攪拌車中混凝土流變性研究及應(yīng)用.pdf

1、新拌混凝土作為工程建筑的主要材料，被廣泛地應(yīng)用于橋梁、道路、房屋建筑等一些基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)施和核反應(yīng)堆等一些特殊結(jié)構(gòu)中。新拌混凝土是一種多組分復(fù)合材料，自身力學(xué)性能十分復(fù)雜，且具有明顯的隨機(jī)性和時(shí)變性。新拌混凝土的綜合性能表現(xiàn)為工作性(流動(dòng)性、粘聚性和保水性等)，通過流變性能來衡量，采用流變學(xué)理論研究新拌混凝土的流變行為可以更好的指導(dǎo)其施工過程。新拌混凝土的流變性能影響其施工的難易、效率和連續(xù)性，而且對(duì)硬化混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、耐久性以及工程建筑

2、質(zhì)量有重大的影響。因此，全面掌握新拌混凝土的流變學(xué)特性，對(duì)其后續(xù)施工具有特殊且重要的意義。
　　國(guó)家要求中、大型建筑必須使用商品混凝土，即需在附近的攪拌站生產(chǎn)，依靠攪拌運(yùn)輸車將其運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)。所以，混凝土攪拌運(yùn)輸車作為混凝土運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，被廣泛地應(yīng)用于高層建筑、海港建筑、核電站等國(guó)家重大工程項(xiàng)目建設(shè)中。新拌混凝土在運(yùn)輸過程中流變性能的變化將影響拌合物的勻質(zhì)性，決定后續(xù)施工是否正常進(jìn)行，且對(duì)泵送工藝過程中堵管現(xiàn)象的發(fā)生以及硬化后

3、混凝土的抗壓強(qiáng)度、耐久性和其他力學(xué)性能等都有重大的影響。為了保證新拌混凝土運(yùn)輸后仍具有好的勻質(zhì)性、避免離析，其在攪拌運(yùn)輸過程中必須進(jìn)一步攪拌。因此研究攪拌車中新拌混凝土的流變性以及優(yōu)化運(yùn)輸?shù)墓に噮?shù)和葉片的結(jié)構(gòu)參數(shù)具有重要的經(jīng)濟(jì)與實(shí)際意義。
　　本文首先根據(jù)新拌混凝土流變學(xué)性能研發(fā)了能測(cè)量其在壓力加載條件下新拌混凝土流變性能的新型加壓流變儀，使用該流變儀測(cè)量得到了新拌混凝土的流變參數(shù)；其次結(jié)合國(guó)內(nèi)外新拌混凝土離散元模型的優(yōu)缺點(diǎn)，構(gòu)

4、建了更為適合模擬攪拌車中混凝土流動(dòng)行為和勻質(zhì)性的混合離散元模型，并通過流變性試驗(yàn)校準(zhǔn)了離散元模型微觀接觸參數(shù)；然后提出了攪拌車中混凝土在不同時(shí)刻、不同研究問題、方法等時(shí)所對(duì)應(yīng)選擇的勻質(zhì)性表征方法，并將這些表征方法應(yīng)用于顆粒材料在實(shí)驗(yàn)攪拌車樣機(jī)中攪拌和出料過程的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬，用于驗(yàn)證模擬結(jié)果的正確性和分析整個(gè)過程中離析的發(fā)生和轉(zhuǎn)變；最后對(duì)攪拌車中混凝土攪拌與出料過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了此過程中拌合物勻質(zhì)性的變化和攪拌機(jī)理，通過正交試驗(yàn)

5、和單因素?cái)?shù)值模擬，得到了各因素對(duì)出料拌合物勻質(zhì)性和出料效率的影響趨勢(shì)以及較優(yōu)參數(shù)組合，且研究成果已應(yīng)用于中聯(lián)重科股份有限公司攪拌運(yùn)輸車產(chǎn)品中。
　　本文共分為七章，各章節(jié)的主要內(nèi)容如下：
　　第一章闡述了本文的研究背景，對(duì)新拌混凝土流變研究現(xiàn)狀、研究方法以及其運(yùn)輸工藝作了簡(jiǎn)要介紹。首先主要從流變模型、流動(dòng)和流變測(cè)試以及流變研究方法和手段出發(fā)，綜述了新拌混凝土的流變研究現(xiàn)狀；然后介紹了新拌混凝土離散元研究現(xiàn)狀，主要從其離散元模

6、型研究現(xiàn)狀和離散元模擬出發(fā)；最后對(duì)新拌混凝土攪拌車運(yùn)輸研究現(xiàn)狀進(jìn)行了回顧，主要包括攪拌車中混凝土流動(dòng)研究現(xiàn)狀和攪拌參數(shù)優(yōu)化，并概括了全文的研究?jī)?nèi)容和研究意義。
　　第二章基于新拌混凝土的流變學(xué)性能和作業(yè)過程中受壓等條件，研制了加壓式旋轉(zhuǎn)流變儀，該流變儀完成了新拌混凝土在加壓條件下流變參數(shù)值的測(cè)量。
　　第三章結(jié)合新拌混凝土流變學(xué)理論、流動(dòng)和流變行為特性，構(gòu)建了新拌混凝土的離散元模型，通過流變學(xué)試驗(yàn)(坍落度試驗(yàn)、L箱試驗(yàn)和旋轉(zhuǎn)

7、流變儀試驗(yàn))校準(zhǔn)了新拌混凝土離散元模型的微觀接觸參數(shù)，分析了混凝土在流變?cè)囼?yàn)過程中的流動(dòng)行為和流變特征，研究了粗骨料含量對(duì)流變性能的作用。
　　第四章對(duì)混凝土在攪拌車運(yùn)輸過程中勻質(zhì)性的表征提出了不同的表征方法，表征方法應(yīng)該根據(jù)研究的物理對(duì)象、工藝過程以及研究手段等來選擇。并將這些表征方法應(yīng)用于攪拌車樣機(jī)中顆粒材料攪拌和出料過程的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬，驗(yàn)證了模擬結(jié)果的正確性；研究了運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)攪拌勻質(zhì)性、出料勻質(zhì)性和出料效率的影響、攪拌筒中

8、拌合物軸向離析產(chǎn)生和轉(zhuǎn)變的機(jī)理、初始加載方式對(duì)軸向和徑向離析的影響以及攪拌筒模型的尺寸效應(yīng)。
　　第五章研究新拌混凝土在12m3攪拌車運(yùn)輸過程中的流動(dòng)行為。首先對(duì)混凝土在攪拌車中的數(shù)值模型進(jìn)行了相似分析。然后模擬了混凝土在攪拌車中的攪拌和出料過程，得到了混凝土顆粒在攪拌筒中的整體運(yùn)動(dòng)形態(tài)，并通過出料樣品勻質(zhì)性模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較，驗(yàn)證了模擬結(jié)果的正確性，同時(shí)得到了出料樣品勻質(zhì)性分布現(xiàn)象、出料總質(zhì)量隨出料時(shí)間的變化圖。最后根據(jù)攪

9、拌車中混凝土顆粒整體流動(dòng)形態(tài)、單個(gè)顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡和顆粒簇運(yùn)動(dòng)軌跡，分析了攪拌車中混凝土的攪拌機(jī)理和攪拌作用。
　　第六章以出料勻質(zhì)性和出料效率為目標(biāo)，對(duì)攪拌運(yùn)輸車工藝參數(shù)和葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。首先采用單因素法模擬了工藝參數(shù)（攪拌轉(zhuǎn)速、攪拌時(shí)間、出料轉(zhuǎn)速等）對(duì)出料勻質(zhì)性和出料效率的影響；再采用正交試驗(yàn)法數(shù)值模擬了葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)出料勻質(zhì)性和出料效率的影響主次和作用趨勢(shì)，得到較優(yōu)葉片模型；最后采用正交試驗(yàn)數(shù)值模擬了葉片模型和工藝參數(shù)對(duì)