低水胶比水泥基复合材料的流变特性

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1、2014年第12期（总第141期）江西建材试验研究低水胶比水泥基复合材料的流变特性1,2211刘建忠孙伟张倩倩刘加平（1.江苏省建筑科学研究院有限公司高性能土木工程材料国家重点实验室江苏南京210008；2.东南大学江苏省土木工程材料重点实验室江苏南京211189）摘要：选择合理的流体模型是研究水泥基复合材料流变特征和工作性能的首要关键问题。本文测试了不同胶凝体系的低水胶比水泥基复合材料的流变曲线，分析其适用的流变模型。结果表明：低水胶比水泥基复合材料表现出典型的胀流型流体特性；Bingham模型不能准确表征低水胶比水泥基复合材料的流变特性，采用Herschel-Bulk

2、ley模型更为适宜。关键词：低水胶比水泥基复合材料；工作性能；流体模型[4-6]Bingham流体模型分析；而一些研究也表明，由于矿引言物掺合料以及外加剂的掺入，一些高强或高性能水泥随着土木工程规模不断扩大，科技水平不断提高，基复合材料表现出剪切增稠或剪切变稀的现象，即具有一些高层大跨、有特殊功能要求的重要建筑不断出现，假塑性或胀流型流体特征[7-8]，采用Bingham流体模型如摩天大楼、超大跨桥梁等，要求混凝土必须具有更无法全面反应其流动特性，误差较大。因此，明确低水高的强度、更好的耐久性、更优的可靠性，这些需求促胶比水泥基复合材料的流体特征，选择合理流体模型，成了水

3、泥基复合材料向高与超高性能方向发展。高与超是研究其工作性能的首要问题。高性能水泥基复合材料在组成上显著的特点是低水胶本文在介绍目前水泥基复合材料领域最常用的几比。然而，随着水胶比的降低，水泥基复合材料拌和物种流体模型的基础上，重点研究与分析了低水胶比水泥的粘度逐渐增大，引发不易搅拌、难泵送等一系列施工基复合材料的流变学特征。问题，很大程度上限制了其推广与应用。如何改善低水1几种常用水泥基复合材料的流体模型胶比水泥基复合材料的工作性能成为发展高与超高性[1-2]能水泥基复合材料亟需解决的关键问题。牛顿流体是研究流体流变性问题的基础，根据流体混凝土流变性能被认为是迄今为止最理

4、想的表征的不同流变性能，基本可分为牛顿流体和非牛顿流体（见[3-4]工作性能的方法，混凝土流变学是研究其流动和变图1）。新拌水泥浆、砂浆和混凝土是一种多相混合物，大形的重要学科。混凝土流变学通过屈服应力、粘度等多数表现出复杂的非牛顿流体特征。目前用于研究水泥、[9-11]参数定量的表征混凝土工作性能，而这些参数主要通砂浆或混凝土流变性能的流体模型主要有以下几种：过流体模型对测得流变曲线进行拟合获得。众多学者（1）Bingham（宾汉姆）流体模型认为新拌水泥基复合材料可看作一种塑性流体，可采用Bingham模型认为：剪应力超过临界值0时后浆174170-239试验研究.in

5、dd1742014-5-300:38:042014年第12期（总第141期）江西建材试验研究n体才开始流动，并且应变梯度随应力增量（-0）成线式中，m—稠度系数，Pa·s；n—流变行为指数。性增长。模型的经典形式为：从式中可以看出，当n=1时，流体表现为宾汉姆流变行为，称为宾汉姆塑性流体；当n<1时，流体表现剪切变稀流其中，—施加的剪应力（Pa）；—是应变梯度变行为，称为假塑性流体；当n>1时，流体呈现剪切变稠流-1（s），剪切速率；0—即为屈服应力（Pa）；μ—为塑变行为，称为胀塑型流体。n值越大，剪切增稠程度越高。性粘度（Pa·s）。Herschel-Bulkley模

6、型中，屈服应力0、稠度系数m（2）修正Bingham流体模型和流变行为指数n是表征流体流变行为的重要参数，但在实际的测试中发现，在低剪切速率时应力-应变对于塑性粘度μ公式无法直接给出。Ferraris和deLarrard[4]曲线并非是线性的关系。为了修正低速阶段的曲线，在等通过大量的试验研究，推导出如下的经验公式：2Bingham模型中引入一个二次项c，成了修正Bingham模型：其中，—流变测试过程中的最大剪切速率。2原材料与试验方法其中，c—修正系数。（3）Herschel-Bulkley（赫切尔-巴尔克）模型2.1原材料Herschel-Bulkley模型认为剪应

7、力超过临界值0时江南小野田水泥有限公司生产的P·Ⅱ52.5硅酸盐水后才开始流动，并且应变梯度随应力增量（-0）之间泥、南京热电厂I级粉煤灰以及江南厂生产的S95级磨细333成幂律增加：矿渣，密度分别为3.17g/cm、2.33g/cm和2.84g/cm，比表222面积分别为388m/kg、415m/kg和404m/kg，三者化学组3成见表1。砂为细度模数2.6、密度2.66g/cm的普通河砂，减水剂为江苏博特新材料有限公司的PCA（VII）超高减水型羧酸类高性能减水剂，固体含量为30%。2.2配合比采用低水胶比砂浆为研究对象，