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空圆柱仪法测定新拌自密实混凝土流变性能

邵巧希  
【摘要】: 自密实混凝土(Self Compacting Concrete,简称SCC)也叫自流平混凝土,是在低水胶比下具有很高的流动性而不离析、不泌水,能不经振捣靠自重流平并充满模板和包裹钢筋的新型混凝土。这一新型材料迄今已在日本、德国、英国、美国和加拿大等国已经开始使用自密实混凝土,预期在各国水利、交通、矿山、建筑等工程结构中具有广泛的应用前景。其中的关键科技问题有:(1)自密实混凝土流变本构模型;(2)从新拌SCC流变性能的角度,研究自密实混凝土中各成分的相互作用和工作性的机理以及测试方法的数值模拟。长期以来,人们一直在探索简便、准确测定其流变特性的试验方法,但目前为止尚无能被普遍接受的或已形成标准或规范的科学方法。因此,研究开发一种既使用方便实用,又能比较科学地反映混凝土流变性能的测试仪器和测试方法具有非常重要的现实意义。 本文在已有的研究资料基础上,对试验方法进行创新,即采用竖向连续加载法;同时,对流变仪也进行创新设计,采用滑轮原理,空圆柱仪侧壁法(简称空圆柱仪法)。结合力学分析,测定新拌自密实混凝土的流变特性(剪应力与剪切速率关系)。研究的具体工作如下: (1)试验研究新流变仪(锤体试验、圆柱体仪试验、空圆柱体仪试验)测定新拌自密实混凝土流变性能的可行性。 (2)研究确定新流变仪的尺寸,荷载加载总量以及分级荷载加载量等,并形成相对标准测定方法。 (3)试验采用新流变仪对不同强度新拌自密实混凝土进行测试,以确定不同强度新拌自密实混凝土流变本构模型。 (4)根据试验采用离散元原理(即PFC颗粒流软件)对新拌混凝土工作性测试试验(坍落度试验)进行仿真模拟计算分析。 通过研究得出了如下结论: (1)改进试验仪器的可行性研究得到:改进锤体试验由于动态的加速度传感器无法量测重锤在新拌自密实混凝土运动过程中加速度变化而失败;圆柱体仪试验是基于一定假定前提下来确定圆柱体侧壁摩擦阻力(剪应力)和底面阻力(正应力)的大小,很难确定假定与实际情况是否相符;然而,基于以上两种试验失败的经验总结基础上改善,经过合理的试验计算和数据分析改进的空圆柱体仪试验技术是相对可行的。 (2)在多项假定基础上,利用作用力与反作用力和力学平衡原理对试验数据进行处理,结合数学工具软件MATLAB7.1中曲线拟合工具箱CFTOOL对新拌SCC流变特性数值进行拟合得到新拌自密实混凝土流变本构模型;并与国内外文献所得的新拌自密实混凝土流变本构模型结果进行比较,确定测定新拌自密实混凝土的流变特性的新试验方法、新试验仪器。新试验方法,就是竖向连续加载法(即利用滑轮原理,进行五次连续质量加载);新试验仪器,就是空圆柱仪侧壁摩擦法(简称空圆柱仪法)。 (3)由C30、C40、C60SCC试验分析所得:新拌自密实混凝土瞬时剪应力与剪切应变速率成线性关系,即新拌混凝土的瞬时剪应力随剪切应变速率增大而增加,随剪切应变速降低而减少。新拌自密实混凝土随着强度的增加,其屈服应力略有下降,而塑性粘度系数却有所增加。新拌自密实混凝土屈服应力在70-120 Pa之间,塑性粘度系数在100-180 Pa·s之内,同时,拟合误差和试验误差都在10%以内。 (4)颗粒流理论对试样的数值仿真过程就是一个不断修改、调试各项细观力学参数(包括颗粒粒径)的过程。基于离散元原理对新拌SCC坍落度试验模拟仿真研究表明:选择最大颗粒粒径为最小粒径的5倍,选择最小颗粒粒径为0.2cm,模拟结果比较合理。


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