论文部分内容阅读
摘要：在工程建设中，水泥混凝土是一种最基本和最重要的施工材料，水泥混凝土有多种成分组成，而且可以掺加多种外加剂或掺和物，但是在众多的水泥混凝土组成材料中，水对混凝土的前期和后期性能有着非常重要的影响作用。本文主要通过实验方式，探明了用水量对水泥砂浆以及粉煤灰水泥砂浆流变参数的影响规律。
关键词：用水量；粉煤灰；水泥砂浆
中图分类号：TQ177.6+2 文献标识码：A文章编号：
流变学是对物质的流动及变形进行研究的一门学科，而流变性主要是指物质在一定的外力作用下产生流动或变形的性质。对水泥混凝土的流变性能研究主要针对水泥浆、砂浆以及拌合物粘、塑、弹性的演变，以及硬化混凝土的强度、弹性以及徐变等问题的研究。
对于混凝土而言，由于混凝土中含有粗集料，所以混凝土的流变性测定相对困难，因此，很多学者开始对新拌水泥净桨的流变性进行研究，但是在水泥净桨中并不包含集料，这就使得净桨与混凝土之间存在一定的差异，无法真正代表混凝土。而砂浆无论是从组成还是从结构上都与混凝土有着非常近似的情况，而且同混凝土一样都属于滨汉姆流变体，因此，只要粗集料构成以及用量保持一定的范围，就可以近似的利用砂浆流变参数来代表混凝土流变特性。本文主要利用砂浆这一实验材料，来研究用水量对水泥砂浆、粉煤灰水泥砂浆流变性能的影响。
1 实验的基本方法
实验中所使用的浆体——净桨和砂浆需要按照相应的配比以及搅拌方式进行制作，在完成浆体的制作后，将其放入到旋转粘度计中，并利用这一设备对浆体在不同剪切速率下产生的剪切应力值进行测定。测定过程中粘度计首先从最低档开始，逐步增加，对不同档位的读数进行记录，并利用相应的公式计算出相应的剪切应力值，并制作成相应的流变曲线。最后，利用最小二乘法进行线性拟合，从而得到相应的流变参数。
在整个测定过程中，测定浆体的量会对测定结果产生较大的影响，因此，加入的浆体必须达到必须的内筒工作高度，实验测定过程中，温度应该保持在20士5℃，测定读数时应该在数值基本稳定的条件下进行，整个测定过程所用的时间应该在5分钟以里。
2 流变性能测定结果
2.1 用水量对水泥砂浆流变性能的影响
为了更好的研究用水量对水泥砂浆流变性能的影响，本实验中采用了固定砂灰比（S/C=1.0）和改变水灰比（W/C分别为0.31、0.37、0.43）的方法，并对不同试样在不同剪切速率作用下的剪切应力进行测定，并绘制相应的流变曲线，如图1所示
图1水灰比对砂浆流变性的影响
针对上图中所得的各种剪切应力值进行线性拟合，从而可以得到不同水灰比情况下水泥砂浆的流变参数图，如图2所示
图2水灰比对砂浆流变参数的影响
从上图中我们可以发现，水灰比对于水泥砂浆流变性能的主要参数——塑性粘度和屈服应力有著非常大的影响。当水灰比不断增大时，水泥砂浆的塑性粘度和屈服应力都在逐步的减小，但是二者见效的程度和趋势存在一定的差异。当水灰比维持在0.31-0.37之间时，水泥砂浆的两个流变参数下降趋势明显，当水灰比大于0.37时，这两个流变参数的下降趋势逐步变缓。
造成这种现象的原因主要是由于水泥砂浆中用水量的增加，导致水泥砂浆中自由水以及结构单元分散程度产生变化，这些结构由于大小以及成分不尽相同，由此而形成的絮凝结构的强度也存在一定的差异，此外，絮凝结构在形成过程中会包裹大量的拌合水，这些絮凝结构彼此联系在一起形成一个连续的整体，进而在水泥浆体中形成的很多结构单元。当水泥砂浆中水灰比较小时，砂浆中所含的自由水量较少，从而使得其中的结构单元无法得到充分的分散，这时水泥砂浆中的阻力主要为颗粒间的摩擦力，其阻力值较大，因而水泥砂浆的塑性粘度和屈服应力也较大。当水灰比不断增加时，水泥砂浆中的自由水量逐渐增加，其中的结构单元分散程度也在不断上升，其内部的颗粒间摩擦力逐渐减小，阻力值由此降低，这时水泥砂浆中的塑性粘度和屈服应力也呈现出一种快速下降的趋势。当水泥砂浆中的水灰比大于0.37时，大量的自由水使得结构单元分散开来，颗粒之间的彼此接触变得越来越小，砂浆内的阻力值也相应的减小，但是当水灰比下降到一定程度后，自由水所带来的分散作用逐渐降低，水泥砂浆中的塑性粘度和屈服应力下降速度也逐渐变得平缓。
2.2 用水量对粉煤灰水泥砂浆流变参数的影响
为了研究用水量对掺入粉煤灰的水泥砂浆流变性能的影响，本试验中对粉煤灰掺量为30％，水胶比分别为0.31、0.37和0.43的水泥砂浆的流变特性进行了研究。其中，粉煤灰采用内掺法，掺量以总胶凝材料用量的质量分数计。粉煤灰掺入下用水量对水泥砂浆流变性的影响如图3、4所示。
图3用水量对粉煤灰水泥砂浆流变性的影响
由图3可以清楚看出，随着用水量的增大，掺入粉煤灰的水泥砂浆在不同剪切速率下对应的剪切应力逐渐减小，这与未掺加粉煤灰的水泥砂浆规律一致。对图中各试样不同剪切速率下的剪切应力值进行线性拟合，得到不同水灰比下各砂浆流变参数关系图，如图4所示。
图4用水量对粉煤灰水泥砂浆流变参数的影响
从图4中还可以看出，随着用水量的增大，粉煤灰水泥砂浆体系的屈服应力与塑性粘度均下降，并且也呈现出随着用水量的增大，流变参数减小幅度减缓，这与水泥砂浆体系随用水量变化的总体趋势一致。但对于相同用水量的变化，流变参数的变化却并不相同，粉煤灰一水泥砂浆参数的变化要小一些，这与前面所论述的粉煤灰加入后，流变特性改变而带来的用水量的改变有关。
一般来说，屈服应力小，表示浆体克服内摩擦力产生塑性流动的阻力较小，即浆体具有较好的工作性；而塑性粘度大，则表示浆体的内聚力较大，浆体不易离析。由此可见，粉煤灰的掺入对改善水泥砂浆流变性能是有利的。
3 结论
新拌水泥砂浆的流变特性近似属于宾汉姆体，水灰比对砂浆流变参数影响很大，随水灰比的增大，砂浆的塑性粘度、屈服应力大幅度减小。粉煤灰的掺入并没有改变浆体的流变特性，但新拌水泥砂浆体系的流变参数随粉煤灰的掺入而发生了明显的变化。随水灰比的增大，粉煤灰一水砂浆的塑性粘度、屈服应力大幅度减小，流变参数减小的程度较未掺加粉煤灰的水泥砂浆要稍小一些。相同水灰比下，粉煤灰一水泥砂浆体系的屈服应力于水泥砂浆，而塑性粘度则要高于水泥砂浆，粉煤灰的加入，改善了水泥砂浆的流变性能。
参考文献
1、汪振双，新拌粉煤灰混凝土流变性能研究，水科学与工程技术，2010(3)
2.、曹明莉，基于两点法的掺矿粉新拌混凝土流变性能的试验研究，混凝土，2012(1)
3、宋卫民，新拌纤维混凝土流变性能研究综述，粉煤灰，2012(3)
关键词：用水量；粉煤灰；水泥砂浆
中图分类号：TQ177.6+2 文献标识码：A文章编号：
流变学是对物质的流动及变形进行研究的一门学科，而流变性主要是指物质在一定的外力作用下产生流动或变形的性质。对水泥混凝土的流变性能研究主要针对水泥浆、砂浆以及拌合物粘、塑、弹性的演变，以及硬化混凝土的强度、弹性以及徐变等问题的研究。
对于混凝土而言，由于混凝土中含有粗集料，所以混凝土的流变性测定相对困难，因此，很多学者开始对新拌水泥净桨的流变性进行研究，但是在水泥净桨中并不包含集料，这就使得净桨与混凝土之间存在一定的差异，无法真正代表混凝土。而砂浆无论是从组成还是从结构上都与混凝土有着非常近似的情况，而且同混凝土一样都属于滨汉姆流变体，因此，只要粗集料构成以及用量保持一定的范围，就可以近似的利用砂浆流变参数来代表混凝土流变特性。本文主要利用砂浆这一实验材料，来研究用水量对水泥砂浆、粉煤灰水泥砂浆流变性能的影响。
1 实验的基本方法
实验中所使用的浆体——净桨和砂浆需要按照相应的配比以及搅拌方式进行制作，在完成浆体的制作后，将其放入到旋转粘度计中，并利用这一设备对浆体在不同剪切速率下产生的剪切应力值进行测定。测定过程中粘度计首先从最低档开始，逐步增加，对不同档位的读数进行记录，并利用相应的公式计算出相应的剪切应力值，并制作成相应的流变曲线。最后，利用最小二乘法进行线性拟合，从而得到相应的流变参数。
在整个测定过程中，测定浆体的量会对测定结果产生较大的影响，因此，加入的浆体必须达到必须的内筒工作高度，实验测定过程中，温度应该保持在20士5℃，测定读数时应该在数值基本稳定的条件下进行，整个测定过程所用的时间应该在5分钟以里。
2 流变性能测定结果
2.1 用水量对水泥砂浆流变性能的影响
为了更好的研究用水量对水泥砂浆流变性能的影响，本实验中采用了固定砂灰比（S/C=1.0）和改变水灰比（W/C分别为0.31、0.37、0.43）的方法，并对不同试样在不同剪切速率作用下的剪切应力进行测定，并绘制相应的流变曲线，如图1所示
图1水灰比对砂浆流变性的影响
针对上图中所得的各种剪切应力值进行线性拟合，从而可以得到不同水灰比情况下水泥砂浆的流变参数图，如图2所示
图2水灰比对砂浆流变参数的影响
从上图中我们可以发现，水灰比对于水泥砂浆流变性能的主要参数——塑性粘度和屈服应力有著非常大的影响。当水灰比不断增大时，水泥砂浆的塑性粘度和屈服应力都在逐步的减小，但是二者见效的程度和趋势存在一定的差异。当水灰比维持在0.31-0.37之间时，水泥砂浆的两个流变参数下降趋势明显，当水灰比大于0.37时，这两个流变参数的下降趋势逐步变缓。
造成这种现象的原因主要是由于水泥砂浆中用水量的增加，导致水泥砂浆中自由水以及结构单元分散程度产生变化，这些结构由于大小以及成分不尽相同，由此而形成的絮凝结构的强度也存在一定的差异，此外，絮凝结构在形成过程中会包裹大量的拌合水，这些絮凝结构彼此联系在一起形成一个连续的整体，进而在水泥浆体中形成的很多结构单元。当水泥砂浆中水灰比较小时，砂浆中所含的自由水量较少，从而使得其中的结构单元无法得到充分的分散，这时水泥砂浆中的阻力主要为颗粒间的摩擦力，其阻力值较大，因而水泥砂浆的塑性粘度和屈服应力也较大。当水灰比不断增加时，水泥砂浆中的自由水量逐渐增加，其中的结构单元分散程度也在不断上升，其内部的颗粒间摩擦力逐渐减小，阻力值由此降低，这时水泥砂浆中的塑性粘度和屈服应力也呈现出一种快速下降的趋势。当水泥砂浆中的水灰比大于0.37时，大量的自由水使得结构单元分散开来，颗粒之间的彼此接触变得越来越小，砂浆内的阻力值也相应的减小，但是当水灰比下降到一定程度后，自由水所带来的分散作用逐渐降低，水泥砂浆中的塑性粘度和屈服应力下降速度也逐渐变得平缓。
2.2 用水量对粉煤灰水泥砂浆流变参数的影响
为了研究用水量对掺入粉煤灰的水泥砂浆流变性能的影响，本试验中对粉煤灰掺量为30％，水胶比分别为0.31、0.37和0.43的水泥砂浆的流变特性进行了研究。其中，粉煤灰采用内掺法，掺量以总胶凝材料用量的质量分数计。粉煤灰掺入下用水量对水泥砂浆流变性的影响如图3、4所示。
图3用水量对粉煤灰水泥砂浆流变性的影响
由图3可以清楚看出，随着用水量的增大，掺入粉煤灰的水泥砂浆在不同剪切速率下对应的剪切应力逐渐减小，这与未掺加粉煤灰的水泥砂浆规律一致。对图中各试样不同剪切速率下的剪切应力值进行线性拟合，得到不同水灰比下各砂浆流变参数关系图，如图4所示。
图4用水量对粉煤灰水泥砂浆流变参数的影响
从图4中还可以看出，随着用水量的增大，粉煤灰水泥砂浆体系的屈服应力与塑性粘度均下降，并且也呈现出随着用水量的增大，流变参数减小幅度减缓，这与水泥砂浆体系随用水量变化的总体趋势一致。但对于相同用水量的变化，流变参数的变化却并不相同，粉煤灰一水泥砂浆参数的变化要小一些，这与前面所论述的粉煤灰加入后，流变特性改变而带来的用水量的改变有关。
一般来说，屈服应力小，表示浆体克服内摩擦力产生塑性流动的阻力较小，即浆体具有较好的工作性；而塑性粘度大，则表示浆体的内聚力较大，浆体不易离析。由此可见，粉煤灰的掺入对改善水泥砂浆流变性能是有利的。
3 结论
新拌水泥砂浆的流变特性近似属于宾汉姆体，水灰比对砂浆流变参数影响很大，随水灰比的增大，砂浆的塑性粘度、屈服应力大幅度减小。粉煤灰的掺入并没有改变浆体的流变特性，但新拌水泥砂浆体系的流变参数随粉煤灰的掺入而发生了明显的变化。随水灰比的增大，粉煤灰一水砂浆的塑性粘度、屈服应力大幅度减小，流变参数减小的程度较未掺加粉煤灰的水泥砂浆要稍小一些。相同水灰比下，粉煤灰一水泥砂浆体系的屈服应力于水泥砂浆，而塑性粘度则要高于水泥砂浆，粉煤灰的加入，改善了水泥砂浆的流变性能。
参考文献
1、汪振双，新拌粉煤灰混凝土流变性能研究，水科学与工程技术，2010(3)
2.、曹明莉，基于两点法的掺矿粉新拌混凝土流变性能的试验研究，混凝土，2012(1)
3、宋卫民，新拌纤维混凝土流变性能研究综述，粉煤灰，2012(3)