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。

1.1.4水泥浆体流变性表征
流变模型主要可以分为两参数流变模型和三参数流变模型两大类。

其中三参数流变模型还处于不断发展之中，虽然取得了一定的发展但尚未有统一标准。

而两参数流变模型发展完善，运算简单并为广大学者认可，是目前的主流模型。

两参数流变模型主要包括宾汉姆模型、幂律模型和卡森模型三种[5]。

水泥常用的流变模型有：反映粘性、弹性的麦克斯韦模型，反映滞弹性的开尔文模型，反映粘弹性、塑性的宾汉姆模型。

研究采用两参数的宾汉姆模型对浆体进行表征，具有运算简单、应用广泛、表征精确的优点。

其流变方程为：
τ=τ0+η·γ
式中，τ--剪切应力，单位（Pa）；
τ0 --屈服应力，单位（Pa）；
η-- 塑性粘度，也称“Bingham粘度”，单位（Pa·S）；
γ--剪切速率，单位（1/S）。

1.1.5水泥浆体流变性的研究历程
水泥浆体是混凝土最主要的成分，也是决定混凝土工作性能的主要因素。

水泥浆体成分简单、测试方便易行，很早就开始了对水泥浆体的研究。

1919年，宾汉姆提出了目前仍广泛使用的宾汉姆流体模型。

该模型结合了理想圣维南塑性体和理想牛顿粘性体，后经大量试验证实该模型可以很好的反映水泥浆体的粘性、塑性。

此后，关于水泥浆体流变性的研究进入飞速发展时期。

洛拜诺夫采用旋转粘度计，实验得到不同水灰比下的剪切应力和粘度；赖纳在此基础上研究得到泵送距离与大气压的关系。

1962年，第四届国际水泥大会进一步依希沙和格林伯格在提出了影响流变性的各因素，受到业界广泛关注。

第七届国际水泥大会，流变性的研究进一步迅速发展。

与会的拉帕率发表减水剂对流变性的影响一文，在提出规律的同时得出了最优掺量范围；伊凡诺夫提出了粉煤灰的影响规律等。

近年来，伴随着水泥基材料的迅速发展，关于流变性的研究日益完善。

各种新的流变模型不断完善、新外加剂的不断产生、新研究手段的不断采用、新理论的不断提出必将推动这一科学的不断发展。