水泥浆,流变学
水泥浆流变特性
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。
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。
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。
第二篇第二章第六节水泥浆体凝结硬化
根据公式得知牛顿液体得切变速度D与切变应力S 之间如下图所示,呈直线关系且直线经过原点。
(a)牛顿流动
二、非牛顿流动
实际上大多数液体不符合牛顿粘度定律,如高分子溶液、 胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固-液得不均匀体系 得流动。把这种不遵循牛顿粘度定律得物质称为非牛顿流 体,这种物质得流动现象称为非牛顿流动。
随后,水化继续进行,从溶液中析出新得晶体和水化硅酸钙凝胶不断充满在结构 得空间中,水泥浆体得强度也不断得到增长。
4、 三阶段理论
F、W、 Locher提出该理论。实际上,该理论与前面介绍凝 聚-结晶理论比较接近。
将水泥得凝结硬化分为三个阶段,即水泥浆悬浮体结构阶 段、水泥浆凝聚结构阶段、水泥浆得凝聚、结晶结构阶段, 或分别称为诱导期、凝结期和硬化期。(P74图2-2-6-3)。
1、 在单位液层面积(A)上施加得使
y
各液层间产生相对运动得外力称为
剪切应力,简称剪切力(sheari g
force),单位为N/m2,以S表示。
2、剪切速度(rate of shear),单位 为S-1,以D表示。
第二部分 流变性质
一、牛顿流动
牛顿粘度定律:纯液体和多数低分子溶液在层流条件下得
剪切应力(S)与剪切速度(D)成正比。遵循该法则得液体为
在不同物理条件下(如温度、压力、湿度、辐射、电磁场等),以应力、 应变和时间得物理变量来定量描述材料得状态得方程,叫作流变状态方 程或本构方程。
材料得流变特性一般可用两种方法来模拟,即力学模型和物理模型。
➢ 流动主要表示液体和气体得性质。流动得难易与物质本 身具有得性质有关,把这种现象称为粘性(Viscosity)。流动 也视为一种非可逆性变形过程。
第一课水泥浆流变性
编写实验报告
1、按照实验报告样板编写，所有填充内容一律手写，不得打印； 2、实验报告递交时间：实验结束后的一周内交齐； 3、封面的内容也手写。
精品课件！
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思考题
1、哪些因素影响水泥浆流变性，其作用机理是什么？ 2、简要分析流变性能与固井施工的关系？
参考《油气井注水泥理论与应用》 刘崇建等编著P57~P59
5、调整旋转粘度计
将装有水泥浆的旋转粘度计浆杯置于粘度计载物台，粘度计以最低转速旋 转，向上移动浆杯使浆液到达外筒表面刻度线并固定。
6、测量数据
粘度计以最低转速旋转10秒后测刻度盘读数，然后按转速增加顺序测各转 速下的读数；再按转速降低顺序测各转速下读数。取同一转速下所测两组数值 的平均值，作为测量结果。改变转速测量时须在外筒连续旋转10秒时才能读取 读数。
读数比值
0.94 1.0 0.82 0.85 0.98
/
平均读数
16.5 22 56.5 72 91 137
注意事项
1、如果需要加入外加剂，那么 外加剂可先溶于水中，再与水泥混合。也 可先与水泥用不锈钢勺混合均匀，再与水混合。如果外加剂能引起泡沫， 则在水中加入液体消泡剂。 2、在整个实验过程中，尽力防止水泥浆静止。 3、实验进行的每一步都要立即清洗盛放水泥浆的容器，以防水泥固化。
7、数据处理
1） 根据旋转粘度计测量的数据给出水泥浆的实际流变曲线， ~ 曲线。
2）确定流变模型，分析流变参数。
实验记录
转速 r/min
3
转速递增读 数ຫໍສະໝຸດ 16转速递减读 数17
6
22
22
100
51
62
200
66
78
300
水泥浆流变性分析及其环空流动的数值模拟
1 # 常规密度配方 : G 级油井水泥 + 1. 2 %降失水剂 + 0. 8 %分散剂 + 2. 0 %膨胀剂 + 1. 0 %缓凝剂 + 44 %水固比 ; 2 # 低密度配方 :
G 级油井水泥 + 25 %漂珠 + 8 %微硅 + 1. 2 %降 失水剂 + 1. 0 %早强剂 + 1. 0 %膨胀剂 + 1. 0 %分散剂 + 1. 0 %缓凝剂 + 55 %水固比 ;
网格划分如图 3 所示 ,周向网格平均划分 ,节点 数为 30 ;径向节点数为 15 ,从两壁面到中心网格间距 以等比率 1. 3 逐渐增大 ,以较好的模拟边界处的流动 状态 ;轴向节点总数为 400 ;单元选用六面体结构化 网格来模拟流体单元 ,整个计算区域网格总数为 18 万 。流体为 H2B 流体 。
3 收稿日期 : 2006212201 (2007202208 修改稿) 作者简介 : 孙宝江 (1963 —) ,男 ,山东淄博人 ,教授 ,博导 。
318
水 动 力 学 研 究 与 进 展 2007 年第 3 期
Key words : cement slurry ; rheological pat tern ; annulus flow ; eccent ricit y ; uniform ; numerical sim2 ulatio n
文章编号 :100024874 (2007) 0320317208
水泥浆流变性分析及其环空 流动的数值模拟 3
孙宝江1 , 高永海1 , 刘东清2
(1. 中国石油大学 (华东) 石油工程学院 ,山东东营 257061 ; 2. 胜利石油管理局海洋钻井公司 ,山东东营 257062)
水泥浆流变学
水泥浆流变学
水泥浆流变学是高校与高等教育中的一门重要学科，它研究的是水泥浆系统在施加和改变外力的过程中，能量和物质的转移和变化的物理现象。
由于水泥浆的粘稠性质，它属于非牛顿流体，受外力改变其形状和流动性能时，其反应是滞后。
水泥浆流变学研究了水泥浆制备过程、其流变特性、可靠用于工程凝固施工性质等多方面的内容，它以理论和实验相结合，以用于定量描述水泥浆系统流变性质中发挥着重要作用。
水泥浆流变学具有重要的理论和实际工程应用，它主要包括以下内容：
一是基本原理：它是研究外力作用下水泥浆系统的粘弹性关系，特别是可以用正比于外力对应的非线性弹性关系数来判断水泥浆体的弹性特性，包括表面张力、渗透损失、流变阻力、粘度、剪切剪应力等性质。
二是水泥浆料的性能预测：它是基于上述原理，对水泥浆料在实际工程作业中的性能及其变化进行定量预测，包括水泥浆料施工稳定性、泵送距离等特性预测，以及水泥浆料在施工过程中的质量控制。
三是运动规律的研究：它主要研究的是水泥浆料的流动本构和界面动态行为，其中研究的内容有：水泥浆体的滑动现象、静止和发展性滑动现象、水泥浆料重力流动规律，高温下施工和耐久性特征等。
水泥浆流变学是一门涉及理论与实验部分的非流体科学，其在工程施工上有着广泛应用。
它不仅联系了水泥浆材料分析和理论研究，而且与施工项目类型、水文地质条件、工程勘测和设计以及产品性能要求有着直接的联系，对施工效率和产品质量具有重要的意义。
混凝土流变学的原理及应用
混凝土流变学的原理及应用一、引言混凝土是建筑工程中最常用的材料之一，其性质的研究对于工程质量和经济效益具有重要的影响。
混凝土流变学是研究混凝土变形和破坏规律的学科，其原理和应用对于混凝土工程的设计、施工、检测和维护都具有重要的意义。
二、混凝土流变学的基本概念1. 流变学基本概念流变学是研究物质变形和流动规律的科学，其中包括弹性、塑性和粘弹性等性质。
物质的流变性质是由其内部分子结构和组成决定的，不同的物质具有不同的流变性质。
2. 混凝土流变学基本概念混凝土是一种复杂的非均质材料，其基本成分包括水泥、砂、石子、水和添加剂等。
混凝土的流变性质主要包括弹性、塑性和粘弹性等，其中弹性是指在受力后能够恢复原状的能力，塑性是指在受力后能够发生不可逆变形的能力，粘弹性是指同时具有弹性和塑性的性质。
三、混凝土的基本物理性质1. 混凝土的组成和结构混凝土的基本成分包括水泥、砂、石子、水和添加剂等。
水泥是混凝土的胶凝材料，砂和石子是混凝土的骨料，水是混凝土的润滑剂，添加剂是为了改善混凝土的性能而添加的材料。
混凝土的结构是由水泥胶凝体和骨料相互交织形成的。
2. 混凝土的物理性质混凝土的物理性质主要包括密度、吸水性、渗透性、热膨胀系数和导热系数等。
混凝土的密度是指单位体积混凝土的质量，吸水性是指混凝土能够吸收水分的能力，渗透性是指混凝土内部的孔隙结构对水的渗透性能，热膨胀系数是指混凝土在温度变化时的线膨胀系数，导热系数是指混凝土的导热能力。
四、混凝土流变学的原理1. 混凝土的变形机理混凝土的变形机理主要包括微观结构的变化和宏观应力的变化。
混凝土内部的骨料和水泥胶凝体的结构是非常复杂的，其形态、大小、形状和分布均对混凝土的流变性能产生影响。
当混凝土受到外部力的作用时，其内部会产生应力，在应力的作用下，混凝土内部的孔隙结构会发生变化，从而导致混凝土的变形行为。
2. 混凝土的力学模型混凝土的流变性质可以通过力学模型来描述。
常用的混凝土力学模型包括弹性模型、塑性模型和粘弹性模型等。
注水泥流变学设计原理与方法
F200 100 300 100
– 误差统计分析法
• 计算各转速的计算剪切应力与实测值的误差
3、流变模式与流变参数计算
泥浆、水泥浆流变参数的计算
– 流变参数的含义
• 反映流体流动规律的特征参数，流体一定后在 流变模式中是不变的。
– 宾汉模式
• 动切力、塑性粘度
60℃时的100转读数
温度压力对水泥浆与泥浆流变性能的影响规律
140
RA RB RC1 RC2 RD
压力的影响
105
70
60
RA
RB
RC1
RC2
RD
35
40
0
0
40 压力 （MPa） 80
120
20
0
0
40 压力 （MPa） 80
120
高温高压对流动计算的影响
考虑温度影响后水泥浆与泥浆流变性的计算
泥浆、水泥浆流变参数的计算 – 影响因素：
• 计算速率的选择
– 泥浆：600、300转 – 水泥浆：300、100转 – 为何泥浆与水泥浆不用相同的转速？
• 温度压力的影响
• 环空间隙的影响
3、流变模式与流变参数计算
泥浆、水泥浆流变参数的计算
泥浆
P.0015300 100
3、流变模式与流变参数计算
赫－巴模式： 罗－斯模式： 卡森模式：
多项式模式： 幂律模式： 宾汉模式：
S Kn A( C)B
1
1
1
2 02 (c)2
a0a1 a2 1 m
K n
0P
3、流变模式与流变参数计算
注水泥流变学设计 原理与方法
水泥浆流变学
水泥浆流变学水泥浆流变学是一门复杂的学科，它研究的是水泥浆的流变行为。
水泥浆流变学涉及水泥浆的流变特性，以及如何利用这些特性来使用水泥浆。
本文将简要介绍水泥浆流变学的基本理论和方法，并探讨其在水泥工程中的应用。
一、水泥浆流变学的基本理论水泥浆的流变学研究着眼于水泥浆的内部结构、性质及其变化规律，确定其内部流动的机理，从而研究不同温度、湿度对水泥浆的影响，以及不同浆料和添加剂对水泥浆的影响。
水泥浆流变学的基本理论包括凝结理论、减压凝结法、龙格-库塔法、渗流理论和层流理论等。
凝结理论是水泥浆流变学中最基本的理论，它利用压力作用于粒子间的作用力和浆料结构改变，分析水泥浆的凝结情况，以计算水泥浆的流变特性。
减压凝结法是水泥凝结实验的常用方法，它可以测量不同条件下水泥浆的凝结特性，并可将水泥浆的凝结特性与压力和温度等条件之间的相互关系具体地表达出来。
龙格-库塔法是一种测定水泥浆内部流动特性的方法，它计算浆料中粒子间渗透、冲刷、凝聚及拓扑结构变化等因素，研究不同组分聚合物对水泥浆流动性的影响，从而推导出水泥浆的流变特性。
渗流理论是水泥浆流变学的重要理论，它系统的研究水泥浆中的流体流动，确定水泥浆的流变特性，研究不同组分聚合物和添加剂如何使水泥浆的流变特性改变。
层流理论是渗流理论的拓展，它研究的是水泥浆在不同距离的层流运动。
它研究水泥浆的流动特性，以及不同层流情况下的流变特性。
二、水泥浆流变学的实验方法水泥浆流变学的实验方法有凝结实验法、屈服压力实验法、龙格-库塔法、膨胀实验法、挤出实验法等。
凝结实验法可以测量水泥浆每升体积对应的凝结应力，以及不同浆料和添加剂对凝结强度的影响。
屈服压力实验法可以测量水泥浆在不同温度下的屈服压力，确定水泥浆的流变特性。
龙格-库塔法可以测量水泥浆的凝聚应力和湿度，并研究不同组分聚合物对水泥浆流变特性的影响。
膨胀实验法可以测量水泥浆对热变形的反应，确定水泥浆的热变形能力。
挤出实验法可以测量水泥浆在不同温度下的粘度，研究不同组分聚合物的热变形能力。
水泥浆流变学
水泥浆流变学水泥浆是由粉煤灰、石灰、砂子、水等原料经过拌合制成的糊状物，它在建筑施工中起着重要作用，是建筑的基础和主要组成部分。
水泥浆的流变学是指研究它的流动性和变形性。
在水泥浆流变学研究中，各种有关的物理参数都是很重要的。
一般来说，水泥浆的流动性取决于它的粘度、黏滞度、波动性、流变度、压缩度、疲劳性等因素。
这些因素各自影响着水泥浆的流动性，可以通过实验来测量和分析。
第一种流变性参数是粘度，它是指水泥流体在施加作用力后移动时所受的阻力程度。
一般来说，水泥浆的粘度是影响它的流动性和变形性的重要参数，可以通过实验来测定粘度值。
粘度越高，水泥浆的流动性就越差，反之亦然。
另一种流变性参数是黏滞度，它是指在施加强度作用下水泥流体受到的阻力程度。
黏滞度越高，水泥浆的变形性就越差，反之亦然。
通过实验可以测量水泥浆的黏滞度，以便对其有效性和变形性进行控制。
波动性是另一个重要的流变性参数。
波动性是指水泥浆在施加强度作用下时所产生的摆动变形，它对水泥浆的变形性有着很大的影响。
通过实验可以测量水泥浆的波动性，以便快速反映其流变性。
流变度是另一项常用的流变性参数，它是指水泥浆的流动性和变形性，可以通过实验测定其特性参数，如比重，摩阻系数等，从而衡量其变形性。
流变度越高，水泥浆的变形性就越差，反之亦然。
压缩度也是流变性参数，它是指水泥浆在施加强度作用时，它的体积大小是否会发生变化。
通过实验可以测量水泥浆的压缩度，以便快速反映其流变性。
最后，水泥浆的疲劳性也是一个重要的流变性参数，它是指水泥浆在经历了一次变形或变化后，再施加强度作用时所受到的阻力程度。
通过实验可以测定它的拉伸极限和塑性，以便了解它的疲劳性。
总之，水泥浆的流变学是一门深入的学科，它的流动性和变形性是受到诸多因素的影响，可以通过实验来研究和测定。
综上所述，也可以知道，水泥浆流变学为建筑施工提供了重要的参考，可以保证建筑施工的质量和安全。
水泥浆,流变学
5.5.5模型考虑 .1流态判别采纳由Z 值演绎后的雷诺数来判别流态，其临界雷诺数是随液体的性能而 变化的。
塞流要求劭>0.8或V <匕内 紊流要求Re > Re,.或V 〉匕 式中%—核隙比，无量纲；V —流体的平均流速，〃7/$； 匕一V 的紊流临界值，m/s ； 匕Pg-V 的塞流临界值，机/s ; Re —雷诺数； Re,—临界雷诺数。
(1)宾汉塑性流体流态的判别对用旋转粘度计测得的塑性粘度4Pm 和屈服值%.按下面的公式修正：/=KFX 电 9815In 除. KjJ-0.03832) r 0 = K ηEXP[1.193r 0, RyK “ -1.1611]宾汉流体雷诺数的计算 管流：RP _ K RCH Vp(D h -D o )KaBP = -------- 7~7 ----------L5〃p注：对环空流，当。
,/2 >0.3时应采纳窄缝近似法。
宾汉塑性流体临界雷诺数的计算: 赫兹数计算Re 8pKxyPD环空流：管近似流环空流：窄缝近似法KReBwM - DJKP9管流： He= Di-"P管近似法：He=K 〃1oP (D ：D°y4J 窄缝近似法： He=KHJoP(DD,JNp临界核隙比的计算(2He 八小∖( IHe ―…丫 J He Y 12450() J 叭24500 J (245OOJ' X / "e )A24500J上临界雷诺数计算 管流:”《0.968774-1.362439X g + 0.1600822x c√ )8a e= H*.968774-1.362439χ % + 0.1600822χ a ：)8α’.- 12a c 下临界雷诺数计算 管流Re Bn = Re sλ - 866 ×(1- a l .) 环空流：管近似法 Re %=Re 照-866x(1-%) 环空流：窄缝近似法1)累律流体雷诺数计算Re % =环空流: 管近似法环空流: 窄缝近似法Re _ "4χ968774- L362439x % + 0.1600822x a ：)管流:KRc 8n ^,[(3n+l)∕(4n)]πΛr环空流：管近似法二 K""0jpl8"τ [(3 "+1)/(4 哂 K环空流：窄缝近似法J Re w(ZV DJ pl 12叫2〃 + 1)/(3〃)丁 K 2)临界雷诺数的计算Re pz = 3250-1150× n Re 々=415()-115() ×∕?/ 4-2流态判别见表。
第一课水泥浆流变性
读数比值
0.94 1.0 0.82 0.85 0.98
/
平均读数
16.5 22 56.5 72 91 137
注意事项
1、如果需要加入外加剂，那么 外加剂可先溶于水中，再与水泥混合。也 可先与水泥用不锈钢勺混合均匀，再与水混合。如果外加剂能引起泡沫， 则在水中加入液体消泡剂。 2、在整个实验过程中，尽力防止水泥浆静止。 3、实验进行的每一步都要立即清洗盛放水泥浆的容器，以防水泥固化。
选择原则：以实验水泥浆的剪切速率与剪切应力对两个 模型的吻合程度为准，其方法可用线性回归中的相关系数 或下面介绍的线性比较法（F比值法）。
线性检验的基本原理是：如果流变方程呈线性分布，对 等间距的剪切速率，其对应的剪切应力呈线性增加，如果不 满足这个规律，流变方程就应该是非线性的。据此，线性检 验方法如下:
F 200 100 200 100 300 100 300 100
当 F 0.5 0.03时，选用宾汉流变模型，反之则选用幂律流变模型。
宾汉模型 p 0.0015300 100
o 0.511300 511p
幂律模型
n
2.092
lg
300 100
K
0.511300
511n
旋转粘度计的设计结构决定的参数
0.511
1r/min=1.703s-1
600r/min（1022s-1）、 300r/min（511s-1）、 200r/min（340.7s-1）、 100r/min（170.3s-1）、 6r/min（10.22s-1）、 3r/min（5.11s-1）。
参考《钻井液设备是否运转正常
高温下水泥浆流变性能研究
结构可能阻碍水泥浆的流动 ， 这便是上述讨论的颗粒
，
溶 液 中 的钙离 子 可 以与 颗粒 表 面负 电荷基 团反 应， 而且 一个钙 离子 可结合一 个一 ｉＯ 基 团 。这种 结 Ｓ— 一
排斥不仅仅是静 电排斥 聚合物对体系熵和焓 的贡献 ．
。
阻止 了聚合 物链 节缠绕
，
从 而阻止 了包被有 聚合 物的
，
合 即可 以与 同一 颗粒发 生 ，也 可 以与两个 颗粒 桥联 ，
而产 生桥 联 的根 本 原因在 于 水 泥颗 粒表 面 积较 大 和
水 泥颗粒之 间的相 互接触
也可 以起 到分 散作用
钙离子对吸附点的争夺。由此 ， 水泥颗粒表面的一部
分可 能 因为 吸附钙 离子 而带正 电 ，而另部 分带 负 电。
２ 温 度 对 流 变 性 的影 响
温 度 对 流 变 性 能 的影 响 主 要 依 赖 于 温 度 对 水
带正 电 的部 分 由于 电荷 静 电作 用会 在 颗粒 问产生 排 斥力 ， 当没有桥 联 的水 泥颗 粒上 均匀覆 盖一 层正 电荷 时 ， 泥颗粒 则在浆体 中 自动分散 。 水 当水泥 干粉 与水 混合后 ， 在水泥 浆 中形 成一 定 则
的结构 。而 当剪切应力 低于屈 服值 这一 极 限时 这 种
上 述分 析表 明 水 泥遇 水 混合 后 ． 泥颗 粒表 面 水
混凝土水泥净浆流变性能原理
混凝土水泥净浆流变性能原理混凝土是一种广泛使用的建筑材料，其主要成分为水泥、砂、石子等。
在混凝土的制备过程中，水泥净浆是混凝土的基础材料，其流变性能对混凝土的质量和性能有着重要的影响。
本文将详细介绍混凝土水泥净浆的流变性能原理。
一、水泥净浆的组成和性质水泥净浆是由水泥和水混合而成的，其主要成分是水和水泥。
水泥是一种粉状物质，其主要成分为硅酸盐、铝酸盐和铁酸盐等，可与水发生化学反应，形成水化产物。
水泥净浆的性质取决于水泥的种类和水泥与水的比例。
水泥净浆的性质主要包括流变性能、强度、稳定性和可泵性等。
其中，流变性能是决定混凝土工艺性能和质量的重要参数。
二、水泥净浆的流变性能1. 流变特性水泥净浆的流变特性是指其在外力作用下的变形和流动性质。
一般来说，水泥净浆的流变特性包括塑性、黏弹性、剪切变稀等特性。
塑性是指水泥净浆在一定的应力作用下，具有可塑性和变形性质。
黏弹性是指水泥净浆在外力作用下，具有同时存在的黏性和弹性。
剪切变稀是指水泥净浆在剪切应力作用下，其粘度随着时间的增加而减小的现象。
2. 流变模型水泥净浆的流变特性可以用流变模型来描述。
目前常用的流变模型有牛顿流体模型、卡塔罗尼克模型、本森模型和Maxwell模型等。
牛顿流体模型是指水泥净浆在外力作用下呈现出恒定的黏度，即粘度与剪切应力成正比。
卡塔罗尼克模型是指水泥净浆在一定的应力下呈现出剪切变稀的特性。
本森模型是指水泥净浆在外力作用下呈现出粘性和弹性的特性。
Maxwell模型是指水泥净浆在剪切应力作用下，其流变行为可以用弹簧和阻尼器的串联来描述。
3. 流变参数水泥净浆的流变性能可以用一些参数来描述。
其中，最常用的参数有粘度、剪切应力、剪切速率和流变指数等。
粘度是指水泥净浆在一定的剪切应力下的阻力大小。
剪切应力是指水泥净浆在剪切过程中所受到的应力大小。
剪切速率是指水泥净浆剪切过程中的速度大小。
流变指数是指水泥净浆的流变特性随着剪切速率的变化而发生的变化。
混凝土水泥净浆流变性能原理
混凝土水泥净浆流变性能原理混凝土是一种常见的建筑材料，它由水泥、砂、石料和水混合而成。
混凝土的性能取决于水泥净浆的流变特性。
水泥净浆的流变性能是指在外力作用下，水泥净浆的流动行为和变形特性的表现。
混凝土的流变性能与构成混凝土的材料的种类、比例、骨架结构以及混凝土的施工工艺都有关系。
混凝土的水泥净浆流变性能主要包括流动度、粘性、弹性和塑性等几个方面。
流动度是指水泥净浆在外力作用下流动的能力，也是混凝土的可塑性和施工性的重要指标。
粘性是指水泥净浆的内摩擦阻力，影响混凝土的均匀性和抗裂性。
弹性是指水泥净浆在外力作用下所表现出的回弹能力，影响混凝土的抗震性。
塑性是指水泥净浆在外力作用下的变形能力，影响混凝土的可塑性和耐久性。
水泥净浆的流变性能受到多种因素的影响，其中最重要的因素是水泥的种类和用量。
水泥的种类是指不同制造工艺所得到的水泥，如硅酸盐水泥、矿渣水泥、普通硬化水泥等。
不同种类的水泥在硬化过程中产生的水化产物和其结构差异会影响水泥净浆的流变性能。
水泥的用量也会影响水泥净浆的流变性能，用量越多，水泥净浆的流动度越低，粘性越大，弹性和塑性也会相应变化。
除水泥种类和用量外，混凝土的配合比也会影响水泥净浆的流变性能。
配合比是指水泥、砂、石料和水的比例，不同的配合比会产生不同的骨架结构和孔隙结构，从而影响水泥净浆的流动性和变形性。
同时，混凝土的施工工艺也会影响水泥净浆的流变性能，如搅拌时间、搅拌强度、振捣方式等都会对水泥净浆的流变性能产生影响。
总之，混凝土水泥净浆的流变性能是混凝土性能的重要指标之一，它受到多种因素的影响。
通过控制水泥的种类和用量、混凝土的配合比、施工工艺等因素，可以调节水泥净浆的流变性能，从而提高混凝土的性能。
油井水泥浆流变模型研究进展
Σ= K Χn 式中: K ——稠度系数, Pa·sn
H 2B 模型。 常用的几种流变参数的计算方法如下: 3. 1 幂律模型和宾汉模型
3. 1. 1 采用 5 和 200 5 100读数[8 ] n= 3. 321lg (5 200 5 100) (无因次) K = 0. 511 170. 2n (Pa·sn)
3. 1. 2 采用 5 和 600 5 300读数 Γp = 5 600- 5 300 (m P a·s)
按照剪切应力 Σ与剪切速率 Χ变化的情况可将 流体分为牛顿与非牛顿流体两大类 (见图 1)。 大多 数水泥浆表现出复杂的非牛顿流体特征, 其中很重 要的一类非牛顿流体其流变行为与时间无关, 它们 包括塑性流体、假塑性流体和胀流型流体。而假塑性 流体和胀流型又可归纳为表观粘度 Γa 剪切速率依 赖性流体 (图 2)。 以下分别论述各类流体流变学的 本构方程。
固井作业的主要目的是顶替裸眼井段钻井液, 并使水泥浆与套管和地层胶结良好。 水泥浆在套管 内下行并沿着环空上返而产生的流动摩阻压降, 由 地面钻井泵克服。如果对水泥浆流变参数估计过高, 将导致由此计算出的某一特定排量下的循环摩阻压 力过大, 有可能导致施工设计排量过小, 顶替效率不 高。如果对水泥浆的流变参数估计过低, 设计施工排 量就有可能过高, 尽管顶替效率随排量增大而提高, 但在高排量下顶替有可能压漏地层。
姚 晓 邓 敏 唐明述
(南京化工大学材料科学与工程学院, 南京, 210009)
浆体流变性
1.1 水泥浆体的流变性1.1.1流变性概念水泥的水化是一个由流体向固体转化的过程，故水泥浆体存在流变性。
流变学是研究物体在外力作用下的流动和变形的科学，属于力学的范畴[1]。
不同的是，传统力学只研究某个具体实物在受外力作用下的运动；而流变学研究的是系统在外力作用下的流动和变形，考虑到了系统内部的关联。
流动和变形，都是质点受力情况下随时间变化发生的形态变化；不同的是，流动的研究对象是流体，变形的研究对象是固体。
1.1.2水泥浆体流变性的研究意义水泥从加水开始水化到凝结成为固体的过程包含了弹性、塑性、流变性、触变性、粘度等不同性的质变化。
这些性质的变化不止影响水泥的微观结构，也关系到硬化水泥浆体的宏观强度、耐久性、坍落度。
而凝固前后并不孤立，二者均与流变性相关，即流变性的物理意义。
水泥浆体是混凝土最主要的成分，浆体的性质很大程度上决定了混凝土的性能[2]。
不同工程在施工时对水泥浆体流变性的要求不同：灌浆工艺、自流平水泥要求水泥浆体具有较好的流变性，路面施工则希望浆体流变性较差。
如何有效调节水泥浆体的流变性来适应不同工程的需要已成为重要研究课题[3]。
1.1.3水泥浆体流变性的影响因素研究表明，影响水泥浆体流变性的因素主要有以下三种[4]：（1）改变水灰比。
水是影响流变性的最主要因素，效果也最为明显；但改变流变性的同时对硬化后的水泥浆体影响也最为明显，水灰比过大极易导致抗折、抗压强度的迅速下降，因此建筑工事一般不采用此种方法。
（2）掺入外加剂。
外加剂种类繁多、品种齐全、价格低廉，可以有效地改善水泥浆体的各种性能。
外加剂对流变性的影响效果定向可控，可根据预期效果酌量使用。
目前已广泛应用于建筑行业，是采用最广泛的方法，也是最有效的方法。
优点是在改变流变性的同时，对成型后的不利影响较小。
（3）掺入超细掺合料。
超细矿渣、粉煤灰、硅灰等的掺入也可有效改变水泥浆体的流变性，但其效果要通过具体实验来确定。
故这种方法在使用之前要进行必要的试验，也是一种有效可行的方法。
水泥混凝土材料流变学的研究进展
近年来，国内外学者对混凝土流变学方面的研究， 其主要思想是通过研究水泥浆的流变学特性来评价混 凝土的工作性。该方法大多都利用粘度计或流变仪测试 水泥浆体的流变性能，包括流变类型、触变性、屈服应力 和塑性粘度以及流变性能随时间的变化过程。可测得的 主要参数有粘度、剪切应力、剪切速率、屈服应力等，并 用这些参数来评价混凝土的流变性能。因水泥浆流变学 的复杂性和测试设备落后等问题，这方面的评价方法还 处在实验研究阶段，施工现场应用少。这种研究方法目 前多见于国外文献中，我国同济大学混凝土国家重点实 验室也有相关研究。下面是外加剂对水泥混凝土流变性 能影响的研究近况。
１＋（Ｋγ’ ）ｎ
在这些模型中，τ、γ( 、μ、μｐ、μ∞、μ０、Ｋ、ｎ 和 ｃ 分 别代表了剪切应力，剪切速率，表观粘度，塑性粘度，极 限剪切粘度，零剪切粘度，相关系数，速率指数和衰退常 数。模型⑴一般用于水泥浆的研究，模型⑵，⑶，⑷用于 流变模型的比较研究。模型⑴，⑵，⑶和⑷能用来估算屈 服应力（τ０）。模型⑴，⑶和⑷用来估算塑性粘度（μｐ）。 模型⑸和⑹能分别用来计算极限剪切粘度（μ∞）和零剪 切粘度（μ０）。
水泥和水泥基复合材料 （属于非牛顿流体中的 Ｂｉｎｇｈａｍ 体）的流变学特性复杂。国内外对混凝土的流 变学研究已开展了多年，评价方法也有多种，但是尚未 形成快速的、被广泛接受和实用的评价方法。本文介绍 近年来国内外在这个领域使用的有关数学模型和评价 方法，并从外加剂功效角度出发，探讨水泥浆流变学及 混凝土流变学的发展趋势。
煤灰掺量及颗粒群分布与水泥浆流变性的关系，结果表 ⑵Ｌｕｃｉｅ Ｓｖｅｒｍｏｖａ， Ｍｏｈａｍｍｅｄ Ｓｏｎｅｂｉ， Ｐｅｔｅｒ Ｊ．Ｍ． Ｂａｒｔｏｓ，
明，原状粉煤灰的加入能降低水泥浆粘度和屈服应力， 且随着粉煤灰细度及掺量的增加而更明显；磨细粉煤灰 加入水泥后具有提高水泥浆的粘度与屈服值的效应，且 随粉煤灰细度及掺量的增加而更突出。
流变学理论在水泥基材料中的应用
流变学理论在水泥基材料中的应用论文
在水泥基材料中，流变学原理可以用来描述材料的性能和行为，这些信息可以用来设计出可靠的水泥结构。
本文将深入讨论流变学理论在水泥基材料中的应用。
流变学是物理学的一个分支，它研究的是复杂的形变过程，并推导出相关的流变学参数来描述材料的性能和行为。
流变学理论能够很好地说明水泥基材料的特性。
例如，它可以用来表征水泥基材料的抗破坏能力、贯穿能力以及材料的柔韧性等等，甚至能够提供关于水泥基材料的结构和服务寿命的评估。
此外，流变学理论也可以用于设计新型水泥基材料。
例如，在制造高强度水泥基材料时，可以使用流变学原理来确定材料的配方，以确保内部结构的完善性和稳定性。
同样，可以使用流变学原理来设计出适合用于危险环境的耐磨材料，以确保结构的可靠性和寿命。
另外，流变学理论可以用来模拟和预测在施工过程中材料受到的变形。
例如，可以使用流变学原理来模拟水泥基材料在施工环境中经受的变形，以便提早检测和预防损坏结构。
总之，流变学理论在水泥基材料中发挥了重要作用。
它不仅可以提供有关材料的特性和性能的信息，还可以用来设计出新型、更加安全可靠的水泥结构，并可以用来模拟和预测施工过程中可能产生的问题。
因此，流变学理论不仅可以用于水泥基材料，同样可以用于其他建筑材料，以提高材料的安全性和性能。
水泥浆,流变学
5.5.5模型考虑 5.5.5.1流态判别采用由Z 值演绎后的雷诺数来判别流态，其临界雷诺数是随液体的性能而变化的。
塞流要求 8.00>α或cpg V V < 紊流要求 c Re Re >或c V V > 式中0α—核隙比，无量纲；V —流体的平均流速，s m /；c V —V 的紊流临界值，s m /；cpg V —V 的塞流临界值，s m /；Re —雷诺数；c Re —临界雷诺数。
（1）宾汉塑性流体流态的判别对用旋转粘度计测得的塑性粘度RV p ,μ和屈服值RV o ,τ按下面的公式修正：()[]03832.0ln 9815.0-=RVp PK EXP K RV p p ，，μμμμ[]1611.1193.10000-=R VK EXP K RV ，，ττττ宾汉流体雷诺数的计算 管流：piBP D V K B P μρRe Re =环空流：管近似流()po h BP D D V K B P μρ-=Re Re环空流：窄缝近似法()po h BP D D V K B P μρ5.1Re Re -=注：对环空流，当3.0/>h o D D 时应采用窄缝近似法。
宾汉塑性流体临界雷诺数的计算： 赫兹数计算管流： 220piHe D K He μρτ=管近似法： ()220po h He D D K He μρτ-=窄缝近似法： ()220Po h He D D K He μρτ-=临界核隙比的计算⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯=24500224500475.024500275.024500275.022He He He He c α 上临界雷诺数计算 管流：()ccc BP He ααα81600822.0362439.1968774.0Re 42⨯+⨯-=环空流：管近似法()ccc BP He ααα81600822.0362439.1968774.0Re 42⨯+⨯-=环空流：窄缝近似法()ccc BP He ααα121600822.0362439.1968774.0Re 42⨯+⨯-=下临界雷诺数计算 管流()c BP BP α-⨯-=1866Re Re 21环空流：管近似法()c BP BP α-⨯-=1866Re Re 21环空流：窄缝近似法()c BP BP α-⨯-=1577Re Re 21宾汉塑性流体流态判别表流态 管流 环空流层流1Re Re BP BP ≤ 1Re Re BP BP ≤ 过渡流21Re Re Re BP BP BP << 21Re Re Re BP BP BP << 紊流2Re Re BP BP ≥ 2Re Re BP BP ≥ （2）幂率流体流态的判别 1）幂律流体雷诺数计算管流：()()[]Kn n D V K nn n i n PL P L 4/138Re 12Re +=--ρ环空流：管近似法()()()[]Kn n D D V K nn no h n PL P L 4/138Re 12Re +-=--ρ环空流：窄缝近似法()()()[]Kn n D D V K nn no h n PL P L 3/1212Re 12Re +-=--ρ2） 临界雷诺数的计算n PL ⨯-=11503250Re 1n PL ⨯-=11504150Re 2流态判别见表。
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5.5.5模型考虑 5.5.5.1流态判别
采用由Z 值演绎后的雷诺数来判别流态，其临界雷诺数是随液体的性能而变化的。
塞流要求 8.00>α或cpg V V < 紊流要求 c Re Re >或c V V > 式中0α—核隙比，无量纲；
V —流体的平均流速，s m /； c V —V 的紊流临界值，s m /；
cpg
V —V 的塞流临界值，s m /；
Re —雷诺数； c Re —临界雷诺数。
（1）宾汉塑性流体流态的判别
对用旋转粘度计测得的塑性粘度RV p ,μ和屈服值RV o ,τ按下面的公式修正：
(
)[]03832.0ln 9815.0-=RV
p P
K EXP K RV p p ，，μ
μμμ
[
]1611
.1193.100
00-=RV
K EXP K RV ，，τ
τττ
宾汉流体雷诺数的计算 管流：
p
i
BP
D V K BP μρRe Re
=
环空流：管近似流
()
p
o h BP
D D V K BP μρ-=
Re Re
环空流：窄缝近似法
()
p
o h BP
D D V K BP μρ5.1Re
Re -=
注：对环空流，当3.0/>h o D D 时应采用窄缝近似法。
宾汉塑性流体临界雷诺数的计算： 赫兹数计算
管流： 2
2
0p
i
He D K He μρτ=
管近似法： ()
2
2
0p
o h He D D K He μρτ-=
窄缝近似法： ()
2
2
0P
o h He D D K He μρτ-=
临界核隙比的计算
⎪⎭
⎫ ⎝⎛⎪
⎭⎫
⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎭
⎫
⎝⎛+⨯
=24500224500475.024500275.024500275.02
2He He He He c α
上临界雷诺数计算 管流：
(
)c
c
c BP He ααα81600822.0362439.1968774.0Re
4
2
⨯+⨯-=
环空流：管近似法
()c
c
c BP He ααα81600822.0362439.1968774.0Re
4
2
⨯+⨯-=
环空流：窄缝近似法
(
)c
c
c BP He ααα121600822.0362439.1968774.0Re
4
2
⨯+⨯-=
下临界雷诺数计算 管流
()c BP BP α-⨯-=1866Re
Re
2
1
环空流：管近似法
()c BP BP α-⨯-=1866Re
Re
2
1
环空流：窄缝近似法
()c BP BP α-⨯-=1577Re
Re
2
1
宾汉塑性流体流态判别表
流态
管流 环空流 层流 1Re Re BP BP ≤ 1Re Re BP BP ≤ 过渡流 21Re Re Re BP BP BP << 2
1Re Re Re BP BP BP <<
紊流
2Re Re BP BP ≥ 2Re Re BP BP ≥
（2）幂率流体流态的判别 1）幂律流体雷诺数计算
管流：
()()[]
K
n n D V K n
n n i
n
PL
PL 4/138
Re
1
2Re +=
--ρ
环空流：管近似法
()()()[]K
n n D D V
K n n n
o h n
PL
PL 4/138Re
1
2Re +-=
--ρ 环空流：窄缝近似法
()()()[]K
n n D D V
K n n n
o h n
PL
PL 3/1212Re
1
2Re +-=
--ρ 2） 临界雷诺数的计算
n PL ⨯-=11503250Re
1
n
PL ⨯-=11504150Re
2
流态判别见表。
幂律流体流态判别表 流态 管流 环空流
层流 1Re Re PL PL
≤
1Re Re
PL PL
≤
过渡流 2
1Re
Re Re
PL PL
PL <<
2
1Re Re Re
PL PL
PL <<
紊流
2
Re
Re
PL PL
≥ 2
Re
Re
PL PL
≥
5.5.5.2临界流速和临界排量的计算 （1）紊流临界流速和临界排量的计算 1）宾汉塑性流体 管流：
i
BP p c D K V BP ρμRe 2
Re =
c i c V D Q 2
4
π=
环空流：管近似法
()
o h BP p c D D K V BP -=
ρμRe 2
Re
()
c e w c V D D
Q 2
2
4
-=
π
环空流：窄缝近似法
()
o h BP p c D D K V BP -=
ρμRe 2
Re
5.1
()
c e w c V D D
Q 2
24
-=
π
2） 幂律流体 管流：
()()[]()[]
n n
i PL n n c D K K n n V PL --⎪⎭
⎪⎬⎫
⎪⎩
⎪⎨⎧+=2/1Re 122
Re 4/138ρ
c i c V D Q 2
4
π=
环空流：管近似法
()()[]()()[]
n n
o h PL n n c D D K K n n V PL --⎪⎭
⎪⎬⎫
⎪⎩
⎪⎨⎧-+=2/1Re 122
Re
4/138ρ
()
c e w c V D D
Q 2
2
4
-=
π
环空流：窄缝近似法
()()[]()()[]
n n
o h PL n n c D D K K n n V PL --⎪⎭
⎪⎬⎫
⎪⎩
⎪⎨⎧-+=2/1Re 122
Re 3/1212ρ
()
c e w c V D D
Q 2
2
4
-=
π
（2） 塞流临界流速和临界排量的计算
1） 宾汉流体塞流的临界排量PFC Q 和临界流速PFC V 的确定
宾汉流体塞流的临界雷诺数100=ecp R ，其计算公式为： 管内流：
ρμp
PFC D Q 17
.1= 2
273
.1D
Q V PFC PFC =
环空流：
()ρ
μp
P H PFC D D Q +=17
.1 ()
22273
.1P
H
PFC
PFC D
D
Q V -=
2）幂律和修正幂律流体的临界排量PFC Q 和临界流速PFC V 的确定
① 通用流性指数p n 和稠度系数p k 的确定：
m
p n n =
m
n m m m p
n n k k ⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+=413
式中 p n ，p k —通用流性指数和稠度系数；
m n ，m k —幂律和修正幂律流体的流性指数和稠度系数。
② 塞流临界排量PFC Q 和临界流速PFC V 的确定
塞流临近雷诺数100=ecp R ，因此，其最大允许流量为： 管内流：
p p
p
n n
p
n PFC
D k D
Q -⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣
⎡=21
2
8080073.12ρ
2
273
.1D
Q V PFC PFC =
环空流：
p p
p
n n
E p n P H PFC
D k D D Q -⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣
⎡-=21
2
28080073.12ρ
2
273
.1E
PFC PFC D Q V =。