3新拌混凝土的性能.ppt
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1、第三章新拌混凝土的性能properties of fresh concrete,本章主要内容,3.1 定义3.2 新拌混凝土的物理结构及其演变3.3 新拌混凝土的流变特性3.4 新拌混凝土的工作性3.5 新拌混凝土的离析和泌水,3.1定义,新拌混凝土:是混凝土生产过程中的一种过渡状态,是指混凝土材料(水泥、粗细骨料、水等)按一定的比例搅拌而得的尚未凝结硬化的材料,又称为混凝土拌合物。,新拌混凝土性能的重要性:,对于任一建筑材料而已,材料选用和施工都是决定结构工程质量的重要环节。新拌混凝土的性能既影响浇筑施工的质量,又影响到混凝土性能的发展,对混凝土结构的承载能力和使用安全性与耐久性起决定性的作
2、用。,3.2 新拌混凝土的物理结构及其演变,新拌混凝土可以看作是一种由固相、液相和气相组成的一种非匀质的多相混合物,它具有弹性、粘性、塑性等特性,并且其性质会随时间、温度、湿度以及受力状态发生变化。新拌混凝土的固相包括粗细集料、矿物掺合料、未水化水泥颗粒、水泥水化产物等。液相主要是水,包括处于游离状态的自由水和存在于凝胶孔、毛细孔的吸附水。气相为空气,存在于混凝土未被水分占据的孔隙中。,新拌混凝土的物理结构可以描述为集料等固相颗粒处于分散状态悬浮于水泥浆中,颗粒与颗粒之间保持着一定的距离。水泥浆中的未水化水泥颗粒和初期的水化产物在微观层次上也处于分散状态。随着时间的推移,水不断的与水泥颗粒发生
3、反应,并且伴随着蒸发,液相不断减少,而固相不断增加,固-气-液相之间的比例发生变化,固体之间的距离也不断缩小,新拌混凝土也从塑性状态过渡到以弹性和粘性为主的物理结构状态。,3.3 新拌混凝土的流变特性rheological characteristics of fresh concrete,基本概念流变性:凡是在适当的外力作用下,物质能流动和变形的性能。流变学:研究材料在受力状态下的流动和变形性质的科学。流变学研究内容:物质的弹性变形、塑性变形和粘性流动。,流变特性:物体在某一瞬间所表现的应力与应变的定量关系。即用一些参数把应力和应变的关系表示为流变方程式。流变模型的作用:用某些理想元件组成的
4、模型,近似而定性的模拟某些真实物体的力学结构,并以作用力和变形关系导出物体流变方程。,3.2.1流变学模型rheological model,将基本模型元件串联或并联起来,进行各种串并联组合,模拟各种物体的力学结构。常用的组合模型如下:,(2)组合模型,宾汉姆体马克斯韦尔液体(液态粘弹性物体)开尔文固体(固态粘弹性物体),实际的物体往往同时具有弹性、塑性、粘性等性能,根据物体行为特征,可以将上述基本模型元件合理地组合,来描述实际物体的变形性能,称为物体的流变学模型。,流变基元(模型),三种理想材料的基本模型(或称流变基元)1.胡克(Hooke)固体模型(H模型)表示具有完全弹性的理想材料。2.
5、牛顿(Newton)液体模型(N-模型)表示只有粘性的理想材料 3.圣维南(St.Venant)固体模型(St.V模型)表示超过屈服点后只有塑性变形的理想材料。,虎克型 牛顿型 圣维南型 流动曲线,摩擦力,F,弹簧,P,P,P,带孔活塞,粘性液体,P,速度梯度:dv/dy,t,变形,粘杯-阻尼器,弹簧,(2)现实物质模拟,大量的物体时介于弹、粘、塑性体之间。实际材料的流变性质具有所有上述基本流变性质,只是在程度上有差异。因此各种材料的流变性质可用具有不同的弹性模量、粘性系数、和屈服应力的流变基元以不同的形式组合成的流变模型来研究。最简单的流变模型可由流变基元串联或并联而成。用符号“”表示并联,
6、一”表示串联,可用不同的符号表示出各种流变模型的机构式。,3.3.2 新拌混凝土的流变学研究,混凝土材料在拌和物阶段,由于有浆体的作用,因而具有流变性,但粗、细集料使得其流变性能的研究很复杂。根据流变学理论,用某种物理量来评价新拌混凝土的变形性质,并对这些物理量进行流动化解析。新拌混凝土的流变学研究还处于发展之中。混凝土混合料的流变性质接近于宾汉姆体。其流变方程为:,新拌混凝土的流变学参数,屈服值:采用宾汉姆体模型来描述新拌混凝土的流变学特性时,屈服值是最重要的参数。屈服值是使材料发生变形所需的最小应力。屈服值是组成材料各颗粒之间的附着力和摩擦力引起的。塑性粘度:塑性粘度时宾汉姆体模型中表示材
7、料粘性的流变学参数,是反映作用力与流动速度之间关系的参数。影响混凝土塑性粘度的因素主要有水灰比、用水量、水泥用量及细粉掺合料量等,但影响机理非常复杂。,3.3.3新拌混凝土的流变学试验,A coaxial cylinder viscometer.,(1)水泥浆的流变试验同轴圆筒粘度仪 同轴圆筒仪可直接测定转动力矩T和回转速度N,再分别根据理论公式换算成剪切应力和剪切应变速率。由某一回转速度和此时的力矩,可得到一组应力和应变速率,但是宾汉姆体模型中,应力-应变速率的关系不通过坐标原点,所以仅由一个点不能确定曲线。,因此,对于宾汉姆体需要改变回转速度测定多组相应的力矩,在应力-应变速率坐标系内找点
8、,得到应力-应变速率曲线,通过直线的斜率和在应力轴上的截距,求出把拌合物的粘度系数和屈服应力。但是回转粘度仪比较适合于骨料颗粒较小的砂浆或水泥浆,并且只适用于屈服值较小的浆体。,Typical effect of water/cement ratio on Bingham constants for cement paste,(2)the two-point workability test,为了求得宾汉姆体的屈服值和塑性粘度这两个流变学参数,需要测定不同的两点以上的应力-应变速率关系,两点式试验即表示这个概念。两点式粘度仪是类似于搅拌机翼型的回转式粘度仪,叫做两点式试验。,A system
9、based on a mixing action in which an impeller is rotated in a bowl of concrete,known as the Tattersall(after the leader of its development team),or two-point workability test.Two alternative impeller types can be used:an interrupted helix for medium-and high-workability mixes(the MH system)(Figure 1
10、.19(a)an H-shaped blade with a planetary motion within the concrete for medium-to-low workability mixes(the LM system)(Figure 1.19(b).,The two impeller systems for the two-point workability test,3.4 新拌混凝土的工作性Workability(工作度、和易性),工作性的定义:工作性(度)是反映新拌混凝土性质的概念,是指混凝土拌合物易于运输、浇注和密实成型,而不产生组分离析的性质。,3.4.1定义 de
11、finitionthe amount of work needed to produce full compaction,it is that property of freshly mixed concrete or mortar which determines the ease and homogeneity with which it can be mixed,placed,consolidated and finished(ACI,1990).,that property determining the effort required to manipulate a freshly
12、mixed quantity of concrete with minimum loss of homogeneity(ASTM,1993).,3.4.2工作性的含义,工作性是新拌混凝土在运输、浇注、振捣和抹面等操作过程性能的综合体现。至少包括两层意思:稠度(Consistency):说明流动的难易程度;粘聚性(Cohesiveness):是否易于产生泌水或发生离析我国通常认为工作性包括流动性、粘聚性和保水性。,3.4.3新拌混凝土工作性的测定,由于工作性内涵比较复杂,到目前为止,还没有确切的指标能全面地反映混凝土拌合物的工作性。混凝土的工作性与流变学及稠度有一定的关系。稠度(Consiste
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