（材料科学与工程专业论文）水泥砂浆的流变性能研究和流变参数预测.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 混凝土高性能化是人们一直所追求的目标，其包括新拌混凝土的工作性、硬 化混凝土的力学性能和耐久性的高性能。而早期新拌混凝土的工作性影响后期强 度的发展和耐久性，因此，混凝土工作性能越来越受到人们的重视。 混凝土的工作性好坏，主要是受自身的流变性能影响。因此人们也开始注重 混凝土流变性能的研究。由于租骨料的作用，使得混凝土的流变特性较难测得。 由此人们转向对水泥净浆的流变性能研究。但水泥净浆中缺少了集料的作用，使 得它与混凝土的流变性产生差异。砂浆在组成和结构上，可以看作是水泥浆与混 凝土的过渡物，在某种程度上砂浆更接近于混凝土，可以认为是一种细集料混凝 土。因此，本课题立足于新拌水泥砂浆流变性能的基础研究，使用旋转粘度计测 定掺高效减水剂、掺矿物掺合料和不同水灰比、砂灰比、温度时砂浆的流变曲线， 拟合计算其流变参数，并分析其对流变性能的影响机理，为人们更加合理地进行 材料设计提供依据。通过试验获得以下结论： 其他条件不变的情况下，砂浆的塑性粘度、屈服应力、触变性均比水泥净 浆的大，这主要因为细集料加入消耗了一部分自由水用于细集料的润湿，浆体中 颗粒的增多和颗粒间的摩擦力增大，使得浆体的阻力增大。 温度对砂浆初始的屈服应力、塑性粘度和触变性有一定影响，5 m i n 的流变 参数随温度的升高，稍微减少。但温度对砂浆流变参数的经时变化影响比较大， 温度越高，砂浆的塑性粘度和屈服应力增长的越快。 矿物掺合料的掺入都能改变砂浆的流变性能。粉煤灰掺入使砂浆塑性粘度 增大，屈服应力减少；掺入矿渣的砂浆的塑性粘度和屈服应力减少；而掺硅灰使 砂浆的塑性粘度和屈服应力都增大。矿物掺合料有延缓作用、颗粒级配作用和吸 附作用能改善砂浆流变性能的经时损失。 掺粉煤灰的砂浆塑性粘度随掺量增大而增大，屈服应力先减小后增大，细 度大这种效果越明显：掺矿渣的砂浆塑性粘度和屈服应力都随掺量的增大先减小 后增大，最小值都出现在掺量3 0 ；掺硅灰的砂浆两流变参数都随掺量的增大而 增大。 在对砂浆流变性能研究中发现材料的配比与砂浆流变参数存在着一定的关 系，提出使用人工神经网络来预测砂浆流变参数。由此本文先介绍了人工神经网 络和b p 神经网络的基础理论，然后对使用b p 神经网络对其1 6 组正交试验的砂 浆进行网络训练，使网络学习其中的非线性规律，在使用训练好的网络对新的砂 浆试样进行模拟，发现其准确率高于9 0 ，证明此方法可靠有效。 重庆大学硕士学位论文 中文摘要 关键词：砂浆，流变性能，触变性，流变参数，人工神经网络，b p 神经网络 i i 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t h i - p e r f o r m a n c ei st h et a r g e to fc o n c r e t ew h i c hp e o p l ei sl o o k i n gf o ra l lt h e t i m e h i g h - p e r f o r m a n o f c o n c r e t es h o l l l dc o n s i s to f t h ew o r k a b i l i t yo f f r e s hc o n c r e t e , a n dt h em e c h a n i c so fh a r d e nc o n c r e t ea n dd u r a b i l i t y t h ew o r k a b i l i t yo f 丘e s hc o n c r e t e i nt h ee a r l i e re f f e c t st h ed e v e l o p m e n to fs t r e n g t ha n dd u r a b i l i t y a n dt h e n , t h e w o r k a b i l i t yo f c o n c r e t eb e c o m e sm o r ea n dn l o 鹏i m p o r t a n t t h ew o r k a b i l i t yo fc o n c r e t ea f f e c t e do ni t sr h l o g i c a lp r o p e r t i e s ，a n dp e o p l e e n t e ro ns t u d yo f t h er h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so f c o n c r e t e b e c a u s eo f t h ee f f e c to f c o a r s e a g g r e g a t e s ，i ti sn o te a s yt om e 丛u r et h er h e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i co f c o n c r e t e t h e r e f o r e p e o p l es t a r tt or e s e a r c ht h er h e o l o g yo fc e m e n tp a s t e b u ti t i sag r e a td i f f e r e n c e b e t w e e nc o n c r e t ea n dc e m e n tp a s t e ，b e c a u s ec e m e n tp a s t eh a sn oa g g r e g a t e o nt h e c o n s t i t u e n ta n ds t r u c t u r e ，m o r t a rc a nl o o ka st h et r a n s i t i o no f c e m e n tp a s t ea n dc o n c r e t e t os o m ee x t e n t , m o r t a ri sc l o s e rt oe n n c i 恤a n di tc a nb ek n o w n f i n ea g g r e g a t e c o n c r e t e t h e r e f o r e ，t h i ss t u d yi sb a s eo nt h er h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so f 舭s hc e m e n t m o r t a r r o t a t i o nv i s e n m e t e ri su s e dt om e a s u r et h er h e o l o g i c a lp a r a m e t e r s t h e r h e o l o g i c a lc u r v e so f m o r t a rw i t hs u p e r p l a s t i c i z e ra n dm i n e r a la d m i x t u r e so ri nd i f f e r e n t w a t e r - c e m e n tr a t i o , s a n d - c e m e n tr a t i oa n dt e m p e r a t u r ew e r em e a s u r e da n dt h e f h e o l o 西c a lp a r a m e t e r sa c a l c u l a t e d t h et h e o r i e so nt h ef h c o l o g i c a lp r o p e r t i e sa a n a l y z e d t h er e s u l tw i l li n s t r u c tu st od e s i g nt h em a t e r i a lf r o mt h es t u d yo nt h e r h l o g i c a lp r o p e r t i e so f m o r t a r t h er e s u l ts h o w st h a t ： w h e nt h eo t h e rc o n d i t i o ni ss a m e , t h ep l a s t i cv i s c o s i t y , y i e l ds t r e s sa n d t h i x o 仃o p yo fm o r t a ra t eb i g g e rt h a nc e m e n tp a s t e b e c a u s ef i n ea g g r e g a t e se x p e n d s o m ef r e ew a t e rt ow e tt h e m s e l v e s , a n dt h e r ea r em o r ep a r t i c l e sa n dt h ef r i c t i o nb e t w e e n t h ep a r t i c l e si n c r e a s e s ，t h e r ei n c r e a s et h er e s i s t a n c eo f m o r t a r t e m p e r a t u r ea f f e c t st h ep l a s t i cv i s c o s i t y , y i e l ds t r e s sa n dt h i x o t r o p yo f 舶s h m o r t a l t h er h e o l o g i c a lp a r a m e t e r sd e c r e a s ew i t ht e m p e r a t u r e i ns o m es o r t t e m p e r a t u r eh a sag r e a ta f f e c tt ot h ed 圮o l o g k a lp a r a m e m rc h a n g e dw i t ht i m e ，t h e h i g h e rt e m p e r a t u r ei s ，t h ef a s t e rp l a s t i cv i s c o s i t y , y i e l ds t r e s sg r o w m i n e r a la d m i x t u r e sc a nc h a n g et h er h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so fm o r t a r f l ya s h c a nm a k et h ep l a s t i cv i s c o s i t yi n c r e a s e , a n dy i e l ds t r e s sd e c r e a s e t h ep l a s t i cv i s c o s i t y a n dy i e l ds t r e s so fm o r t a rw i t hs l a ga r es m a l l e rt h a nt h em o r t a rw i t h o u tm i n e r a l a d m i x t u r e s i l i c af u m ei n c r e a s e st h ep l a s t i cv i s c o s i t ya n dy i e l ds t r e s so fm o r t a l t h e i i i 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 p o s t p o n e m e n t , p a r t i c l eg r a d ea n ds o r p t i o no fm i n e r a la d m i x t u r e sc a l li m p r o v e t h el o s s o f r h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so f m o r t a rw i t ht i m e t h ep l a s t i cv i s c o s i t yo f m o r t a ri n e r e a s e sw i t hd o s a g eo f f l ya s h , a n dt h ey i e l d s t r e s sd e e r e a s a da tf i r s t , a n dt h e ni ti n c r e a s e s t h ef i n e rf l ya s hi s t h em o r ee f f e c t i v ei ti s t h e p l a s t i cv i s c o s i t ya n dy i e l ds t r e s so f r n r t a rd e c r e a s ew i t hd o s a g eo fs l a ga tf i r s t , a n d t h e ni n c r e a s e ，t h em i n i n l u l nd o s a g eo f s l a gi si n3 0 t h et w or h e o l o g i c a ip a r a m e t e r so f m o r t a ri n c r e a s ew i t hs i l i c af u y n ed o s a g e t h e r ea r es o m er e l a t i o n s h i pb e t w e e nm a t e r i a lm i x t u r e sa n dt h er h e o l o g i c a l p a r a m e t e r s f o r e c a s t i n gt h er h e o l o g i c a lp a r a m e t e r so f m o r t a ru s i n gt h ea r t i f i c i a ln e u r a l n e 婀v o r k si sa d v a n e e d t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h et h e o r ya n na n db pa n n ，t h e nu s i n g b pa n nt on e t w o r kt r a i n1 6m o r t a r sf r o mo r t h o g o n a le x p e r i m e n t , i ts t u d i e st h e n o n - l i n e a r i t yr u l e s a n dt h e ni ts i m u l a t e dt h en e ws a m p l e s t h en i c e t yo fr e s u l t si s b e y o n d9 0 t h ew a yu s i n gb p a n n i sa v a i l a b i l i t y k e y w o r k $ ：m o r t a r , r h e o l o g i c a lp r o p e r t i e s ，t h i x o t r o p y , r h e o l o g i c a ip a r a m e t 懿, a n n ，b p a n n i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：嘧违 签字日期：矿7 钤月岁日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庆太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文 保密() ，在年解密后适用本授权书 本学位论文属于 不保密( i ) ( 请只在e 述一个括号内打“”) 学位敝储躲曾逢亏导师躲帆 签字日期：沙7 年，月苟日 签字日期哆町月矽日 重庆大学硕士学位论文1 绪论 l 绪论 1 1 混凝土技术的发展 水泥混凝土具有原材料来源广泛，成本低，适用性广，易于施工，性能良好， 健康无害等优点，使其成为世界上使用量最大、使用范围最广的土木工程材料。 2 0 0 5 年世界水泥年产量2 2 7 亿吨，由此估算混凝土年用量已超过6 0 亿m 31 1 1 。近 2 0 多年我国正处于大规模基础建设阶段，从1 9 8 5 年起我国水泥产量已经位于世界 首位 2 1 ，2 0 0 5 年水泥总产量1 0 6 亿吨，2 0 0 6 年比2 0 0 5 年增长了1 5 5 ，达1 2 4 亿吨f 3 l 。 从1 8 2 4 年英国人a s p d i nj 取得波特兰水泥的专利以来，水泥混凝土为人类的 经济发展和社会进步做出了巨大的贡献，是现代社会文明的基石，是人类社会文 明的发展的见证【4 l 。同时由于水泥混凝土的各方面的优点，在未来1 0 0 年内它仍居 各种建筑材料的主流地位嘲，将是本世纪最主要的、不可替代的建筑材料。 水泥混凝土发展的1 8 0 多年，很长的一段时间都认为混凝土是一种经验配制 的材料，从原材料的选择、配制到施工都比较简单。但近几十年来，由于社会经 济的发展，对混凝土的性能提出了更高的要求，同时随着测试技术的发展，基础 理论的突破，对混凝土的微观结构和物理化学性质的一些新的研究成果，混凝土 组分和技术都产生了重大的变革，进入了高科技的时代1 9 。 在混凝土组分上，传统的以水泥、水、砂、石四种原材料配制的混凝土往往 达不到要求，外加剂和矿物掺合料成为了现代混凝土的重要组分。 外加剂掺入使混凝土的性能和功能得到显著的改善和提高，已被称为混凝土 中不可缺少的第五组分i l l ，它的应用被认为是继钢筋混凝土和预应力混凝土之后混 凝土技术的第三次重大突破。尤其是高效减水剂的广泛应用，其改变水泥颗粒的 表面性质，加大了颗粒间的静电斥力，导致水泥颗粒相互分散，改交了水泥浆体 内部结构，从而有效增加了水泥浆体的流动性，增大了混凝土拌合物的流变性能。 高效减水剂的掺入大幅度降低水灰比，保证了混凝土流动性，从而降低硬化混凝 土的孔隙率，提高硬化混凝土的强度和耐久性。 对环保型工业材料使用，加速了混凝土技术的发展。在配置混凝土时，加入 较大量的工业废渣矿物掺合料，尤其是粉煤灰、矿渣、硅灰等具有良好活性的掺 合料，节约了水泥、节省能源，可降低温升，改善工作性能，增进后期强度，并 可改善混凝土的内部结构，提高混凝土的耐久性和抗腐蚀能力。同时，矿物掺合 料的掺入还对碱集料反应有抑制作用。矿物掺合料已成为高强高性能混凝土不可 缺少的第六组分i l ，”。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 混凝土技术上，混凝土结构物大型化、高层化，要求的强度不断提高，促使 高强混凝土的发展。最初提高混凝土强度的方法只是采用高标号水泥，或者增加 单方水泥用量，降低水灰比及单方用水量。混凝土的流动性随之下降，甚至出现 要强制振捣才能使用的干硬性混凝土。同时，由于混凝土材质劣化和材料未搅拌 均匀，未充分密实以及环境侵蚀等多方面原因，带来了一系列耐久性的问题，常 出现人员伤亡和建筑设施的毁坏，造成了严重损失。由此，使人们意识到，在进 行混凝土设计的时候，除了考虑混凝土的强度，更应重视耐久性的设计。加上施 工的机械化和环境的保护，高性能混凝土自然而然的被提出来，成为了混凝土合 理、科学的发展路线。高性能混凝土已成为当前的完善混凝土( p r e f e c tc o n c r e t e ) ， 是混凝土进入高科技时代的产物u - 9 值得提到的是计算机在混凝土的应用。随着计算机的日益普及和技术的迅速 发展，计算机已经与社会经济和生活各个方面的关系越来越密切。跨入了高科技 时代的混凝土自然也不可避免。国内外已经有很多学者已经把计算机技术引入了 水泥混凝土的研究当中来 1 0 2 “。随着混凝土技术的发展，在未来的日子里，将会 碰到更多未知的因素，计算机不可避免地成为混凝土技术发展的主要动力源泉【1 4 l ， 将会给混凝土知识更新带来巨大变化和革新 1 2 混凝土流变学 妇前所述，高性能混凝土是当前的完善混凝土( p r e f e c tc o n c r e t e ) ，是目前混凝 土努力发展的方向。蒲心诚教授指出了高性能混凝土应该具有新拌混凝土的优良 施工性能、硬化后的混凝土高强度、良好的体积稳定性和耐久性高四个基本方面 的要求圈。在这四个方面中，优良的施工性能与其他三个方面即相互排斥，又相 互依赖。强度高、体积稳定和耐久性高，要求水灰比低，用水量小；施工性能好， 要求流动性大，用水量大，水灰比高。但同时，施工性能优良，新拌混凝土密实 更充分，均匀性更好，硬化后的混凝土强度越高，耐久性越好。 由此看来高性能混凝土很重要的一点是协调好水的关系。没有了水，水泥就 谈不上水化，就形成不了混凝土。水太多，混凝土质量大大下降；水太少，混凝 土内存在大量气泡，不能联成结实固体，产生不了强度，所以用水量成了混凝土 很重要的一个问题。同时，混凝土加水后随着时间不断的水化硬化，才有可能把 砂石集料粘结起来，一切硬化后的性能才能产生。由此，混凝土流变学就逐渐成 为研究混凝土所不可缺少的- - | 3 科学田】。 首先要了解一下什么是流变学。顾名思义，流变学是研究物体流动和变形的 科学。1 9 2 9 年美国的e c b i n g h a m 教授仓立流变学会，流变学就正式成为- - f - j 独 立分支学科 2 4 - 2 6 1 。它属于力学范畴的一个分支，普遍应用于研究各种金属和非金 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 属材料、各种有机和无机材料。它不同于力学，在研究流动和变形规律时，必须 联系到物体机构中质点之间的相对运动，因此必须联系到物体内部的结构和性质。 另一方面，流变学也是研究物体在外力作用下产生的随时间发展的变形和应力的 关系科学；流变学也是研究物体在外力作用下发生的弹、粘、塑性演变的科学， 还包括时间因素的考虑，因此流变学还需确定物体在外力作用下某一瞬间的应力、 应变定量关系l 冽。 混凝土是一种复杂多相的混合物，也是一种同时具有粘、弹、塑性的复合材 料。从加水开始水泥颗粒就发生水化反应，随着浆体的水化而凝结硬化，体系的 粘、弹、塑性在不断的演变，从开始时的以粘塑性为主逐渐向粘弹性发展。其中 我们把以粘塑性为主的状态称为新拌混凝土阶段，以粘弹性为主的状态后者称为 硬化混凝土阶段。而硬化后的强度，耐久性等物理力学性能的变化主要由其结构 变化造成而结构变化，包括孔结构、胶孔比、裂缝出现和它的发展、结构的形 成和发展都决定于新拌阶段的流变性能田j 。 混凝土流变学就是研究水泥浆、砂浆和混凝土的粘、弹、塑性演变的动力学 和影响流变规律的各种因素，从浆体中的各相共同作用出发，从整体来窥测浆体 新拌阶段不断变化的规律。混凝土流变学还意图把工作性作为能够以基本单位度 量的物理量表示出来，最终分解为长度、质量、时间等，以求出能表征材料物性， 而在各种变异条件下可供比较的流变参数。流变参数将以基于物理基础的科学分 析、预测取代笼统的经验规律。目前，随着对混凝土施工要求的不断提高和电子 化的迅速发展，混凝土工艺不能只停留在经验性的基础。因此，从混凝土流变性 理论上的配合、突破十分迫切。 1 3 工作性及流变性能测试的方法 新拌混凝土流变性能的研究是混凝土工作性研究自然的延伸和发展。早期混 凝土拌合物的流动性比较低，工作性的研究采用工程的处理方法( 又称经验性方 法) ，这使混凝土工艺取得了一定的进展。但随着减水剂出现和应用后，拌合物的 流动性得到很大的提高，同时拌合物的稳定性有所降低，使用传统的经验性方法 已经不符合需要。为了更准确的测量水泥浆、砂浆和混凝土的流变性能，很多学 者进行深入研究，提出了很多方法。 1 3 1 水泥净浆工作性及流变性能测试方法 水泥净浆试验方法多用于水泥与减水剂的适应性和减水剂的最佳掺量的测 定。人们对其进行了大量研究，提出了多种方法。 水泥净浆流动度试验1 2 ” 我国国标g b 8 0 7 7 - 2 0 0 0 采用测定减水剂的减水率的试验方法。该方法使用上 重庆大学硕士学位论文1 绪论 口直径3 6 m m ，下口直径6 0 m m ，高6 0 m m 内壁光滑的截锥圆模，将注满水泥浆的 圆模提起后，测量水泥浆在两个垂直方向的直径平均值。这方法能大致评价水泥 和减水剂的减水率、适应性和水泥浆的流动性，但未能解决减水剂最佳掺量的问 题嘲。 p e t e rd o m o n e 的方法使用的截锥圆模上下口径比g b 8 0 7 7 2 0 0 0 的稍大，上口 直径7 0 m m ，下口直径1 0 0 r a m ，高6 0 m m 。同时该方法测量的参数与g b 8 0 7 7 2 0 0 0 也稍有不同网。 m a r s hc o n e 净浆试验 3 0 1 m a r s hc o n e 试验是加拿大学者a i t c i n 等人提出来的。该试验通过测量m a r s h c o n e 内水泥浆流出后装满2 0 0 m l 容量瓶所需的时间来评价水泥对减水剂的适应 性及减水剂的饱和掺量。试验表明试样的流出时间与浆体表观粘度相关，流出时 间越长，浆体的表观粘度越大，其流动性越低。通过测定不同减水剂掺量和不同 时刻时浆体的流出时间可以找出减水剂的饱掺量和反映流动性的经时损失。a i t c i n 等人认为可以用初始流动性、是否有明确的饱和点及流动性损失综合评价水泥对 减水剂的适应性。 粘度计试验 该试验使用旋转粘度计等测量浆体粘度的仪器测定水泥浆在不同剪切速率下 的剪切应力，通过线性拟合，求出流变参数。粘度计实验相对其他试验方法更直 接更加准确，因此此方法经常用于试验室内准确测量浆体的流变参数。 1 3 2 砂浆工作性及流变性能测试方法 人们对砂浆进行的研究不多，大多试验方法是从水泥净浆试验方法的基础上 改进而成的。 砂浆流动度试验 跳桌流动度【3 1 1 是我国国家标准g b t 2 4 1 9 - 2 0 0 5 采用的测定水泥胶砂流动的方 法，因此使用最为广泛。该方法以在跳桌上经过2 5 下跳动的水泥砂浆扩展度为参 数。但是跳桌试验只适用于低流动性的砂浆，无法评价大流动性砂浆。 徐永模等人【3 2 】使用跳桌流动度试模，依照g b 8 0 7 7 - 2 0 0 0 中水泥净浆流动度方 法测定砂浆流动度，发现该方法能很好地判断减水剂的饱和掺量和砂浆的稳定性。 但从流变学角度看，此试验仍属单点试验，不能停工粘度等流变特性。 砂浆稠度试验 砂浆稠度试验【3 3 i 是我国建筑工程技术规范j g j7 0 - 9 0 用于测定砂浆稠度的试 验方法，改方法主要应用于建筑砂浆工作性的评价。砂浆稠度值是在不同剪切速 率时砂浆表观粘度的综合反应。该试验只适用于塑性和中等流动性的砂浆，对干 硬性砌筑砂浆和大流动性砂浆均不能很好的测定和评价。 4 重庆大学硕士学位论文l 绪论 m a r s hc o n e 砂浆试验 法国的l a r r a r d 3 4 1 对a i t i c t 提出的m a r s hc o n e 进行了改造( 上口直径1 5 5 r a m ， 高2 9 0 m m ，下部细管高1 0 m m ，口径可调) ，使之适用于砂浆试验。测试方法与水 泥净浆类似，测定的是砂浆的流出时间。但徐永模【3 l 】指出该方法用于测定饱和掺 量带有任意性，同时该方法不能评价砂浆的稳定性。 彭杰对m a r s hc o n e 进行改造，把试验改造成两点试验，通过测定在不同流速 时浆体水力高度代表的剪切力，建立流变方程，得出两个流变参数：屈服应力和 塑性粘度【3 5 】。该两点试验方法进一步完善将使我们基于砂浆流变性设计混凝土的 工作性成为可能，但是试验方法主要用于测定大流动性的砂浆，同时试验方法还 存在改进的地方。 旋转粘度计试验 旋转粘度计试验是试验室内测量砂浆流变参数最为直接的方法。试验使用测 定在两个同轴圆筒中的砂浆在不同剪切速率下产生的剪切应力，进行线性拟合， 求出其屈服应力和塑性粘度。 1 3 3 混凝土工作性及流变性能试验 混凝土试验是对混凝土最直观的反映，因此现场施工多对混凝土进行试验。 很多学者也对新拌混凝土性能呢实验提出了方法，但这些方法大多使用单点法， 不够完善。 坍落度试验及坍落度筒的改良试验 混凝土坍落度试验是最负盛名的方法，反映拌合物在抵抗自重作用下克服剪 切阻力所产生的变形能力。试验测量的是高3 0 0 r a m 截头圆锥形坍落筒中的新拌混 凝土在除去坍落筒前后的高度差。标准的坍落度试验建议使用坍落度范围在 3 耻1 7 8 c m ，对于该范围外的新拌混凝土不太适用【3 5 , 3 6 1 。 坍落流动度试验是为了适应大流动的混凝土而提出的坍落度试验的补充试 验。其在进行坍落度试验时，对于坍落度大于2 2 0 r a m 的混凝土拌合物，测定拌合 物扩展后最终直径，作为对坍落度的补充。除此外，还有学者测定拌合物扩展到 直径5 0 0 r a m 时的时间或扩展终了时的时间等作为坍落流动度的表征。 维勃稠度试验，利用新拌混凝土试样达到一定的变形所需的作用力来评价工 作性的试验方法。试验将坍落度筒置于固定在振动台的圆形容器中，将填满混凝 土拌合物的坍落度筒提出，测定混凝土锥体在振动下变成圆柱体是所经的时间。 此方法被认为是目前测量干硬性混凝土拌合物工作性的最适当方法 3 7 1 。但该试验 终点难以把握，因而对测定的值可能会有偏差。 改良坍落度筒试验是日本的谷川小组根据坍落度与屈服应力相关性很好的事 实提出的试验。该试验将标准坍落度筒改造，进行了作为时间函数的坍落度的测 重庆大学硕士学位论文1 绪论 量，测定了坍落度一时间曲线用拌合物的坍落速度表征塑性粘度。但谷川的装置 复杂，不能适应现场。c h i a r aef c r r a r i s 对谷) 1 1 4 , 组的仪器在进行改造，在坍落度 筒中轴位置棒上装一个可滑动的圆盘。该圆盘随拌合物的坍落度下降到1 0 0 r a m 处 止动，用停表记录这段时间称坍落时间1 7 3 8 ，3 9 1 。但此方法只适用于坍落度大于 1 0 0 m m 的拌合物。 障碍坍落度试验【帅】是刘艳军对坍落度试验进行改进的试验。其在坍落度筒外 设置两个可调间距的钢筋圈，能反映塑性较大和自密实混凝土的流变性能。倒坍 落度筒试验f 4 l 】，参照m a r s hc o n e 试验，通过测定不离析的混凝土受自重作用全部 从竖立的倒置坍落度筒流出的时间，来反映混凝土的粘度。这两种方法都是适合 流动性较大的混凝土。 l 流动试验1 7 3 6 1 该试验由日本学者v u r a g im 、s a k a t an 等提出用来评价自密实混凝土工作性 的方法。通过测量拌合物的l 坍落度、l 流动度和流动时间来表征其屈服应力和 粘度，它还可通过测量拌合物流动终端的粗集料含量来评价其稳定性。但该试验 方法只适用于流动性较高的混凝土拌合物，对中等或较低流动性的混凝土有局限 性。 u 形仪试验和改进u 形仪试验 u 形仪试验由日本t a i s e i 集团最早提出阅，它可以同时评价新拌混凝土的屈 服应力、塑性粘度、填充能力和间隙通过能力。但该方法不能有效地测试新拌混 凝土的稳定性，而且适用范围相当窄，只能用来评价自密实混凝土。 改进u 形仪试验，刘艳军1 4 0 1 对u 形仪进行了改造：增加了振动装置，扩大了 试验方法的测试范围。同时，增加了测定拌合物上升侧项部粗集料含量，较好地 反映其稳定性因而，改进u 形仪试验基本能够对所有的新拌混凝土( 除了振动无 法密实的特干硬拌合物) 的工作性进行十分全面的评价。 捣实数试验【3 7 】 捣实数试验是迄今为止最可靠的采用逆向近似法迸行新拌混凝土和易性测试 的试验方法，其测量参数是在标准数量功的作用下所达到的密实程度( 密实因数) 。 此试验方法为德国标准采用，同时也列入了英国工业标准b s l 8 8 1 中。该方法只对 于硬性混凝土合适。 流变仪和回转粘度计试验 这些试验方法都根据t a t t e r s a u 提出的两点( 塑性粘度和屈服应力) 理论来表征 混凝土的流变性。 法国路桥实验中心研制出b t r h e o m 式叶片式流变仪1 4 2 ，用于测量高性能混 凝土流变性能。其原理与旋转粘度计相同，只是将内筒用叶片代替，仪器已用于 6 重庆大学硕士学位论文1 绪论 高性能混凝土的配合比设计。但仪器价格昂贵，且需经专门训练的人员使用，不 便于现场使用。 冰岛国家建筑研究所( i b r i ) 研制并生产了同轴式双筒粘度仪阳】，水泥浆、砂浆 和混凝土的流变性研究和实验，同时提出了“我们能通过流变学研究途径，帮助您 开发混凝土工程产品” 天津大学的亢景付0 9 1 设计了一种能用于高性能混凝土和泵送混凝土流变性能 的流变仪，其结构紧凑，整体性好，体积也不大，既可用于工地实验室的质量控 制，还可用于研究拌合物流变性能的经时变化。 哈尔滨工业大学的潘雨自行研制了b m h 混凝土流变仪 4 4 1 ，该仪器在t a t t e r s a l l 的两点式流变仪基础上进行改进，用扭矩代替液压传动，调整原仪器内筒搅拌桨 角度，同时使用了变频器和数模转换系统，降低了成本，使得仪器在中小型实验 室甚至工地上应用成为可能。 还有一些试验方法，如o r i m e t 竖管试验【4 1 】和贯入度【刀试验等，这里不再一一 列出。 在众多列出的水泥净浆、砂浆、混凝土试验方法中，根据流变学观点，流变 仪和粘度计试验，以t a t t e r 。e l l 提出的两点法，测得浆体的屈服应力和塑性粘度来 表征流变性能，应该说比其他方法完善【4 5 】。虽然其他的很多方法对拌合物的一些 性能定量测定取得不错的效果，但还是稍显粗糙，人为因数影响很大，不能完全 连续的表征浆体的流变性能 4 6 1 。而用流变仪或粘度计等对新拌浆体的流变参数进 行测定，精确度，可靠性和复演性高，更能充分反映浆体的流变性。 1 4 表征水泥浆、砂浆和混凝土流变方程 图1 1 水泥、砂浆、混凝士中应用流变曲线的类型 f i 9 1 1r h e o l o g i c a l m o d e l su s e d f o r c e m e n t p a s t e ，m o r t a r a n dc o n c r e t e 7 重庆大学硕士学位论文1 绪论 牛顿流体是研究流体流变性问题的基础 4 7 1 ，根据流体的不同流变性能，基本 可分为牛顿流体和非牛顿流体新拌水泥浆、砂浆和混凝土是一种多相混合物。 大多数表现出复杂的非牛顿流体特征。很多学者陪5 3 1 用塑性流体，即宾汉流体来 描述新拌的水泥、砂浆和混凝土，但也有少数姗】用假塑性及胀流型流体来研究 他们流变性的。下面列出了一些用于表征水泥净浆、砂浆和混凝土流变学的流变 方程。 宾汉( b i n 9 1 l a m ) 流体 当剪切应力f 大于屈服应力时，浆体才能发生流动，具有塑性液体性质；当 剪切应力f 小于屈服应力f 0 时，浆体没有流动性，表现为固体，其流变方程为： f 2 + 玎州y( 1 1 ) 当f ；无触交破坏时，f 一= 。a 和ai 两参数的 单位为j m 3 s ，表示触变破坏过程的能量损耗密度。ai 反映浆体结构中不同的聚 集状态，可视为以菜一强度结合的颗粒接触点数目的表征。a 值为破坏全部浆体 结构或使颗粒分散达到某一极限状态所需能量的量度，可视为水泥浆体触变破坏 性能的表征。在相同测试条件下，a 值越大，体系的触变性越强。但这种方法测 试时间和剪切速率的变化对测定结果影响很大，所以结果尚不能准确作为表征触 变特征的理想参数。 根据这两种方法的缺点，王复生删等提出了，通过用回转粘度计对水泥净浆 测定，分别在上升曲线和下降曲线上选取叫稳定的直线段，可以分别计算出水泥 净浆触变前的流变参数仉、f 。和进行较充分的机械剪切触变后的流变参数仉、气， 然后可以计算出a t 和a r 。，如下式1 9 。 a t 2 仉一r b ， a t2 2 a 一2 b( 1 9 ) 用a t 和r 这两个参数来表达触变性和进行定量的研究。这样可以更确切的 描述水泥浆这类具有触变特性的流体的流变特征。 l o 重庆大学硕士学位论文l 绪论 1 6 用砂浆流变性反映混凝土流变性 对于新拌混凝土的流变性能的研究最直接的当然是通过试配混凝土进行测 试。但在大多数混凝土的研究中使用的测定方法都只是片面的反映拌合物的流变 性。虽然也有使用流变仪等仪器评价新拌混凝土的流变性，但是粗骨料的影响使 结果的稳定性和重现性很差，而且完全通过混凝土的试配来确定新拌混凝土的流 变性耗费很大的人力、财力和物力。 由于混凝土的流变性能难以测得，国内外很多学者 4 8 , 7 0 , 7 1 ，盯】都集中在对水泥净 浆流变性能进行研究。虽然水泥浆粘度对混凝土的粘度影响很大，但是