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)簡介 流變學(xué)的基本原理 流變學(xué)的研究內(nèi)容 流變學(xué)的基本單元 混合料的流變模型 混合料的流變實驗簡介 一、定義：一、定義： 流變學(xué)流變學(xué)-是研究物體中的質(zhì)點因相對運動而產(chǎn)生流動和變形的科學(xué)。 流變學(xué)流變學(xué)-是研究材料在應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、濕度等條件下與時間因素有關(guān)的變形和流動性質(zhì)的科學(xué)。 因為流變學(xué)能夠表達材料的內(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。簡介簡介物質(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)能流動和變形的性能。流變學(xué)的研究對象流變學(xué)的研究對

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。對水泥混凝土而言，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度、彈性模量和徐變等問題。徐變是指在一定的應(yīng)力水平下保持荷載不變，隨著時間的延續(xù)而增加的變形。簡介簡介 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，如分子運動、為錯運動、裂紋擴張燈等對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)測任何應(yīng)力歷史和溫度變化下的材料變形，且比較簡單。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、任何實際存在的物質(zhì)，無時無刻不在“流動”； 2、在承受各向同性壓力時，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、塑性和強度是物質(zhì)四個基本流變特征，只是程度不同。流變學(xué)的研究內(nèi)容流變學(xué)是研究物體流動和變形的科學(xué)，是近代力學(xué)的一個分支。但力學(xué)只研究物體作為一個實體的運動規(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)在研究流動和變形規(guī)律時必須聯(lián)系到物體機構(gòu)中質(zhì)點之間的相對運動。流變學(xué)也是研究物體彈、塑、粘性演變的科學(xué)?？紤]時間、外界條件（溫、濕度）、荷載等對彈、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，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)表示超過屈服點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)作用力超過極限剪應(yīng)力時，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。如果外加應(yīng)力等于屈服應(yīng)力時，物體以勻速流動。流變學(xué)基本單元 模型用一個靜置于桌面上的重物表示。重物與桌面間存在摩擦力。當(dāng)作用力達到并超過靜摩擦力時重物開始移動。當(dāng)減少到與動摩擦力相等時，重物即以

6、勻速移動 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)液體流動時，在流動著的液體中，可以沿著流動的方向?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帶孔的活塞在裝滿具有粘性的圓筒形粘壺內(nèi)運動。 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“ ”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，則并聯(lián)部分發(fā)生與應(yīng)力(-0)成正比 的粘性流動，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，混合料不發(fā)生流動；反之才會發(fā)生流動，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)生超過屈服剪切應(yīng)力的應(yīng)力時，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)阻礙流動的

8、一種性能。粘性是流動的反面。對不同的液體，粘性的大小取決于液體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。若粘性趨于無窮大，其流動微乎其微，可視為彈性固體。 對水泥漿、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，粘性系數(shù)具有恒定的最大值0；當(dāng)接近0時，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，粘性系數(shù)達到最低值min。混凝土混合料的流變實驗 混凝土混合料的流變性能測定存在很多技術(shù)難點，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、兩點式試驗、剪切法試驗、滑移阻力實驗。 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定轉(zhuǎn)動力矩和回轉(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)系不通過坐標(biāo)原點，所以僅由一個點不能確定曲線 因此，對于賓漢姆體需要改變回轉(zhuǎn)速度測定多組相應(yīng)的力矩，在應(yīng)力-應(yīng)變速率坐標(biāo)系內(nèi)找點，得到應(yīng)力-應(yīng)變速率曲線，通過直線的斜率和在應(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 本實驗方法是提升在混凝土拌合物中的球體，測定提升

10、速度和提升荷載，以此來衡量拌合物的粘度。若球體大小一定，對賓漢姆體拌合物的提升速度下測定多個提升荷載值。 提升球體粘度儀由于試驗方法簡單，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，只限于測定非常柔軟的漿體式樣。兩點式試驗 兩點式試驗方法是由GHTattersall提出的用于測定新拌混凝土粘度的試驗方法。為了求得賓漢姆體的屈服值和塑性粘度這兩個流變學(xué)參數(shù)，與回轉(zhuǎn)粘度儀和提升球體試驗等方法同樣需要測定不同的兩點以上的應(yīng)力-應(yīng)變速率關(guān)系，兩點式試驗即表示這個概念。兩點式粘度儀是類似于攪拌機翼型的回轉(zhuǎn)式粘度儀，叫做兩點式試驗。 采用回轉(zhuǎn)翼型的回轉(zhuǎn)儀，為了防止測量過程中材料分離，一般利用回轉(zhuǎn)翼一邊進行攪拌，一邊測定多個力矩-回轉(zhuǎn)速度的關(guān)系。得到兩者的關(guān)系。由兩點式試驗得到的流變學(xué)參數(shù)值分別叫表觀屈服值和表觀塑性粘度。剪切法實驗剪切法試驗有兩種方法：其一是假設(shè)試樣在一個很薄的平面狀范圍內(nèi)發(fā)生剪切變形，進行單面剪切試驗；另一種方法是假設(shè)試樣整體發(fā)生剪切變形，采用剪切箱實驗。 后者適用于新拌混凝土的流變學(xué)特性。改變剪切速度進行多次實驗，能夠求出粘性參數(shù)。剪切箱型試驗與上述幾種方法相比，雖然試驗機理稍變復(fù)雜，但不需更換試樣，可以多次進行重復(fù)剪切變形試驗，能提高