分析技术,分别研究了降粘掺合料、钢纤维掺量对UHPC力学性能、流变性能以及纤维分散性能的影响。结果表明:降粘掺合料对UHPC力学性能无明显提升作用,但可显著降低UHPC基体的屈服应力和塑性粘度,同时可降低钢纤维导致的屈服应力和塑性粘度增加幅度;随着纤维掺量的增加,纤维轴向取向系数和有效利用率降低,而降粘掺合料可提高纤维轴向取向系数和有效利用率;UHPC基体的流变性能、纤维分散性能以及力学性能三者密切相关,基体流变参数越小,纤维轴向取向系数越高、纤维有效利用率越高,则UHPC力学性能越好。