新拌水泥混凝土流变特性模型综述

肖翔天

（重庆交通大学材料科学与工程学院， 重庆 400074）

0 引言

流变学是一门研究物体由于各种原因所引起的流动和变形的学科，而对于新拌水泥混凝土，要研究其流动规律，就要研究其在某一瞬间应力与变形的定量关系，而其关系通常都要以流变方程式来表示，其流变参数主要有：屈服应力、塑性粘度合触变性。从物理意义上来讲，屈服应力和塑性粘度与新拌水泥混凝土流变特性的关系就是浆体流动时剪切速率与剪切应力的关系，而触变性始终与时间这一因素有密切联系。本文总结了新拌水泥混凝土流动性现有的流动模型，望为新拌水泥混凝土流变特性的测定提供思路。

1 水泥基复合材料流变模型

1.1 牛顿流体模型

Newton用平行平板剪切流动试验指出了两平行板之间的速度分布呈线性规律，得出:，式中，为剪切应力，为粘度，为剪切速率。该模型粘度与剪切速率 无关，只与温度有关。Tatersall[1]将缓冲器和滑块并联，再与弹簧串联而成来表征流体粘-弹-塑性流变特征及其受力过程，提出了Bingham模型：，式中，为Bingham屈服应力。，只发生弹性形变；，其弹性结构被破坏，之后遵循Newton粘度定律。该模型适用于有一定屈服应力的流体，也可以说牛顿流体模型是Bingham模型的一种特殊情况。

1.2 非牛顿流体模型

1.2.1 指数型模型

随着混凝土流变性测试设备的改进，低水胶比混凝土不断发展，用Bingham模型对低剪切速率下的 - 曲线进行拟合时，屈服应力出现负数， Bingham模型已不适用，故，F.deLarrard[2]提出了 Herschel-Bulkley模型：，式中，是符合H-B模型的屈服应力，c为流动系数，p为HB流动指数或幂律指数。P>1，剪切增稠，为胀塑性流体；P=1，线性变化，牛顿流体；p<1，剪切变稀，假塑性流体。此模型适用于有一定屈服应力的非牛顿流体。对于平面流变仪，该模型的三个材料参数 、 和 一般有以下关系式：，，式中分别表示平行平板流变仪内径和外径，表示初始扭矩，h为混凝土样品高度，A和b由最小二乘差分法得出（由式，Г为去掉空转流变仪扭矩后的扭矩值）。

在研究新拌混凝土流变性能时，粘度随着剪切速率的增加而增加，即剪切增稠，Dimitri Feys[3]在Bingham模型的基础上进行了修正，得出了修正版的Bingham模型：，式中：c表示二阶参数（Pa·S2）。与H-B模型比，该模型由2个优势，该模型不考虑时间对于流变性能的影响即触变性和和易性损失的影响。

1.2.2 触变性模型

由于水化作用的影响，时间对混凝土流变性能有重要影响，触变性是最重要的跟时间有关的流变参数，是胶凝体在剪切速率作用下发生的可逆的溶胶现象。大多数学者采用“滞后圈”面积的方法来表征混凝土的触变性，“滞后圈”面积越大，触变性越强。李晓光[4]在“滞后圈”的基础下，新定义了触变性的性质：分别表示相同剪切速率下，上升、下降阶段所对应的剪切应力。

Bombled提出了“触变测试方法”，比较了不同测试方法的触变性，但没有进行相应的定量参数研究。徐永模[5]在此基础上深入研究了水泥浆体结构与触变特性的关系，建立了“台阶”法剪切速率下的触变性模型。总触变值：；分触变值 ：，式中，i=1表示触变破坏最低的剪切速率，i=k表示触变破坏最高的剪切速率。，触变破坏；，不发生触变破坏。

由于上述“台阶”法受剪切速率、测试时间的影响较大，王复生[6]提出在测试水泥净浆流变参数时，分别选取比较稳定的上升曲线（水泥触变前）和下降曲线（机械剪切触变后）中的直线段，得到具有触变性的Bingham体流变模型:触变前：，触变后：，式中，为上升曲线段的粘度、屈服应力，为下降曲线段的粘度、屈服应力。

在流变学上测定混凝土此类胶凝体的流变性有Einstain公式：表示分散体系的粘度，表示分散介质的粘度，

表示分散相在全部分散体系中所占有的体积分数，对于球形粒子，k=2.5。但傅智[7]指出由于上式公式表达的粘度关系是线性关系，而具有触变性的砂浆及混凝土不符合Eintain公式。为建立粘度与触变性之间的定量关系，通过跳桌流动度、结构粘度测试结果曲线进行最佳配线，发现新拌砂浆与净浆振动结构粘度的比和砂浆的体积分数呈4次统计方程关系；新拌混凝土与砂浆振动结构粘度的比与粗集料含量的关系为四次方关系，并指出只有在混凝土中的石子处于悬浮状态时，才有较明显的触变性。

2 结语

大小。（2）模型的建立跟测试仪器有重要关联，流变模型的流变参数（如 、等）是流变仪的运行参数（如扭矩值、搅拌半径等）之间的一个转换。

[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]李晓光，尚建丽，翟振东.水泥基复合胶凝材料流变性能[J].长安大学学报（自然科学版）,2002,22(3):30-33.

[5]徐永模，黄大能，谢尧生.新拌水泥浆体结构及其触变特性的探讨[J].硅酸盐学报,1989,17(2):105-111.

[6]王复生，关瑞芳，秦晓娟等.新拌水泥浆体流变性能及流变模型的探讨[J].硅酸盐学报，2004,6(10):34-37,40.

[7]傅智等.新拌混凝土振动时触变性研究[J].混凝土，2007,4:4-11.