水泥净浆流动度试验的流体静力学理论分析-《混凝土与水泥制品》杂志社

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水泥净浆流动度试验的流体静力学理论分析

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关键词：

流动度试验；水泥净浆；屈服应力；流体静力学；表面张力；浸润性；浆体密度

Key words：

Fluidity test; Cement paste; Yield stress; Hydrostatics; Surface tension; Wettability; Paste density

刊期：

２０18年第2期

DOI：

1000-4637（2018）02-01-06

文章编号：

1000-4637（2018）02-01-06

基金项目：

国家重点研发计划项目（2017YFB0310100）；高性能土木工程材料国家重点实验室开放基金课题（(2014CEM001）。

作者：

王衍伟1，张倩倩1，冉千平1，刘加平2

单位：

1.高性能土木工程材料国家重点实验室，江苏苏博特新材料股份有限公司，南京 211103； 2.东南大学材料科学与工程学院，南京 211189

摘要

摘要：从流体力学的角度对水泥净浆流动度试验开展研究，在考虑流体表面张力和表面浸润性的情况下，对流体屈服应力和流动度之间的关系开展了较文献中现有结果更为严格的理论分析，获得了一组新的公式，完善了Roussel等人的理论工作。在此基础上，定量计算了表面张力和浸润性、截锥圆模容积、浆体密度对屈服应力和流动度之间关系的影响。

Abstract: The mini-conical slump flow test, also known as the fluidity test, is one of the most common methods for quality control in characterizing cement pastes and grouts and for a quick evaluation of the performance of chemical admixtures. There have already been many research efforts to relate the final spread of the slumped paste to its yield stress, with maybe the most convincing one being the theoretical work of Roussel et al., where analytical expressions were derived based on hydrostatic considerations, with the influences of surface tension and wettability accounted for by a fitting parameter. Here, a more rigorous theoretical treatment of the effects of surface tension and wettability is repored. A set of equations for the relation between final spread and yield stress, with no physical ambiguous fitting parameters, are derived. The results are compared with those of Roussel et al., and the influences of surface tension and wettability, sample volume, and paste density are studied within this theoretical framework.

结论

（1）从流体静力学的角度对水泥净浆流动度试验开展理论研究，暂时主要关注流体屈服应力和流动度之间的关系。在考虑流体表面张力和表面浸润性的情况下，对这一问题进行了较文献中现有结果更为严格的理论分析，获得了一组新的公式，对Roussel等人的理论作了进一步完善，不再限制于通过拟合试验数据获得未知参数。

（2）引入了反映了屈服应力与表面张力（以及表面浸润性）两种导致浆体停滞的机制之间的相对贡献大小的无量纲参数，Roussel数。若Roussel数远大于1，则流动度主要由流体的屈服应力决定；反之，若Roussel数远小于1，流动度主要由表面张力和表面浸润性决定。

（3）在理论分析的基础上，对表面张力和浸润性、截锥圆模容积、浆体密度对屈服应力和流动度之间关系的影响进行了定量考察，计算结果为不同截锥圆模容积下所测得的流动度数值之间的转换提供了理论依据。此外，当流动度较大或者浆体的屈服应力较小时，要留意流体表面张力及其和表面的浸润性和浆体密度对流动度的影响，而不单是将流动度归因于流体的屈服应力。

（4）提出通过增加浆体和表面的浸润性（降低接触角）和增加截锥圆模的容积从而提高流动度试验对浆体屈服应力表征的分辨率的观点。

（5）本文的理论分析没有考虑具体的流动过程，也忽略了惯性力的影响，不涉及操作者的上提速度、浆体黏度和流动时间等变量，在后续的工作中将尝试对流动过程和惯性项的影响开展研究。

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