高性能混凝土的流变性及泵送压力损失研究

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1、高性能混凝土的流变性及泵送压力损失研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：汪东波指导教师：曹晖教授专业：结构工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二O一五年五月StudyonRheologicalPropertyandPumpingPressureLossofHigh-performanceConcreteAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegree

2、ofEngineeringByWangDongboSupervisedbyProf.CaoHuiSpecialty:CivilEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversityChongqing,ChinaMay2015中文摘要摘要近年建筑结构向着高层化、复杂化、大型化等方向发展，同时也面临着更特殊的使用条件和更严苛的建造环境，诸多类似的新变化和新要求对传统混凝土材料的性能提出了严峻的考验。在此背景下，高性能混凝土（HPC）应运而生

3、，被认为是未来混凝土材料发展、革新的方向。不同于普通混凝土，新拌HPC同时具备高流动性和高粘聚性，传统确定普通混凝土流变性能参数的试验方法已不能够准确的反应HPC的工作性能。同时随着自动化施工的发展，泵送混凝土施工技术得到了广泛的应用，HPC的泵送工事在高压、高度、长距离、分叉等更复杂严峻的条件下进行，随之也带来了许多诸如离析、管堵、计算理论模糊以及泵送过程中压力损失严重等泵送施工问题。目前规范中泵送压力损失的公式对HPC的适用性存在争议，而在真实泵送条件下检测HPC泵送压力损失的成本和规模巨大

4、。因此，开展HPC的流变性能和泵送压力损失的离散元模拟研究有着深刻的意义。本文以新拌HPC为研究对象，利用PFC2D软件进行模拟，主要的研究内容及相应研究成果如下：①总结分析了现有影响泵送压力损失机理的因素，并通过对实际HPC泵送压力损失进行工程调研，对比说明了规范公式和工程实测在计算HPC泵送压力损失的差异性。工程经验实测的HPC的单位水平管压力损失和规范公式计算相比大了近3倍，工程经验计算出的总泵送压力损失值也比规范公式相差近一倍。②根据单元模型本构关系及接触参数算法，建立了适用于模拟HPC

5、流动性能的离散元模型。在此基础上，提出了HPC流变参数的确定方法，并通过模拟流动性实验，验证了该程序模拟其流动性能的可靠性。研究表明：相对扩展面积Γc主要受抗剪强度fs的影响，而相对流出时间Rc则是由抗剪强度fs和衰减系数h共同作用的结果；并从HPC性能检测实验中确定了混凝土单元间的抗剪强度fs和衰减系数h与相对扩展面积Γc和相对流动时间Rc之间的数学关系。③对HPC分别在水平管、锥形管和弯曲管中的压力损失进行离散元模拟，研究不同流变性能的高性能混凝土的压力和速度分布规律，得到粗细骨料在各输送管

6、中的运动规律和受力特征。并对影响混凝土拌合物的流动状态和泵送压力损失的因素进行模拟研究，以及对水平管压力损失进行了回归拟合，通过与规范和工程经验结果进行对比得出结论。水平管中压力损失模拟结果与规范结果有些差异但影响规律一致，而模拟结果与实际工程的差距较小；锥形管中压力损失模拟结果大概是相应水平输送管模拟结果的2~3倍；弯管中不同速度所对应的压力损失的模拟值小于规范计算值。我国规范公式与其他规范相比表现出一定保守性，I重庆大学硕士学位论文但又不能适应各种流变性能和各种强度的HPC的泵送压力损失的计

7、算。关键词：高性能混凝土，离散元，流变性能，泵送压力损失II英文摘要ABSTRACTInrecentyears,buildingshaveadvancedtowardtohigher,morecomplicateandlargerstructures.Besides,theserviceconditionsandconstructionenvironmentofbuildingshavealsobecomemorespecialandtougher.Thesenewchallengesputfo

8、rwardseveretrialtoperformanceofconcrete.Againstthisbackground,highperformanceconcrete(HPC)wasdeveloped,andhasbecomedevelopmentdirectionofconcreteinthefuture.Possessinghighfluidityandviscidity,HPCisdifferentfromcommonconcrete.Sothetraditionaltestmeasu