摘要
工作性是混凝土的重要性能参数之一，传统工作性测试技术由于客观性强、测试方法单一化等缺陷，需要多种测试方法多次测试才能综合评估混凝土工作性的好坏，严重降低了施工效率，提高了建设成本，增大了现场工作性调控的难度。流变学是一门研究水泥基材料流动和变形的科学，可以更加深入的研究新拌混凝土的浆体状态和流动机理，是混凝土工作性能表象的科学内涵。通过屈服应力和塑性粘度两个参数可以达到全面且客观评估混凝土工作性的目的，是混凝土工作性的重要参考标准。然而，流变性能测试所需的流变仪体积较大且精密昂贵，并不能适应现场施工环境，导致流变性能无法发挥其在工作性调控中的优势。两相理论认为，混凝土流变性能直接受到砂浆流变性、粗骨料体积分数以及级配的影响，可分别围绕砂浆相和骨料相展开预测研究，进而解决混凝土流变现场测试受限的问题。然而，目前现有研究多围绕砂浆相展开，忽略了混凝土最大组分粗骨料对混凝土流变性能的影响，致使混凝土预测技术发展受阻。因此，亟需围绕粗骨料体积分数和级配展开流变性能系统性研究，完善混凝土流变性能预测技术。 为建立混凝土流变参数计算模型，实现混凝土流变性能预测，论文分别围绕粗骨料体积分数、级配展开了规律和机理研究。在不同水胶比体系下，探究了粗骨料体积分数在对混凝土流变行为、屈服应力、塑性粘度的影响规律和机理；在同一水胶比体系下，引入剩余砂浆膜厚理论解释了级配对混凝土流变性能的影响机制，分析了粗骨料堆积密度、比表面积与砂浆层厚度、混凝土流变参数的关系；基于粗骨料体积分数与级配对混凝土的影响机理，初步建立了混凝土流变参数关于砂浆流变性能、体积分数、级配的函数模型。取得的结论如下： （1）混凝土流变行为的变化受到水胶比和粗骨料体积分数耦合作用的影响。随着水胶比的降低，混凝土流变行为出现明显变化；0.30、0.35水胶比体系中，混凝土表现为剪切增稠，且强度随着水胶比的降低、体积分数的增大而增大。0.25水胶比体系中，随着体积分数的增大，混凝土流变行为出现先增稠后剪切变稀的现象； （2）混凝土屈服应力随着体积分数的增大呈幂函数规律增大，存在临界体积分数，粗骨料体积分数大于该值时，屈服应力出现骤增现象，且随着水胶比的降低，屈服应力值增量逐渐降低； （3）塑性粘度随粗骨料体积分数的变化规律在不同的水胶比体系中呈现不同的变化。0.25水胶比体系中，由于混凝土粘度较大，骨料和砂浆相之间的相互作用致使骨料运动轨迹发生变化形成层状结构，流变行为表现为剪切变稀，且随着体积分数的增大，剪切变稀程度变大，进而导致0.25水胶比体系混凝土在24%~36%体 积分数范围内粘度增量降低。而0.30、0.35水胶比体系混凝土则因为骨料的相互碰撞导致流变行为为剪切增稠，且随着体积分数的增大剪切增稠程度增大，塑性粘度随体积分数的变化呈幂函数规律； （4）剩余膜层厚度理论可以定量的解释级配对混凝土流变性能的影响规律。研究发现，级配主要通过粗骨料堆积密度和比表面积的共同作用影响混凝土的流变参数，而二者可以通过砂浆膜层厚度的表示。本文实验证明，砂浆层厚度直接影响着混凝土的流变参数，随着砂浆膜层厚度（TEM）的增大，塑性粘度和屈服应力降低。而当TEM达到一定数值时，混凝土稳定性变差，离析概率增大； （5）K-D模型和COT模型相比于其他悬浊液模型能够更好得适用于混凝土尺度得流变参数计算。两模型在计算准确度、稳定性以及拟合率方面都表现出很好的效果；通过分析混凝土中骨料状态，将模型参数最大堆积密度定义为松散堆积密实度，重新定义后的在模型计算中表现出良好契合性； （6）基于级配对混凝土屈服应力和塑性粘度的影响机理，修正后的K-D模型和COT模型为：(此处为公式，略过)修正后的混凝土流变参数计算模型可以充分考虑粗骨料体积分数和级配对混凝土流变性能的影响。在已有砂浆流变仪的条件下，根据粗骨料的体积分数、堆积密度和比表面积参数可以较为准确的计算混凝土的流变参数。
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