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(shí)剪切速率與剪切應(yīng)力的關(guān)系，而觸變性始終與時(shí)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(yàn)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(jìn)，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(jìn)行擬合時(shí)，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(gè)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(shí)，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(jìn)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(gè)優(yōu)勢，該模型不考慮時(shí)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(shí)間對混凝土流變性能有重要影響，觸變性是最重要的跟時(shí)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(qiáng)。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(jìn)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(shí)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(shí)，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(jī)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(dá)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(jìn)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(jì)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(shí)，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(yùn)行參數(shù)（如扭矩值、攪拌半徑等）之間的一個(gè)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(bào)（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(bào),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(bào)，2004,6(10):34-37,40.

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