CN109001078B - 一种建立ii类水泥基灌浆材料本构关系的方法 - Google Patents

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Abstract

一种建立II类水泥基灌浆材料本构关系的方法，包括步骤如下：步骤一、将II类水泥基灌浆材料配置成一组均质的水泥浆液；步骤二、对步骤一中水泥浆液分别进行流动度试验，得到水泥浆液的流动度试验数据；步骤三、建立相应的Euler‑Euler模型；步骤四、在Euler‑Euler模型中设置至少三组不同粘性系数的水泥浆液模型，然后对水泥浆液模型进行流动度试验模拟；直至得到一组水泥浆液模型的流动度试验数据与步骤二中水泥浆液的流动度试验数据差值小于0.1s，此时这组水泥浆液模型的粘性系数即为步骤一中的水泥浆液的粘性系数。本发明解决了II类水泥基灌浆材料作为一种混合材料，其本构关系的建立非常复杂的技术问题。

Description

一种建立II类水泥基灌浆材料本构关系的方法
技术领域
本发明属于建筑施工领域，尤其涉及一种建立II类水泥基灌浆材料本构关系的方法。
背景技术
某项目的斜拉桥工程全长约6.4km，该桥为高低双索塔、空间倾斜迈步椭圆曲面不对称结构斜拉桥。高塔南侧塔肢体倾斜角61°，北侧塔肢倾斜角71°，塔顶离桥面高113.93米；矮塔塔顶离桥面垂直高度为65.915米；高塔拉索68根，矮塔拉索44根，跨径280m；高塔下采用锚拉杆加承压板的结构形式，承压板采用15cm厚钢板尺寸为14.46 m×15.85m，承压板下间距50mm，采用II类水泥基灌浆材料进行注浆。而目前在国内尚无针对II类水泥基灌浆材料的仿真分析，主要原因在于II类水泥基灌浆材料作为一种混合材料，其本构关系的建立非常复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种建立II类水泥基灌浆材料本构关系的方法，要解决II类水泥基灌浆材料作为一种混合材料，其本构关系的建立非常复杂的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种建立II类水泥基灌浆材料本构关系的方法，包括步骤如下。
步骤一、将II类水泥基灌浆材料配置成一组均质的水泥浆液。
步骤二、对步骤一中的一组水泥浆液分别进行流动度试验，得到水泥浆液的流动度试验的数据。
步骤三、建立相应的Euler-Euler模型。
步骤四、在Euler-Euler模型中设置至少三组不同粘性系数的水泥浆液模型，然后对水泥浆液模型进行流动度试验模拟，并记录不同粘性系数下水泥浆液的流动状态和流动度试验的数据；直至得到一组水泥浆液模型的流动度试验数据与步骤二中水泥浆液的流动度试验数据差值小于0.1s，此时这组水泥浆液模型的粘性系数即为步骤一中的水泥浆液的粘性系数。
优选的，步骤一中得到的水泥浆液为流锥流动度大于120s的高粘度牛顿流体。
优选的，步骤二中流动度试验采用倒锥法，具体为：先将漏斗调整放平，关上底口活门，将搅拌均匀的水泥浆液倾入漏斗内，直至表面触及点测规的下端；然后打开活门，让水泥浆液自由流出，记录水泥浆液全部流出时间T；其中，水泥浆液全部流出时间T称为水泥浆液的流动度。
优选的，步骤二中，一组水泥浆液包括至少三个，且每个水泥浆液的流动度实验结果在平均值±1.8s以内有效，水泥浆液流动度的实验结果以有效结果的平均值为准。
优选的，步骤三的Euler-Euler模型中实验装置的结构尺寸、网格和模型设置如下：实验装置的结构尺寸与步骤二中水泥浆液的流动度试验的实验装置结构尺寸相同；模型中漏斗的网格采用结构化网格六面体单元，相邻网格线之间的间距为5mm～1cm；计算模型中漏斗的前面、后面、左面以及右面均为无滑移固壁边界；上表面和下表面均为压力边界，压力值为标准大气压。
优选的，步骤四中进行流动度试验模拟的水泥浆液模型的粘性系数在3Pa·s～6Pa·s范围内选取。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
1、本发明中的方法先通过流动度试验，测出待求的水泥浆液的流动度，然后在Euler-Euler模型中建立不同粘性系数的水泥浆液模型，率定出与实际水泥浆液的流动度相同的水泥浆液模型，该水泥浆液模型的粘度系数集为实际待求的水泥浆液的粘度系数；使用本方法可以快速、准确地建立II类水泥基灌浆材料的本构关系。
2、使用本发明所得的关系式可以直接进行仿真分析计算，对工程中使用的II类水泥基灌浆材料进行前期的理论分析，优化了工艺工法提高工程质量和节约了成本。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1为Euler-Euler模型中漏斗的结构示意图。
图2为下落时间和粘性系数的对应关系示意图。
具体实施方式
这种建立II类水泥基灌浆材料本构关系的方法，包括步骤如下。
步骤一、将II类水泥基灌浆材料配置成一组均质的水泥浆液。
步骤二、对步骤一中的一组水泥浆液分别进行流动度试验，得到水泥浆液的流动度试验数据；该方法具体为：根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTGE30-2005），水泥浆液的流动度测定采用倒锥法，试验室的温度和湿度应符合《水泥胶砂强度检验方法》（GB/T 17671-1999）中4.1的规定；试验设备、仪器、仪表等计量器具均应经计量检定合格，并在有效期内使用；先将漏斗调整放平，关上底口活门，将搅拌均匀的水泥浆液倾入漏斗内，直至表面触及点测规的下端；然后打开活门，让水泥浆液自由流出，记录水泥浆液全部流出时间T；其中，水泥浆液全部流出时间T称为水泥浆液的流动度。
本实施例中，进行流动度试验的水泥浆液数量为四个，流动度实验结果如下表1。
表1 水泥浆液的倒锥下落时间
Figure RE-109036DEST_PATH_IMAGE001
在规范规定的实验条件下对材料进行流动度测量，实验结果以三次以上实验结果的平均值为准，且每次实验的结果应在平均值±1.8s以内，由此实验，根据表1结果取四次流动度试验有效结果的平均值，得到下落时间为159s。
步骤三、在计算机中建立相应的Euler-Euler模型；该模型中实验装置的结构尺寸、网格和模型设置如下：实验装置的结构尺寸与步骤二中水泥浆液的流动度试验的实验装置结构尺寸相同；其中，模型中漏斗网格采用结构化网格六面体单元，相邻网格线之间的间距为5mm～1cm，模型中漏斗的前面、后面、左面以及右面均为无滑移固壁边界；上表面和下表面均为压力边界，压力值为标准大气压。
步骤四、在Euler-Euler模型中设置至少三组不同粘性系数的水泥浆液模型，三组水泥浆液模型的粘性系数在3Pa·s～6Pa·s范围内选取，然后对水泥浆液模型进行流动度试验模拟，并记录不同粘性系数下水泥浆液的流动状态和流动度试验的数据；直至得到一组水泥浆液模型的流动度试验数据与步骤二中水泥浆液的流动度试验数据差值小于0.1s，此时这组水泥浆液模型的粘性系数即为步骤一中的水泥浆液的粘性系数。
本实施例中，不同粘性系数的水泥浆液模型所对应的下落时间，对应关系如下表2所示。
表2不同粘性系数下倒锥下落时间
Figure RE-861091DEST_PATH_IMAGE002
通过不同粘性系数下的水泥浆液模型倒锥实验模拟的结果，初步获得下落时间和粘性系数的对应关系如图2，圆点为实验模拟结果，通过线性拟合，得到粘性系数与下落时间的关系为：T=28.5μ+ 28.93；
其中，T为水泥浆液模型流过倒锥的时间，单位s；μ为粘性系数，单位Pa·s；根据得到的下落时间和粘性系数的对应关系，可以看出倒锥法的混凝土下落时间随粘性系数增大而增大，并基本呈线性关系；在根据线性拟合得出的关系式，将步骤二中测得的实际的水泥浆液流动度带入关系式中反推出一个粘度系数；然后将水泥浆液模型的粘度系数缩小到反推出的粘度系数的范围附近再进行试验，直至得到一组水泥浆液模型的流动度试验数据与步骤二中水泥浆液的流动度试验数据差值小于0.1s，此时这组水泥浆液模型的粘性系数即为步骤一中的水泥浆液的粘性系数。
本实施例中，步骤一中得到的水泥浆液为流锥流动度大于120s的高粘度牛顿流体。
当然在其他实施例中，步骤二中，若想使待测定的水泥浆液的流动度试验数据更为准确，在步骤二中进行流动度试验的水泥浆液数量可以为五个、六个、七个……每个水泥浆液的流动度实验结果在平均值±1.8s以内有效，水泥浆液流动度的实验结果以有效结果的平均值为准。
本实施例中，步骤二中，流动度试验包括有出机流动度试验和30min流动度试验，出机流动度试验和30min流动度试验的试验方法均按照步骤二中的试验方法进行；出机流动度测试完毕，将所有浆体转入搅拌锅，放置30min；慢速搅拌1min，测试30min流动度。

Claims (1)

1.一种建立II类水泥基灌浆材料本构关系的方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一、将II类水泥基灌浆材料配置成一组均质的水泥浆液；水泥浆液为流锥流动度大于120s的高粘度牛顿流体；
步骤二、对步骤一中的一组水泥浆液分别进行流动度试验，得到水泥浆液的流动度试验数据；流动度试验采用倒锥法，具体为：先将漏斗调整放平，关上底口活门，将搅拌均匀的水泥浆液倾入漏斗内，直至表面触及点测规的下端；然后打开活门，让水泥浆液自由流出，记录水泥浆液全部流出时间T；其中，水泥浆液全部流出时间T称为水泥浆液的流动度；一组水泥浆液包括至少三个，且每个水泥浆液的流动度实验结果在平均值±1.8s以内有效，水泥浆液流动度的实验结果以有效结果的平均值为准；
步骤三、建立相应的Euler-Euler模型； Euler-Euler模型中实验装置的结构尺寸、网格和模型设置如下：实验装置的结构尺寸与步骤二中水泥浆液的流动度试验的实验装置结构尺寸相同；模型中漏斗的网格采用结构化网格六面体单元，相邻网格线之间的间距为5mm～1cm；计算模型中漏斗的前面、后面、左面以及右面均为无滑移固壁边界；上表面和下表面均为压力边界，压力值为标准大气压；
步骤四、在Euler-Euler模型中设置至少三组不同粘性系数的水泥浆液模型，然后对水泥浆液模型进行流动度试验模拟，并记录不同粘性系数下水泥浆液的流动状态和流动度试验的数据；直至得到一组水泥浆液模型的流动度试验数据与步骤二中水泥浆液的流动度试验数据差值小于0.1s，此时这组水泥浆液模型的粘性系数即为步骤一中的水泥浆液的粘性系数；进行流动度试验模拟的水泥浆液模型的粘性系数在3Pa·s～6Pa·s范围内选取。
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