新拌次轻混凝土流变特性的研究.pdf
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1、2 0 1 1年第 4期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C0 NCR ET E AND C E MEN T P RODUC T S 201 1 No 4 Ap r i l 新拌次轻混凝土流变特性的研究 孙 华, 黄修林 , 丁庆 军 ( 武汉 理工 大学 4 3 0 0 7 0 ) 摘要 : 通过对新拌次轻混凝土的流变特性研究 。 分析 了集料组成对新拌次轻混凝 土屈服 剪切应力和粘性 系数 的影响、 新拌次轻混凝土的结构形成特 点及其粒子的运动特点。结果表 明: 利用普通集料部分替代轻集料可显著改 善 混凝 土的流变性能 , 提 高水泥浆体的粘度、 减小轻集料 粒径可
2、提 高混凝土的 匀质性 , 从 而改善 次轻 混凝土的力学 性 能 和 耐 久性 。 关键词 : 流变性 能; 粘性 系数 ; 分层 离析 ; 匀质性 Ab s t r a c t : Ac c o r d i n g t o t h e r e s e a r c h o n r h e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c o f f r e s h s e mi - l i g h t we i g h t c o n c r e t e , t h e i n f l u e n c e s o f a g g r e g a t e
3、c o mp o s i t i o n o n s h e a r y i e l d s t r e s s a n d v i s c o s i t y c o e ffic i e n t ,c h a r a c t e ris t i c s o f s t r u c t u r e f o r ma t i o n a n d p a r t i c l e mo v e me n t o f f r e s h s e mi - l i g h t we i g h t c o n c r e t e a r e a n a l y z e d r l e r e s u
4、l t s s h o w t h a t o r d i n a r y a g gre g a t e p a r t i a l l y r e p l a c i n g l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c a n o b v i o u s l y i mp r o v e r h e o l o g i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e ,a n d i n c r e a s i n g v i s c o s i t y o f c e me n t p a s t e a
5、n d r e d u c i n g d i a me t e r o f l i g h t we i g h t a g gre g a t e c a n mo d i f y t h e u n i f o rm i t y o f c o n c r e t e F i n a l l y t h e me c h a n i c a l p r o p e rt i e s a n d d u r a b i l i t y o f s e mi - l i g h t w e i g h t c o n c r e t e c a n b e i mp r o v e d Ke
6、 y wo r : Rh e o l o g i c a l c h a r a c t e ri s t i c ;Vi s c o s i t y c o e f f i c i e n t ;S e g r e g a ti o n ;U n i f o r mi t y 中图分类号 : T U 5 2 8 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 1 ) 0 4 1 0 0 4 0前言 良好 的工作性是保证硬化混凝 土获得预定质 量 目标的先决条件 , 它不仅关系到混凝 土工程的施 工进度 、 劳动强度 和环境负荷 , 而且 还严重影 响到 混凝
7、土硬化后的物理力学性能和耐久性【 l J 。次轻混 凝土作为一种新型建筑结构材料 , 其组成 比较复杂 特殊 , 在混凝 土浇筑成 型的过程 中, 两种不 同密度 的集料会沿着相反的方 向移动 , 必然加剧集料 的分 层离析倾 向。 导致混凝土 的匀质性降低 , 使协调解 决流动性和匀质稳定性之间的矛盾具有较大的技 术难度 。 1 集料 组 成对 新 拌次 轻 混凝 土屈 服 剪切 应 力和 粘 性 系数 的影 响 与其他固体材料一样 , 新拌次轻混凝土在外力 的作用下会发生弹性变形和流动。当应力较小时发 生弹性变形 , 应力大于一定 限度( 屈服值) 时则发生 流动。对于新拌次轻混凝土 ,
8、由于其屈服值很小 , 所 以在受外力作用时 。 极易发生流动。新拌次轻混凝 土的流变性 能可 以用 宾汉姆( B i n g h a m ) 模 型2 1 来 描 述 , 见 图 1 。 当 下 T O 时 , 在并 联部分产生 与应力 ( - T o ) 成正 比的粘性 流动 , 因此有 : 丁 一 T o = d T J d t ( 1 - 2 ) 因总变形 = e + , 而 。 是常数 , 故有 : r = r 0 + l l d d t ( 1 - 3 ) 其中: T o - 屈服剪切应力 ; 1 1 一 为粘性 系数 ; d d t 一 在无 限小 时间 d t 时发 生 的变 形
9、 , 即瞬 时变形 。 图 1宾 汉 姆模 型 由式( 1 3 ) 可知 , 屈服剪切应力 下 0 与粘度系数 1 1 是决定新拌次轻混凝土流变特性 的基本参数。混 凝土 中有集料存在, 凝聚结构较强, 屈服剪切应力 丁 0 较大 , 其流动特性接 近于宾汉姆体 , 因而可 以采用 宾汉姆模型进行新拌次轻混凝土的流变性能研究。 屈服剪切应力 T 。 是阻止混凝 土产生塑性变形 的最 大应力 也称 为塑性强度 当外力作用下产生 孙华 , 黄修林 。 丁庆军 新拌次轻混凝土流变特性的研究 的剪 切应 力 小 于屈 服 剪 切应 力 时 , 新 拌 混 凝 土 不发 生 流 动 只 有外 力 作 用
10、下 产 生 的 剪切 应 力 大 于 屈 服 剪切 应 力 时 , 新 拌混 凝土 才会 发 生流 动 。 新 拌 混 凝 土 的 屈 服 剪 切 应 力 是 组 成 材 料 各 颗 粒 之 间 的附着 力 和 摩 擦力 引 起 的 。如 图 2所 示 , 在 受力平衡状态下 ,当混凝土拌合物沿着 AB面滑动 时 , 则有 下列 平衡 关 系 : = F + K= P t g c + K ( 1 4 ) 其 中 : P 一 重 力沿 着 A B面 的垂 直分 力 ; t g a 一 摩 擦 系数 ; F 一 摩擦阻力 ; K 一 附着力 , 由粒子间的内聚力引 起 ; 下 屈 服 剪切应 力
11、。 图 2 混凝 土拌合 物内部受力分析l引 粘性系数 是混凝 土拌合 物内部结构阻碍流 动 的 一种 性 能 , 是 流 动 的新 拌 混 凝 土 中 , 在 平 行 流 动方向的各流层之间 产生与流动方 向相反的粘滞 阻力 的结 果 。 因此 , 粘性 与 流动 性相 互 矛盾 。 混 凝 土 的流变性能不仅与水泥 的矿物 组成 、 细度 、 矿物掺 合料的种类与掺量 、 外加剂的种类与掺量等因素有 关 。 还 与粗 骨 料相 关 。随着 粗 骨料 用量 的增 加 , 粗 骨 料之间的刚性接触造成 的粘性系数 显著增大 , 粘滞 阻力增加 : 随着 粗骨料单位体积含量 的降低 , 浆体 体
12、积增加 , 粘性系数和粘滞阻力降低。此外 , 粘性 系 数 还 和粗 骨料 的粒 径 、 比表面 积有 关 。 由以上 分 析 可知 要 获得 流 动 性好 , 匀 质 、 不 离 析 的混凝土拌合物 , 须减小其屈服剪切应力 丁 。 , 并提 高粘性系数 。 次轻混凝土是 由普 通集 料 、 轻集料 、 水泥( 水泥 与矿物掺合料) 、 水 、 高效减水剂等原材料拌制而成 的材料 。本 文采 用 粒 径 4 7 5 mm 的轻 细 集料 与 河砂 按 不 同 比例 混合 配 制 砂 浆来 模 拟 次 轻混 凝 土 , 进行 流变性能测试。 轻集料预湿 1 h , 水灰 比为 0 3 3 (
13、不包 括轻 细集料 预湿过 程 中吸收 的水 分 ) ,胶 集 比为 0 5 , 减水剂为 F D N 9 0 0 , 掺量为水泥的 0 7 。 试验结 果见 表 1 。 由表 1可知 , 随着次轻混凝土 中轻集料体积率 提 高 , 次 轻混 凝 土拌 合 物 的屈 服 剪切 应力 下 。 明显 增 大 , 而粘 性 系数 变 化 不 明显 。这 主要 因为轻 集 料 表 1 集料组成对 次轻 混凝 土流变性能的影响 表 面 粗 糙 多 孔 , 能 吸 附 水 泥 浆 体 , 减 小 包 裹 在 集 料 表面 的水泥浆体量 ,导致集料之 间 的摩擦系数提 高 , 随着轻 集料体 积率增大 ,
14、屈服剪切应力 明显增 大。由于轻集料通过了预湿处理 且测试过程所用 时间较短 , 轻集料从水 泥浆体 中吸水量较小 , 对水 泥浆体的水胶 比影 响不大 , 因此粘性系数 1 1 变化不 明显 。 2新拌次 轻 混凝 土 的结 构形成 特点 在混凝土拌合物中由于不同拌合物 ( 集料 、 砂 、 水泥胶结材和水 等) 的比重不 同 固体粒 子会发 生 沉降作用 。在水泥浆体 中 , 比重较小 的固体粒子上 浮 , 比重较大 的固体粒子下沉 , 从而使混凝土形成 分 层 离 析 结 构 4 】 , 不 利 于混 凝 土 浇 筑 成 型 及 后 期 性 能 的发展 。 对 于 次 轻 混 凝 土 。
15、由 于 组 成 的特 殊 性 和 复 杂 性 , 其粒子运动更加复杂。骨料 中密度大的普通集 料 和较 大颗 粒 的细骨 料 及 包裹 它 们 的水 泥浆 下 沉 而 比重 较 小 的轻 集 料 、 水 等 上 浮 两 种 集 料 粒 子 的 运动方 向截然相反 , 加剧混凝 土的分层离 析 造成 次轻混凝土的整体不均匀性 , 形成 了次轻混凝 土特 有的内外分层结构嘲 , 如图 3 图 8所示。 图 3 图 5是次轻 混凝 土外分层结构 的形成过 程示意图。由图可见 , 外分层作用造成颗粒较大 的 轻 集 料 和水 分 集 中在 混 凝 土表 层 。 其下 是 携 带 水 泥 颗粒 的水泥浆
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