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，且具有明顯的隨機性和時變性。新拌混凝土的綜合性能表現(xiàn)為工作性(流動性、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，而且對硬化混凝土結(jié)構(gòu)的強度、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，對其后續(xù)施工具有特殊且重要的意義。
　　國家要求中、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)，依靠攪拌運輸車將其運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場。所以，混凝土攪拌運輸車作為混凝土運輸?shù)闹饕O(shè)備，被廣泛地應(yīng)用于高層建筑、海港建筑、核電站等國家重大工程項目建設(shè)中。新拌混凝土在運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)施工是否正常進行，且對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輸后仍具有好的勻質(zhì)性、避免離析，其在攪拌運輸過程中必須進一步攪拌。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)濟與實際意義。
　　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，使用該流變儀測量得到了新拌混凝土的流變參數(shù)；其次結(jié)合國內(nèi)外新拌混凝土離散元模型的優(yōu)缺點，構(gòu)

4、建了更為適合模擬攪拌車中混凝土流動行為和勻質(zhì)性的混合離散元模型，并通過流變性試驗校準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刻、不同研究問題、方法等時所對應(yīng)選擇的勻質(zhì)性表征方法，并將這些表征方法應(yīng)用于顆粒材料在實驗攪拌車樣機中攪拌和出料過程的實驗和數(shù)值模擬，用于驗證模擬結(jié)果的正確性和分析整個過程中離析的發(fā)生和轉(zhuǎn)變；最后對攪拌車中混凝土攪拌與出料過程進行了數(shù)值模擬，分析了此過程中拌合物勻質(zhì)性的變化和攪拌機理，通過正交試驗

5、和單因素數(shù)值模擬，得到了各因素對出料拌合物勻質(zhì)性和出料效率的影響趨勢以及較優(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，對新拌混凝土流變研究現(xiàn)狀、研究方法以及其運輸工藝作了簡要介紹。首先主要從流變模型、流動和流變測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)；最后對新拌混凝土攪拌車運輸研究現(xiàn)狀進行了回顧，主要包括攪拌車中混凝土流動研究現(xiàn)狀和攪拌參數(shù)優(yōu)化，并概括了全文的研究內(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)值的測量。
　　第三章結(jié)合新拌混凝土流變學(xué)理論、流動和流變行為特性，構(gòu)建了新拌混凝土的離散元模型，通過流變學(xué)試驗(坍落度試驗、L箱試驗和旋轉(zhuǎn)

7、流變儀試驗)校準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試驗過程中的流動行為和流變特征，研究了粗骨料含量對流變性能的作用。
　　第四章對混凝土在攪拌車運輸過程中勻質(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)用于攪拌車樣機中顆粒材料攪拌和出料過程的實驗和數(shù)值模擬，驗證了模擬結(jié)果的正確性；研究了運動參數(shù)對攪拌勻質(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)變的機理、初始加載方式對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攪拌車運輸過程中的流動行為。首先對混凝土在攪拌車中的數(shù)值模型進行了相似分析。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動形態(tài)，并通過出料樣品勻質(zhì)性模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的比較，驗證了模擬結(jié)果的正確性，同時得到了出料樣品勻質(zhì)性分布現(xiàn)象、出料總質(zhì)量隨出料時間的變化圖。最后根據(jù)攪

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