水泥浆流变特性

流变学及流变方程
流变学是研究物体中的质点因相对运动 而产生流动和变形的科学。因为流变学 能够表述材料的内部结构和宏观特性之 间的关系，所以它逐渐成为材料科学基 础理论的一个重要部分，并且涉及到各 类类型的材料。 流变学把三种理想物体，各用一些参数 将应力与应变的关系联系起来，表述为 流变方程式。



宾汉姆体 宾汉姆在研究硅藻土、瓷土、油漆等弹-塑-粘性 物体的变形过程时，当所加的外力较小，它所产 生的剪应力小于极限剪应力或 屈服应力t时, 物体将保持原状不发生流动.而当剪应力超过t时, 物体就产生流动形变.这类物体称之为宾汉姆体. 一些实验表明,沥青、土壤、水泥浆和水泥混凝 土混合物等都属于宾汉姆体。因此，研究水泥浆 的流变特性主要是确定应变速率遇剪应力之间的 关系，从而确定表征水泥浆特性等值。
γ
（ Pa）
0
30
35 25 30 35
50
48 2.4 2.5 3.3
124
134 5.4 15 15.7
太大
太大 9.3 太大 太大
η
（ Pa·S）
0
4. 水泥熟料矿物组成的影响 试验证明,水泥熟料矿物对水泥流变性也有影响, 但是其中最重要的是C3A的含量。图4-38表示。水泥 浆的水灰比为0.5，在常温下水化，水泥浆的流变性 与C3A含量的关系。它表示水泥熟料中C3A的含量提 高，水泥浆的塑性黏度和极限应力也随之提高，这 种影响在水化2h后表现得特别明显。
3. 水化温度的影响 水化温度对水泥浆流变特性的影响如 表4-25所 示。从所列试验结果可知，随着水化温度的提高 ，浆体的流变特性增大。但是在45min以前增大不 显著，超过45min以后增长特别快。
指标 温度 (℃) 25
水化时间
15min 44.5 45min 56 68 2.5 3.2 3.5 2h 99 3h 134

体
3、牛顿粘性液体。当液体流动时，在 流动着的液体中，可以沿着流动的方向 将其分成流速不同的若干层，则相邻的 两层之间存在着与流动方向相反的阻力 ，这种阻力称为粘性或内摩擦力。牛顿 粘性液体就是这样一种理想的粘性液体 ，其剪应力与应变速率之比为一个常数 。 牛顿液体的模型是用一个带孔的活塞 在装满具有粘性的液体的圆筒形粘壶内 运动。


水泥浆流变特性 水泥浆流变特性，通常采用回转圆筒黏度计的方法测定 。粘度计的工作部分包括两个圆筒，在内外两个圆筒之间置 又要测定的式样。外筒的半径为R，内筒的半径为r，式样的 有效高度为h，当以不同的角速度旋转外筒时，通过水泥浆 式样的内摩擦可以使内筒旋转。根据内筒的璇转角度可以得 到扭矩。因此，在对水泥浆柳编特性进行测定时可以直接得 到角速度与扭矩两个参数，从而进行计算。 M.伊什-沙洛姆等人在研究水化时间分别为15min、 45min、3h的水泥浆的流变特性时，发现它们具有三种不同 的流变曲线。上升和下降流变曲线所包围的面积，称为滞后 圈，显示水泥浆得触变性。所谓触变性是指某些胶体体系在 外力作用下，流动性暂时增加，外力除去后，具有缓慢的可 逆复原的性能。这是一种等温下胶凝-溶胶可逆互变的现象。
示意图



在图４－３６中，1为水化１5min的浆体，其下降曲 线（２）在上升曲线（１）的右方，第二次测定也在 第一次测定的右方，它说明在同样转矩下，力矩增加 即粘度增加，这个现象属于反触变现象．11 为水化 45min的浆体，它表现为可逆曲线。 111为3h的浆体，其下降曲线在上升曲线的左方且成 直线，第二次循环也移至第一次的左方，它表明在同 样转速下，力矩减小即粘度减小，这种现象属于触变 现象。 反触变现象是某些粗粒子悬浮体的特性,而触变现 象是某些胶体体系的特性。水泥浆随着水化过程进行 而逐渐形成水化物胶凝体,因而,水泥浆的流变特性也 从反触变现象过度到触变现象,这是水泥粒子从初始 分散体系向胶体尺寸粒子的水泥悬浮体以及凝聚结构 转变的过程。

Байду номын сангаас
三种理想物体及其流变方程
1、胡可弹性固体。它是指这样一种弹性 固体，当其在外力作用下，变性立即发生 ，变形的大小与作用力成正比，当外力取 消以后，物体能恢复原来的形状。 为了形象地表述上述流变方程，可以用 一个完全弹性的弹簧(A)作为理想弹性体 的模型原件。 当作用力超过极限剪力时，固体就失去 弹性而产生不能消失的塑性变形。
影响水泥浆的流变特性的因素很多,主要有 水灰比、水化温度、水泥的矿物组成、搅拌制度 等。为了探讨这些 因素的影响程度，M.伊沙-沙 洛姆等人曾对熟料组成为C3S44.8%、C2S26.9% 、C3A13.6%、C4AF6.7%的波兰水泥在不同条件 下进行了比较,根据试验结果归纳如下:
1. 水化龄期的影响 表4-24的试验结 果表明,水泥浆在 45min以前,η 、γ 的 变化不大,超过这个 时间, η 、γ 增长比较 大,两小时后增长更 大。
水泥浆的工艺特性

水泥浆与水泥混凝土混合物的工艺特性,特别 是通常所说的工作性或和易性,是从事混凝土施工 和水泥制品工艺的技术人员十分关心的问题.水泥 浆或水泥混凝土混合物的和易性是评定其工艺性 质的一个综合指标.它是流动性、可塑性、稳定性 、易密性等多种互相矛盾的工艺要求的统一。到 目前为止，对它还没有一个准确的统一的描述， 随着流变学在水泥浆和混凝土混合物中的应用， 有可能对它做出科学的描述。
0 0 0 0
水化时间
γ
）
0
（Pa
η
0
（Pa·S
） 2.4 2.5 5.4 9.3
15min 45min 2h 3h
44.5 56 99 134

2. 水灰比的影响 水灰比对水泥浆的流变特性影响较大,图437表示不同水灰比的水泥浆,塑性粘度和极限 剪应力与水化时间为15min的比值随时间变化 的规律,它表明随着水会比变低时,塑性粘度和 极限剪应力均提高。

2、圣*维南塑性固体。它是指这样一种理 想塑性体，当其固体产生变形的力超过屈 服应力后，在应力不变的情况下，物体产 生塑性流动。如果这个外加应力等于屈服 应力时，物体以匀速流动。 理想塑性体的模型，可以用一个静置于 桌面上的重物（Ｂ）表示。重物与桌面间 存在摩擦力。当作用力P达到并超过静摩 擦力时重物开始移动.当P减少到与动摩擦 力相等时,重物即以匀速移动.这个元件就 是圣*维南塑性体模型.