CN113310847A - 一种考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算方法 - Google Patents

一种考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算方法，属于岩石工程技术领域。本发明配制不同水灰比的宾汉型水泥浆液并放置不同时间；对不同放置时间的不同水灰比的宾汉型水泥浆液进行流变试验，得到不同放置时间的不同水灰比的宾汉型水泥浆液流变曲线；根据宾汉型水泥浆液流变曲线，根据时间与水灰比对宾汉型水泥浆液流变参数的影响效应，结合宾汉型浆液本构方程，拟合得到考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算式。

Description

一种考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数 计算方法
技术领域
本发明涉及一种考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算方法，属于岩石工程技术领域。
背景技术
水泥作为一种成本低廉与性能良好的无机胶凝材料，在当前的公路、隧道、边坡、地基、铁路、建筑、矿山及水利等众多工程领域得到了非常广泛地应用。相对工程实践，并不知晓时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数的影响，然而，水泥浆液流变性对其在岩土体中的迁移扩散和工程效果具有非常重要的影响。
发明内容
本发明针对现有技术对宾汉型浆液流变参数研究的不足，提供一种考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算方法，本发明基于宾汉型水泥浆液，分析时间、水灰比对宾汉型水泥浆液流变参数的影响作用，探索时间与水灰比耦合效应对宾汉型水泥浆液塑性粘度、屈服应力的定量变化关系模型，构建出了考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算方法，可为开展其迁移扩散运动机制研究提供理论基础，也可为实践工程设计提供技术支撑。
一种考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算方法，具体步骤如下：
(1)配制不同水灰比的宾汉型水泥浆液并放置不同时间；
(2)对步骤(1)不同放置时间的不同水灰比的宾汉型水泥浆液进行流变试验，得到不同放置时间的不同水灰比的宾汉型水泥浆液流变曲线；
(3)根据步骤(2)宾汉型水泥浆液流变曲线，根据时间与水灰比对宾汉型水泥浆液流变参数的影响效应，结合宾汉型浆液本构方程，拟合得到考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算式为
τ＝764.33e-6.983w+0.025e0.026t-0.334wγ
其中，τ为剪切应力，w为水灰比，t为时间，γ为剪切速率。
所述步骤(1)宾汉型水泥浆液的水灰比计算式为
Figure BDA0003084959970000011
其中，w为水灰比，m水为宾汉型水泥浆液所需水的质量，m水泥为宾汉型水泥浆液所需水泥的质量。
所述步骤(3)时间与水灰比对宾汉型水泥浆液流变参数的影响效应为
τ0＝764.33e-6.983w
μp＝0.025e0.026t-0.334w
其中，t为时间，τ0为宾汉型水泥浆液屈服应力，μp为宾汉型水泥浆液的塑性黏度。
所述步骤(3)宾汉型水泥浆液本构方程为
τ＝τ0+μpγ
其中，τ0为宾汉型水泥浆液屈服应力，μp为宾汉型水泥浆液的塑性黏度，γ为剪切速率。
本发明的有益效果是：
(1)本发明基于宾汉型水泥浆液，分析时间、水灰比对宾汉型水泥浆液流变参数的影响作用，探索时间与水灰比耦合效应对宾汉型水泥浆液塑性粘度、屈服应力的定量变化关系模型，构建出了考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算方法，可为开展其迁移扩散运动机制研究提供理论基础，也可为实践工程设计提供技术支撑；
(2)本发明可为精确获得实践工程中配置的宾汉型浆液流变参数，而且还能得到宾汉型浆液流变参数与时间、水灰比的变化规律。
附图说明
图1为水灰比ω＝0.80时，不同放置时间的宾汉型水泥浆液的流变曲线；
图2为水灰比ω＝1.10时，不同放置时间的宾汉型水泥浆液流变曲线；
图3为水灰比ω＝1.25时，不同放置时间的宾汉型水泥浆液流变曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：一种考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算方法，具体步骤如下：
(1)配制不同水灰比(0.80～1.25)的宾汉型水泥浆液并放置不同时间；宾汉型水泥浆液的水灰比计算式为
Figure BDA0003084959970000021
其中，w为水灰比，m水为宾汉型水泥浆液所需水的质量，m水泥为宾汉型水泥浆液所需水泥的质量；
(2)采用NXS–11A型旋转粘度计对步骤(1)不同放置时间的不同水灰比的宾汉型水泥浆液进行流变试验，得到不同放置时间的不同水灰比的宾汉型水泥浆液流变曲线；
(3)根据步骤(2)宾汉型水泥浆液流变曲线，根据时间与水灰比对宾汉型水泥浆液流变参数的影响效应，时间与水灰比对宾汉型水泥浆液流变参数的影响效应为
τ0＝764.33e-6.983w
μp＝0.025e0.026t-0.334w
其中，t为时间，τ0为宾汉型水泥浆液屈服应力，μp为宾汉型水泥浆液的塑性黏度；
结合宾汉型浆液本构方程，宾汉型水泥浆液本构方程为
τ＝τ0+μpγ
其中，τ0为宾汉型水泥浆液屈服应力，μp为宾汉型水泥浆液的塑性黏度，γ为剪切速率；
拟合得到考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算式为
τ＝764.33e-6.983w+0.025e0.026t-0.334wγ
其中，τ为剪切应力，w为水灰比，t为时间，γ为剪切速率。
实施例2：一种考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算方法，具体步骤如下：
(1)选用昆明水泥厂生产的#32.5号普通硅酸盐水泥，配制不同水灰比(0.80、0.90、1.00、1.10和1.25)的宾汉型水泥浆液并放置不同时间(0即浆液配置完成时刻、5、10、20、30及60min)；宾汉型水泥浆液的水灰比计算式为
Figure BDA0003084959970000031
其中，w为水灰比，m水为宾汉型水泥浆液所需水的质量，m水泥为宾汉型水泥浆液所需水泥的质量；
(2)采用NXS–11A型旋转粘度计对步骤(1)不同放置时间的不同水灰比的宾汉型水泥浆液进行流变试验，得到不同放置时间的不同水灰比的宾汉型水泥浆液流变曲线(见图1～3)；
(3)根据步骤(2)宾汉型水泥浆液流变曲线(图1～3)，宾汉型水泥浆液本构方程为
τ＝τ0+μpγ
其中，τ0为宾汉型水泥浆液屈服应力，μp为宾汉型水泥浆液的塑性黏度，γ为剪切速率；
表1不同水灰比的宾汉型浆液流变方程式为
Figure BDA0003084959970000041
选用线性模型、对数模型、指数模型与幂函数模型，采用数值分析方法探讨时间与水灰比耦合效应对宾汉型水泥浆液塑性粘度的定量变化关系；
时间与水灰比均对宾汉型水泥浆液塑性粘度μp具有显著性影响，时间-水灰比耦合效应与宾汉型水泥浆液塑性粘度间的4种定量变化关系模型见下表，
拟合优度越大，则表明拟合模型的拟合优度越好，则时间-水灰比耦合效应与宾汉型水泥浆液塑性粘度的定量变化关系模型选用指数模型(见表2)；
表2时间-水灰比耦合效应与宾汉型水泥浆液塑性粘度间的4种定量变化关系模型
Figure BDA0003084959970000042
水灰比对宾汉型水泥浆液屈服应力具有显著影响，而时间对其不具有显著影响，因此在分析时间与水灰比耦合效应对宾汉型水泥浆液屈服应力定量变化关系时，仅考虑水灰比对其的影响作用；水灰比与宾汉型水泥浆液屈服应力间的4种定量变化关系模型见表3，
表3水灰比与宾汉型水泥浆液屈服应力间的4种定量变化关系模型
Figure BDA0003084959970000043
Figure BDA0003084959970000051
拟合优度越大，则表明拟合模型的拟合优度越好，则时间-水灰比耦合效应与宾汉型水泥浆液屈服应力的定量变化关系模型选用指数模型；
时间与水灰比对宾汉型水泥浆液流变参数的影响效应为
τ0＝764.33e-6.983w
μp＝0.025e0.026t-0.334w
其中，t为时间，τ0为宾汉型水泥浆液屈服应力，μp为宾汉型水泥浆液的塑性黏度；
结合宾汉型浆液本构方程，宾汉型水泥浆液本构方程为
τ＝τ0+μpγ
其中，τ0为宾汉型水泥浆液屈服应力，μp为宾汉型水泥浆液的塑性黏度，γ为剪切速率；
拟合得到考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算式为
τ＝764.33e-6.983w+0.025e0.026t-0.334wγ
其中，τ为剪切应力，w为水灰比，t为时间，γ为剪切速率。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)配制不同水灰比的宾汉型水泥浆液并放置不同时间；
(2)对步骤(1)不同放置时间的不同水灰比的宾汉型水泥浆液进行流变试验，得到不同放置时间的不同水灰比的宾汉型水泥浆液流变曲线；
(3)根据步骤(2)宾汉型水泥浆液流变曲线，根据时间与水灰比对宾汉型水泥浆液流变参数的影响效应，结合宾汉型浆液本构方程，拟合得到考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算式为
τ＝764.33e-6.983w+0.025e0.026t-0.334wγ
其中，τ为剪切应力，w为水灰比，t为时间，γ为剪切速率。
2.根据权利要求1所述考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算方法，其特征在于：步骤(1)宾汉型水泥浆液的水灰比计算式为
Figure FDA0003084959960000011
其中，w为水灰比，m水为宾汉型水泥浆液所需水的质量，m水泥为宾汉型水泥浆液所需水泥的质量。
3.根据权利要求1所述考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算方法，其特征在于：步骤(3)时间与水灰比对宾汉型水泥浆液流变参数的影响效应为
τ0＝764.33e-6.983w
μp＝0.025e0.026t-0.334w
其中，t为时间，τ0为宾汉型水泥浆液屈服应力，μp为宾汉型水泥浆液的塑性黏度。
4.根据权利要求1或3所述考虑时间与水灰比耦合效应的宾汉型水泥浆液流变参数计算方法，其特征在于：步骤(3)宾汉型水泥浆液本构方程为
τ＝τ0+μpγ
其中，τ0为宾汉型水泥浆液屈服应力，μp为宾汉型水泥浆液的塑性黏度，γ为剪切速率。
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