【摘 要】
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自密实混凝土(SCC)的流动性是浇筑施工的重要量度,最终流动状态直接影响成型质量。然而,目前对SCC流变性能的研究主要基于室内试验,很难定量分析流变参数对SCC流动性的影响;在研究SCC浇筑过程时,实验难以真实再现工程环境的复杂性,无法观察模板内部的流动形态。数值模拟为研究SCC的流变性能提供了一种新的方法,将新拌混凝土看作均匀单一、不可压缩的非牛顿流体,基于计算流体力学(CFD)原理,分析混凝土
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自密实混凝土(SCC)的流动性是浇筑施工的重要量度,最终流动状态直接影响成型质量。然而,目前对SCC流变性能的研究主要基于室内试验,很难定量分析流变参数对SCC流动性的影响;在研究SCC浇筑过程时,实验难以真实再现工程环境的复杂性,无法观察模板内部的流动形态。数值模拟为研究SCC的流变性能提供了一种新的方法,将新拌混凝土看作均匀单一、不可压缩的非牛顿流体,基于计算流体力学(CFD)原理,分析混凝土的流动性。数值模拟大大减少了实验分析的工作量,得到的结果与实验结果有较好的吻合,展现出极强的优越性。数值模拟能够直观模板内部的混凝土流动情况,预先为施工做好技术准备。将数值模拟与工程实际相结合,在一定程度上能够为今后类似的工程提供指导。考虑到当SCC的流动性不足、模板内钢筋密集分布时,仍应采取振捣措施确保其密实性。因此,本文基于Flow-3D分别对新拌SCC坍落度试验、新拌钢纤维自密实混凝土(SFSCC)浇筑钢混结合段钢格室和插入式振捣棒振动混凝土作数值模拟,主要研究内容如下:(1)新拌SCC坍落度试验数值模拟结果表明:采用宾汉姆模型描述新拌SCC是可行的。屈服应力和塑性粘度对坍落扩展度的影响比坍落度大,密度对流变性能的影响较小。新拌SCC存在临界塑性粘度,约为屈服应力的0.33倍(无量纲),塑性粘度低于临界值时,坍落度随塑性粘度的增大而减小;高于临界值时,坍落度保持不变,与塑性粘度无关。(2)新拌SFSCC浇筑钢混结合段钢格室数值模拟结果表明:坍落扩展度决定混凝土的流动性,梁体结构应优先采用流动性较大的混凝土。钢筋阻碍混凝土的流动,自流平需要静置更长的时间。泵管直径和浇筑速度越大,则模板侧压力越大;模板侧压力增长速度与泵管直径有关,直径越大,增长越快。模板壁面、钢构件等处的含气量较大,密实性较差,实际施工应通过振捣确保混凝土密实成型。混凝土泵送应兼顾模板侧压力和浇筑质量,本文推荐的浇筑方案为泵管直径150mm,浇筑速度2m/s。(3)插入式振捣棒振动混凝土数值模拟结果表明:从气泡移动范围、文献结论和实际情况综合分析,确定以v=0.001m/s作为计算作用半径的标准。作用半径随振捣棒直径、频率、振幅的增大而增加;同一直径的振捣棒,振动峰值速度对振动起控制性作用。振动SFSCC数值模拟结果表明,作用半径满足实际工程需求,振捣时应采用振幅较小的振捣棒,防止过振产生离析。
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