混合料流變特性

1、混合料流變特性 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 流變學(xué)簡(jiǎn)介 流變學(xué)的基本原理 流變學(xué)的研究?jī)?nèi)容 流變學(xué)的基本單元 混合料的流變模型 混合料的流變實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介 一、定義：一、定義： 流變學(xué)流變學(xué)-是研究物體中的質(zhì)點(diǎn)因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生流動(dòng)和變形的科學(xué)。 流變學(xué)流變學(xué)-是研究材料在應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、濕度等條件下與時(shí)間因素有關(guān)的變形和流動(dòng)性質(zhì)的科學(xué)。 因?yàn)榱髯儗W(xué)能夠表達(dá)材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和宏觀特性之間的關(guān)系，所以它逐漸成為材料科學(xué)基礎(chǔ)理論的一個(gè)重要部分，并且涉及到各類類型的材料。如水泥混凝土、瀝青、油漆、泥石流等。簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介物質(zhì)的流變性物質(zhì)的流變性-凡是在適當(dāng)?shù)耐饬ψ饔孟?，物質(zhì)能流動(dòng)和變形的性能。流變學(xué)的研究對(duì)象流變學(xué)的研究對(duì)

2、象-幾乎包括所有的物質(zhì)，綜合研究物質(zhì)的彈性變形，塑形變形和粘性流動(dòng)。對(duì)水泥混凝土而言，則研究水泥漿、砂漿和混凝土混合料粘、塑、彈性的演變，以及硬化混凝土的強(qiáng)度、彈性模量和徐變等問(wèn)題。徐變是指在一定的應(yīng)力水平下保持荷載不變，隨著時(shí)間的延續(xù)而增加的變形。簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 研究方法研究方法 材料流變特性的模擬一般采用兩種方法，即物理模型和力學(xué)模型。 物理流變模型物理流變模型-描述材料內(nèi)部物理特性，如分子運(yùn)動(dòng)、為錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、裂紋擴(kuò)張燈等對(duì)材料流變性能的影響。 力學(xué)流變模型力學(xué)流變模型-主要探討簡(jiǎn)單情況下（單軸壓縮或拉伸，單剪或純剪）材料的應(yīng)力-應(yīng)變特性，能夠預(yù)測(cè)任何應(yīng)力歷史和溫度變化下的材料變形，且比較簡(jiǎn)單。流變

3、學(xué)基本原理流變學(xué)基本原理 流變學(xué)基本原理流變學(xué)基本原理 1、任何實(shí)際存在的物質(zhì)，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在“流動(dòng)”； 2、在承受各向同性壓力時(shí)，任何物質(zhì)的反應(yīng)都是相同的，即形態(tài)不變，密度稍增，一般具有彈性； 3、彈性、粘性、塑性和強(qiáng)度是物質(zhì)四個(gè)基本流變特征，只是程度不同。流變學(xué)的研究?jī)?nèi)容流變學(xué)是研究物體流動(dòng)和變形的科學(xué)，是近代力學(xué)的一個(gè)分支。但力學(xué)只研究物體作為一個(gè)實(shí)體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不聯(lián)系到物體本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。而流變學(xué)在研究流動(dòng)和變形規(guī)律時(shí)必須聯(lián)系到物體機(jī)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。流變學(xué)也是研究物體彈、塑、粘性演變的科學(xué)?？紤]時(shí)間、外界條件（溫、濕度）、荷載等對(duì)彈、塑、粘性的影響。流變學(xué)基本單元 研究材料

4、的流變特性時(shí)，要研究材料在某一瞬間的應(yīng)力和應(yīng)變的定量關(guān)系，這種關(guān)系常用流變方程來(lái)表示。而一般材料的流變方程的建立，都基于以下三種理想材料的基本模型(或稱流變基元)的基本流變方程上： 1胡克(Hooke)固體模型(H模型)表示具有完全彈性的理想材料； 2圣維南(St.Venant)固體模型(StV模型)表示超過(guò)屈服點(diǎn)后只具有塑性變形溝理想材料； 3。牛頓(Newton)液體模型(N模型)表示只具有粘性的理想材料。流變學(xué)基本單元 由這三個(gè)基本模型串聯(lián)或并聯(lián)而成的多元模型，能近似地表示真實(shí)物體的流變特性。 混凝土是粘塑彈性體，在硬化前主要表現(xiàn)為粘塑性體，硬化后則以粘彈性為主。流變學(xué)基本單元 胡克（H

5、ooke）彈性固體模型 H-模型：理性彈性體模型 采用一彈簧表示，在彈性極限內(nèi)，變形()大小與作用力成正比，作用力出去后，變形一般都能全部消失。當(dāng)作用力超過(guò)極限剪應(yīng)力時(shí)，固體就失去彈性而產(chǎn)生不能消失的塑性變形。流變學(xué)基本單元流變學(xué)基本單元 圣維南(St.Venant)塑性固體模型 StV模型：理想塑性體模型 它是指一種理想塑性體，當(dāng)其固體產(chǎn)生變形的力超過(guò)屈服應(yīng)力后，在應(yīng)力不變的情況下，物體產(chǎn)生塑性流動(dòng)。如果外加應(yīng)力等于屈服應(yīng)力時(shí)，物體以勻速流動(dòng)。流變學(xué)基本單元 模型用一個(gè)靜置于桌面上的重物表示。重物與桌面間存在摩擦力。當(dāng)作用力達(dá)到并超過(guò)靜摩擦力時(shí)重物開(kāi)始移動(dòng)。當(dāng)減少到與動(dòng)摩擦力相等時(shí)，重物即以

6、勻速移動(dòng) 0 f 流變方程: = 0 0 -屈服應(yīng)力 0 流變學(xué)基本單元 牛頓(Newton)粘性液體模型 N模型：理想粘性液體模型 當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)，在流動(dòng)著的液體中，可以沿著流動(dòng)的方向?qū)⑵浞殖闪魉俨煌娜舾蓪?，則相鄰的兩層之間存在著與流動(dòng)方向相反的阻力，這種阻力稱為粘性或內(nèi)摩擦力。其剪應(yīng)力與應(yīng)變速率(d/dt)之比為常數(shù)，這個(gè)常數(shù)稱為粘性系數(shù)。流變學(xué)基本單元 牛頓液體的模型是用一個(gè)帶孔的活塞在裝滿具有粘性的圓筒形粘壺內(nèi)運(yùn)動(dòng)。 流變方程: = d/dt d/dt 賓漢姆(Bingham)模型 B-模型：混凝土混合料的流變模型 B =N Stv 符號(hào)“ ”表示并聯(lián)， “ ”表示串聯(lián)混合料的流變模型

7、 模型：混凝土混合料的流變模型 B=(N Stv) H 一般賓漢姆流體非牛頓流體1、當(dāng)0時(shí)，則并聯(lián)部分發(fā)生與應(yīng)力(-0)成正比 的粘性流動(dòng)，因此有： -0 = 或 =0+ Bingham方程3、若0 =0，則成為牛頓液體公式 混凝土混合料流變參數(shù)0與的含義 屈服剪切應(yīng)力0是阻止塑性的最大應(yīng)力，又稱為塑性強(qiáng)度。在外力作用下產(chǎn)生的剪切應(yīng)力小于屈服剪切應(yīng)力時(shí)，混合料不發(fā)生流動(dòng)；反之才會(huì)發(fā)生流動(dòng)，并且可以塑成任意形狀的制品；而且只有在制品本身的重量不產(chǎn)生超過(guò)屈服剪切應(yīng)力的應(yīng)力時(shí)，制品的形狀才能保持不變。 混合料的屈服剪切應(yīng)力取決于組成材料各顆粒之間的附著力 和摩擦力。 粘性系數(shù)是液體內(nèi)部結(jié)構(gòu)阻礙流動(dòng)的

8、一種性能。粘性是流動(dòng)的反面。對(duì)不同的液體，粘性的大小取決于液體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。若粘性趨于無(wú)窮大，其流動(dòng)微乎其微，可視為彈性固體。 對(duì)水泥漿、混凝土混合料這樣形成凝聚結(jié)構(gòu)的液體，其粘性系數(shù)隨剪切應(yīng)力或變型梯度而變化，即隨凝聚結(jié)構(gòu)的破壞程度而變化。當(dāng)凝聚結(jié)構(gòu)未破壞時(shí)，粘性系數(shù)具有恒定的最大值0；當(dāng)接近0時(shí)，粘性系數(shù)大大降低，結(jié)構(gòu)發(fā)生“雪崩”式的破壞；當(dāng)結(jié)構(gòu)完全破壞時(shí)，粘性系數(shù)達(dá)到最低值min?；炷粱旌狭系牧髯儗?shí)驗(yàn) 混凝土混合料的流變性能測(cè)定存在很多技術(shù)難點(diǎn)，目前尚處于不完善狀態(tài)，其中主要的有： 回轉(zhuǎn)粘度儀(流變儀)法、提升球體型粘度計(jì)、兩點(diǎn)式試驗(yàn)、剪切法試驗(yàn)、滑移阻力實(shí)驗(yàn)。 回轉(zhuǎn)粘度儀（流變儀）法

9、新拌混凝土所使用的回轉(zhuǎn)粘度儀大多為雙重圓筒型。使用該儀器可直接測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和回轉(zhuǎn)速度，再分別根據(jù)理論公式換算成剪切應(yīng)力和剪切應(yīng)變速率。有某一回轉(zhuǎn)速度和此時(shí)的力矩，可得到一組應(yīng)力和應(yīng)變速率。 但是賓漢姆體模型中，應(yīng)力-應(yīng)變速率的關(guān)系不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，所以僅由一個(gè)點(diǎn)不能確定曲線 因此，對(duì)于賓漢姆體需要改變回轉(zhuǎn)速度測(cè)定多組相應(yīng)的力矩，在應(yīng)力-應(yīng)變速率坐標(biāo)系內(nèi)找點(diǎn)，得到應(yīng)力-應(yīng)變速率曲線，通過(guò)直線的斜率和在應(yīng)力軸上的截距，求出新拌混合物的粘度系數(shù)和屈服應(yīng)力。但是回轉(zhuǎn)粘度儀比較適合于骨料顆粒較小的砂漿或水泥漿，并且只適用于屈服值較小的漿體。提升球體型粘度計(jì) 本實(shí)驗(yàn)方法是提升在混凝土拌合物中的球體，測(cè)定提升

10、速度和提升荷載，以此來(lái)衡量拌合物的粘度。若球體大小一定，對(duì)賓漢姆體拌合物的提升速度下測(cè)定多個(gè)提升荷載值。 提升球體粘度儀由于試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，被廣泛地應(yīng)用于砂漿和水泥漿的流變學(xué)常數(shù)的測(cè)定。但是該方法的理論基礎(chǔ)是在球體周圍產(chǎn)生層流，而混凝土拌合物由于內(nèi)部存在著顆粒較大的粗骨料，該方法很難適用，只限于測(cè)定非常柔軟的漿體式樣。兩點(diǎn)式試驗(yàn) 兩點(diǎn)式試驗(yàn)方法是由GHTattersall提出的用于測(cè)定新拌混凝土粘度的試驗(yàn)方法。為了求得賓漢姆體的屈服值和塑性粘度這兩個(gè)流變學(xué)參數(shù)，與回轉(zhuǎn)粘度儀和提升球體試驗(yàn)等方法同樣需要測(cè)定不同的兩點(diǎn)以上的應(yīng)力-應(yīng)變速率關(guān)系，兩點(diǎn)式試驗(yàn)即表示這個(gè)概念。兩點(diǎn)式粘度儀是類似于攪拌機(jī)翼型的回轉(zhuǎn)式粘度儀，叫做兩點(diǎn)式試驗(yàn)。 采用回轉(zhuǎn)翼型的回轉(zhuǎn)儀，為了防止測(cè)量過(guò)程中材料分離，一般利用回轉(zhuǎn)翼一邊進(jìn)行攪拌，一邊測(cè)定多個(gè)力矩-回轉(zhuǎn)速度的關(guān)系。得到兩者的關(guān)系。由兩點(diǎn)式試驗(yàn)得到的流變學(xué)參數(shù)值分別叫表觀屈服值和表觀塑性粘度。剪切法實(shí)驗(yàn)剪切法試驗(yàn)有兩種方法：其一是假設(shè)試樣在一個(gè)很薄的平面狀范圍內(nèi)發(fā)生剪切變形，進(jìn)行單面剪切試驗(yàn)；另一種方法是假設(shè)試樣整體發(fā)生剪切變形，采用剪切箱實(shí)驗(yàn)。 后者適用于新拌混凝土的流變學(xué)特性。改變剪切速度進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，能夠求出粘性參數(shù)。剪切箱型試驗(yàn)與上述幾種方法相比，雖然試驗(yàn)機(jī)理稍變復(fù)雜，但不需更換試樣，可以多次進(jìn)行重復(fù)剪切變形試驗(yàn)，能提高