1、收 稿 日 期：2 0 2 2 1 1 1 3C F D 自 密 实 混 凝 土 泵 送 性 能 模 拟 研 究 进 展赵 军，曾 庆 生（南 华 大 学 机 械 工 程 学 院，湖 南 衡 阳 4 2 1 0 0 1）摘 要：自 密 实 混 凝 土（S C C）因 其 更 好 的 可 泵 性 被 广 泛 用 于 混 凝 土 泵 送 施 工。由 于 成 本 高、耗 时 久、且 结 果 可 重 复 性 较 低，混 凝土 的 泵 送 性 能 实 验 研 究 已 逐 渐 被 数 值 模 拟 研 究 所 取 代。本 文 综 述 了 自 密 实 混 凝 土 泵 送 规 律 的 近 期 研 究 成 果。归
2、 纳 了 S C C 在 泵 送 管道 流 动 过 程 中 流 速、压 力 损 失 等 的 变 化 规 律。讨 论 了 自 密 实 混 凝 土 在 泵 送 过 程 中 的 流 变 规 律。综 述 了 自 密 实 混 凝 土 的 流 变 模 型 在国 内 外 的 研 究 进 程，分 析 了 相 关 自 密 实 混 凝 土 模 型 的 验 证 与 改 良 及 对 一 些 自 密 实 混 凝 土 的 流 变 性 测 试 方 法 进 行 了 统 分。除 对 自 密实 混 凝 土 的 流 变 模 型 进 行 分 析 外，还 描 述 了 自 密 实 混 凝 土 在 泵 送 前 后 的 流 变 性 能 的
3、差 异。阐 述 了 自 密 实 混 凝 土 微 观 状 态 下 的 D E M模 型 对 坍 落 度 试 验 的 帮 助，对 目 前 较 为 认 可 的 自 密 实 混 凝 土 泵 送 规 律 评 估 模 型 作 了 评 述。结 果 表 明 自 密 实 混 凝 土 在 泵 送 过 程 在C F D 的 模 拟 下 节 省 了 大 量 的 人 力 物 力，C F D 自 密 实 混 凝 土 的 泵 送 模 拟 发 展 还 要 再 进 一 步 完 善，目 前 的 流 变 模 型 能 够 准 确 地 预 测 混凝 土 的 泵 送，但 要 想 得 到 一 个 最 佳 的 参 数 还 需 要 大 量 验
4、 证 试 验 去 减 小 误 差，C F D 自 密 实 混 凝 土 的 模 拟 还 需 要 去 不 断 完 善。关 键 词：C F D；自 密 实 混 凝 土；流 变 模 型中 图 分 类 号：U 2 6 4.7 文 献 标 志 码：A 文 章 编 号：1 0 0 9 9 4 9 2(2 0 2 3)0 3 0 0 5 2 0 5R e s e a r c h P r o g r e s s o n C F D S e l f-c o m p a c t i n g C o n c r e t e P u m p i n gP e r f o r m a n c e S i m u l a
5、t i o nZ h a o J u n，Z e n g Q i n g s h e n g（S c h o o l o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,U n i v e r s i t y o f S o u t h C h i n a,H e n y a n g,H u n a n 4 2 1 2 0 0,C h i n a）A b s t r a c t:S e l f-c o m p a c t i n g c o n c r e t e(S C C)i s w i d e l y u s e d i n c o n c r e
6、 t e p u m p i n g c o n s t r u c t i o n b e c a u s e o f i t s b e t t e r p u m p a b i l i t y.T h ee x p e r i m e n t a l s t u d y o f p u m p i n g p e r f o r m a n c e o f c o n c r e t e h a s b e e n g r a d u a l l y r e p l a c e d b y n u m e r i c a l s i m u l a t i o n r e s e a
7、r c h d u e t o h i g h c o s t,l o n gt i m e-c o n s u m i n g,a n d l o w r e p r o d u c i b i l i t y o f r e s u l t s.T h e r e c e n t r e s e a r c h r e s u l t s o f s e l f-c o m p a c t i n g c o n c r e t e p u m p i n g l a w w e r e r e v i e w e d.T h ec h a n g e s o f f l o w v e
8、l o c i t y a n d p r e s s u r e l o s s o f S C C i n t h e f l o w p r o c e s s o f p u m p i n g p i p e l i n e w e r e r e v i e w e d.T h e r h e o l o g i c a l l a w o f s e l f-c o m p a c t i n g c o n c r e t e i n t h e p u m p i n g p r o c e s s w a s d i s c u s s e d.T h e r e s e
9、a r c h p r o c e s s o f r h e o l o g i c a l m o d e l s o f s e l f-c o m p a c t i n g c o n c r e t e a t h o m ea n d a b r o a d w a s r e v i e w e d,a n d t h e v e r i f i c a t i o n a n d i m p r o v e m e n t o f r e l a t e d s e l f-c o m p a c t i n g c o n c r e t e m o d e l s w e
10、 r e a n a l y z e d.T h e r h e o l o g i c a l t e s tm e t h o d s o f s o m e s e l f-c o m p a c t i n g c o n c r e t e w e r e d i v i d e d.I n a d d i t i o n t o t h e a n a l y s i s o f t h e r h e o l o g i c a l m o d e l o f s e l f-c o m p a c t i n g c o n c r e t e,t h ed i f f e r
11、 e n c e i n r h e o l o g i c a l p r o p e r t i e s o f s e l f-c o m p a c t i n g c o n c r e t e b e f o r e a n d a f t e r p u m p i n g w a s a l s o d e s c r i b e d.T h e D E M m o d e l i n t h e m i c r o s t a t eo f s e l f-c o m p a c t i n g c o n c r e t e i n t h e s l u m p t e
12、s t w a s d e s c r i b e d.T h e c u r r e n t l y r e c o g n i z e d e v a l u a t i o n m o d e l o f s e l f-c o m p a c t i n g c o n c r e t e p u m p i n gl a w w a s r e v i e w e d.T h e r e s u l t s s h o w t h a t s e l f-c o m p a c t i n g c o n c r e t e i n t h e p u m p i n g p r o
13、 c e s s i n t h e C F D s i m u l a t i o n s a v e s a l o t o f m a n p o w e r a n dm a t e r i a l r e s o u r c e s,C F D s e l f-c o m p a c t i n g c o n c r e t e p u m p i n g s i m u l a t i o n d e v e l o p m e n t t o b e f u r t h e r i m p r o v e d,t h e c u r r e n t r h e o l o g
14、i c a l m o d e l c a na c c u r a t e l y p r e d i c t t h e p u m p i n g o f c o n c r e t e,i n o r d e r t o o b t a i n a n o p t i m a l p a r a m e t e r a l s o n e e d t o d o a l o t o f v e r i f i c a t i o n t e s t s t o r e d u c e t h e e r r o r,C F D s e l f-c o m p a c t i n g c
15、 o n c r e t e s i m u l a t i o n a l s o n e e d s t o b e c o n t i n u o u s l y i m p r o v e d.K e y w o r d s:C F D;s e l f-c o m p a c t i n g c o n c r e t e;r h e o l o g i c a l m o d e l s2 0 2 3 年 0 3 月第 5 2 卷 第 0 3 期M a r.2 0 2 3V o l.5 2 N o.0 3机 电 工 程 技 术M E C H A N I C A L&E L E C T
16、 R I C A L E N G I N E E R I N G T E C H N O L O G YD O I:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 9-9 4 9 2.2 0 2 3.0 0.0 3 0 3 3赵 军，曾 庆 生.C F D 自 密 实 混 凝 土 泵 送 性 能 模 拟 研 究 进 展 J.机 电 工 程 技 术，2 0 2 3，5 2（0 3）：5 2-5 6.0 引 言混 凝 土 泵 送 的 起 源 可 以 追 溯 到 2 0 世 纪 3 0 年 代，于1 9 2 7 年 在 德 国 推 出，于 2 0 世 纪 8 0 年 代 在 我 国 开 始
17、推 广。如 今，我 国 混 凝 土 泵 送 技 术 已 大 范 围 运 用 在 工 程 建 筑 中，在 超 高 层 建 筑 和 大 跨 桥 梁 建 设 领 域 的 使 用 尤 为 广 泛。泵送 混 凝 土 不 仅 可 以 大 幅 度 缩 短 建 设 时 间，还 可 以 泵 送 到许 多 人 工 难 以 浇 筑 的 地 方。经 过 4 0 年 的 探 索，我 国 积 累了 大 量 的 混 凝 土 泵 送 经 验，如 超 高 程 泵 送 混 凝 土 的 配 制与 施 工 技 术 1-2（如 图 1 所 示）、混 凝 土 泵 送 过 程 压 力 变 化规 律 3-4、混 凝 土 可 泵 性 简 易
18、评 价 方 法 等 5-6。现 代 混 凝土 的 泵 送 性 能 主 要 依 赖 坍 落 度，压 力 泌 水 试 验 等 经 验 性参 数 和 大 型 的 盘 管 试 验，这 些 试 验 费 时 费 力，严 重 制 约现 代 施 工 技 术 的 发 展。因 此 需 要 提 出 合 理 的 混 凝 土 泵 送规 律 评 估 模 型 和 测 试 方 法。对 于 混 凝 土 的 泵 送 规 律 研 究 并 不 多，主 要 针 对 泵 送前 的 混 凝 土 7。经 过 泵 送 后，混 凝 土 的 许 多 性 质 都 会 发 5 2生 改 变，其 中 混 凝 土 的 流 变 性 变 化 最 大，即 屈
19、服 应 力 与塑 性 黏 度 的 变 化 最 为 明 显 8。此 外 还 有 对 泵 送 中 的 混 凝土 单 位 长 度 的 泵 压 损 失 研 究 9。现 代 科 学 技 术 对 混 凝 土的 泵 送 研 究 主 要 基 于 C F D 计 算。本 文 主 要 总 结 了 自 密 实混 凝 土（S e l f-c o m p a c t i n g C o n c r e t e，S C C）的 泵 送 规 律 研究 进 展，并 展 望 了 未 来 的 自 密 实 混 凝 土 泵 送 的 研 究。1 国 内 外 研 究 现 状自 密 实 混 凝 土 最 早 由 日 本 学 者 提 出。自
20、密 实 混 凝 土的 流 动 性 能 较 为 优 异，在 1 9 8 8 年 试 制 成 功 后 得 到 了 广 泛应 用，其 中 应 用 较 多 的 是 高 程 泵 送 和 远 距 离 泵 送 1 0。混凝 土 的 质 量、原 材 料、高 效 减 水 剂、粉 煤 灰 等 的 加 入 会使 自 密 实 混 凝 土 的 性 能 在 泵 送 过 程 中 发 生 变 化。泵 送 技术 不 仅 用 于 施 工 现 场 的 混 凝 土 运 输，而 且 已 经 成 为 预 制混 凝 土 工 厂 自 动 化 混 凝 土 交 付 和 浇 筑 的 趋 势。现 代 泵 送技 术 的 迅 速 发 展 使 得 泵 送
21、 稠 度 较 高 的 混 凝 土 成 为 可 能，但 最 适 合 泵 送 的 仍 然 是 容 易 流 动，不 太 粘 的 混 凝 土。如今，新 一 代 混 凝 土 通 常 由 粘 合 剂、骨 料、添 加 剂、外 加剂、水 和 空 气 6 种 成 分 组 成。自 密 实 混 凝 土 具 有 比 传 统混 凝 土 更 高 的 黏 度 和 黏 性 1 1。接 下 来 主 要 介 绍 自 密 实 混凝 土 的 流 变 模 型，C F D 自 密 实 混 凝 土 的 泵 送 仿 真 模 型 及泵 送 规 律。2 S C C 流 变 性 研 究 进 展2.1 S C C 自 密 实 混 凝 土 流 变 模
22、 型自 密 实 混 凝 土 一 般 被 视 为 宾 汉 姆 流 体。宾 汉 姆 流 体由 F y e s 1 2 等 提 出，是 美 国 学 者 E.C.B i n g h a m 最 早 发 现 并 给出 表 征 该 模 型 的 两 个 重 要 参 数：屈 服 应 力 和 塑 性 黏 度。宾 汉 姆 模 型 由 理 想 的 圣 维 南 体 和 理 想 牛 顿 流 体 组 成。在T a t 1 3 的 研 究 中，宾 汉 姆 模 型 可 以 准 确 描 述 新 拌 混 凝 土 的流 变 性 能；C h o n g H u 1 4 提 出，当 新 拌 混 凝 土 的 坍 落 度 大于 8 c m
23、 时 且 没 有 发 生 严 重 离 析 时，可 将 其 视 为 宾 汉 姆 材料。宾 汉 姆 模 型 是 由 弹 性 元 件，粘 性 元 件，塑 性 元 件 组成。其 表 达 式 为：=0+p 当 0=0 当 0（1）式 中：为 剪 切 应 力；0为 屈 服 应 力；p为 塑 性 黏 度；为 剪 切 应 变 率。当 0时 自 密 实 混 凝 土 为 固 态，当 0时 自 密 实混 凝 土 的 内 部 结 构 被 破 坏，进 入 液 态，按 牛 顿 黏 性 规 律流 动。因 此 自 密 实 混 凝 土 的 泵 送 过 程 中 需 要 时 刻 施 加 一个 外 力 使 其 保 持 流 动 状 态
24、。F e y s 等 1 5-1 6 发 现，采 用 宾 汉 姆 模 型 研 究 自 密 实 混 凝土 的 泵 送 时，由 于 剪 切 速 率 的 增 加 会 使 自 密 实 混 凝 土 产生 明 显 的 黏 度 增 稠，最 终 导 致 剪 切 应 力 和 剪 切 速 率 不 满足 线 性 关 系。于 是 提 出 了 改 进 的 宾 汉 姆 模 型。=0+p()v t+c()t2（2）式 中：/t 为 速 度 梯 度；c 为 第 二 调 整 系 数，P a s2。F.d e L a r r a r d 等 1 7 研 究 混 凝 土 模 型 时 发 现 剪 切 应 力 和剪 切 速 率 呈 非
25、 线 性 关 系，提 出 了 标 准 的 H e r s c h e l-B u l k l e y 模 型，流 变 特 征 曲线 如 图 2 所 示。该 模 型 使 用 了 剪 切 应力、速 度 梯 度、屈 服 应 力 3个 流 变 参 数 描 述 了 自 密 实混 凝 土 的 流 变 特 性：=0+a()tb（3）式 中：a 为 一 致 性 因 素；b 为 幂 律 指 数。F e y s 等 认 为 自 密 实 混 凝 土 的 幂 律 指 数 通 常 大 于 1，表 现 为 剪 切 增 稠 型，用 H-B 模 型 描 述 自 密 实 混 凝 土 的 流变 性 更 为 准 确。2.2 混 凝
26、 土 流 变 性 研 究 测 试 方 法 研 究 进 展自 密 实 混 凝 土 的 测 试 方 法 有 很 多，最 初 的 传 统 测 试方 法 是 通 过 现 场 试 验 定 性 评 估 自 密 实 混 凝 土 的 流 变 性，比 如 坍 落 度 试 验（图 3）、V 型 漏 斗 试 验、L 箱 试 验 等。它 们 都 是 通 过 控 制 自 密 实 混 凝 土 材 料 本 身 的 性 质 来 探 究自 密 实 混 凝 土 的 流 变 性。其 他 的 流 变 性 研 究 测 试 方 法 还有 使 用 流 变 仪（图 4），黏 度 计 等 或 者 通 过 理 论 流 变 学 方程 来 计 算
27、混 凝 土 的 塑 性 黏 度 和 屈 服 应 力 值。这 类 方 法 统称 为 定 量 预 测。定 性 评 估 和 定 量 预 测 是 自 密 实 混 凝 土 流变 性 测 试 方 法 的 两 大 分 类 1 8。定 性 测 试 是 通 过 相 关 的 流变 实 验 来 进 行，利 用 的 仪 器 比 较 简 便，不 论 是 在 实 验 室还 是 在 施 工 现 场 都 能 进 行，但 只 能 测 试 出 自 密 实 混 凝 土的 流 变 性 能，不 能 建 立 流 变 性 与 泵 送 过 程 中 的 流 速、泵压 损 失、物 料 比 等 参 数 的 准 确 的 函 数 关 系。定 量 评
28、估 是通 过 专 业 的 流 变 性 评 估 仪 器 来 评 判 混 凝 土 的 流 变 性，其预 测 结 果 较 为 准 确，受 外 界 影 响 较 小，比 较 精 确，还 能通 过 控 制 混 凝 土 的 相 关 参 数 来 记 录 流 变 性 的 变 化，常 用来 探 究 自 密 实 混 凝 土 泵 送 的 规 律。图 1 混 凝 土 高 程 泵 送 施 工图 2 幂 律 流 体 流 变 特 征 曲 线 1 7 赵 军，曾 庆 生：C F D 自 密 实 混 凝 土 泵 送 性 能 模 拟 研 究 进 展 5 33 C F D 自 密 实 混 凝 土 泵 送 数 值 模 拟 研 究 进
29、展数 值 模 拟 是 利 用 计 算 机 来 做 仿 真 试 验，通 过 计 算 机控 制 不 同 参 数 模 拟 混 凝 土 的 泵 送 过 程。通 过 数 值 模 拟 可以 比 较 直 观 地 发 现 自 密 实 混 凝 土 的 泵 送 规 律。1 9 8 8 年 T a n g a w a 等 1 9 最 先 采 用 有 限 单 元 法 来 模 拟 混凝 土 泵 送，利 用 宾 汉 姆 流 变 模 型 的 粘 塑 性 模 拟 了 均 一 连续 介 质 状 态 的 混 凝 土，非 均 一 连 续 的 自 密 实 混 凝 土 则 使用 宾 汉 姆 模 型 的 粘 塑 性 悬 浮 单 元 法
30、进 行 模 拟。1 9 9 9 年，P u r i 和 U o m o t o 2 0 提 出 更 严 谨 的 试 验 方 法：将 混 凝 土 视 作液 固 共 存 的 多 相 材 料 使 用 离 散 单 元 法 开 展 坍 落 度 流 变 实验 和 V 型 槽 试 验，将 砂 浆 视 为 外 层 粘 结 剂 而 粗 骨 料 作 为球 形 颗 粒 单 元 的 核 心 部 分。R o u s s e l 等 2 1 基 于 宾 汉 姆 流 变模 型 的 三 维 结 构 的 粘 弹 塑 性 模 拟 了 新 拌 混 凝 土 的 流 动，同 时 做 了 相 应 的 验 证 试 验 来 相 对 照 验
31、证。T h r a n e 2 2 利 用了 纳 维 斯 托 克 斯 方 程 中 的 伽 辽 金 有 限 单 元 法 公 式 模 拟 了全 尺 寸 自 密 实 混 凝 土 墙 的 浇 筑 试 验，并 进 行 了 带 有 钢 筋和 无 钢 筋 墙 的 F I D A P 软 件 模 拟。D u f o u r 2 3 等 采 用 了 带 有拉 格 朗 日 积 分 点 的 有 限 元 方 法(F E M L I P)，将 计 算 节 点 与材 料 节 点 分 开，并 将 混 凝 土 模 拟 成 由 砂 浆 和 粗 骨 料 构 成的 非 均 质 材 料。近 年 来，F e y s 等 发 现 S C
32、 C 为 剪 切 增 稠 型 材 料 1 5-1 6，用 幂 律 流 体 表 示 更 为 合 适。杜 新 光 等 2 4 采 用 拉 格 朗 日 有限 单 元 法，使 用 流 固 耦 合 的 方 法 分 别 对 高 性 能 混 凝 土 和自 密 实 混 凝 土 坍 落 度 试 验 建 立 仿 真 模 型 并 进 行 了 模 拟 仿真，最 后 将 试 验 数 据 与 已 有 的 文 献 对 比 验 证。段 化 垒 2 5 采 用 计 算 流 体 力 学 软 件 对 新 拌 自 密 实 混 凝 土 坍 落 度 试 验、L 箱 试 验（图 5）和 V 型 箱 试 验 进 行 了 数 值 仿 真，通
33、过 控制 水 灰 比、减 水 剂、和 砂 浆 率 的 参 数 来 确 定 新 拌 混 凝 土的 工 作 性 能。李 靖 祺 和 徐 伟 2 6 采 用 C F D 中 的 多 相 流 模型，基 于 有 限 体 积 法（V o l u m e o f F l u i d，V O F）中 的 界 面追 踪 算 法 对 自 密 实 混 凝 土 的 流 动 进 行 仿 真 模 拟，并 通 过与 L 型 箱 试 验 对 比 验 证 H-B 模 型 在 进 行 S C C 流 动 模 拟 上的 可 行 性。李 靖 祺 在 前 人 的 基 础 上 采 用 了 H-B 模 型 对 模 板 内 的自 密 实 混
34、 凝 土 的 流 动 进 行 了 仿 真 模 拟，结 合 相 关 的 流 变参 数 分 析 给 自 密 实 混 凝 土 的 泵 送 提 供 了 较 多 的 依 据。同时 也 做 了 宾 汉 姆 模 型 的 自 密 实 混 凝 土 在 L 箱 的 二 维 流 变实 验，结 果 表 明 宾 汉 姆 模 型 的 误 差 比 自 密 H-B 模 型 的 平均 误 差 更 大，H-B 模 型 更 加 适 合 作 为 自 密 实 混 凝 土 的 流变 模 型，如 图 6 所 示。这 可 以 从 幂 律 流 体 流 变 特 征 曲 线做 出 很 好 的 解 释，当 指 数 为 1 时，H-B 模 型 可 简
35、 化 为 宾汉 姆 模 型。同 时，使 用 H-B 模 型 可 以 解 决 S C C 在 流 变 参数 的 回 归 分 析 中 经 常 出 现 负 屈 服 应 力 的 问 题，提 高 流 动模 拟 中 的 稳 定 性 和 可 靠 性。李 悦 2 7 将 自 密 实 混 凝 土 视 作 连 续 体 用 F l u e n t 软 件 建立 了 新 拌 自 密 实 混 凝 土 流 变 性 研 究，开 展 了 自 密 实 混 凝土 在 泵 管 中 的 泵 送 模 拟 实 验，如 图 7 所 示，试 验 过 程 中将 自 密 实 混 凝 土 视 作 单 相 流 和 两 相 流 分 别 给 出 相 应
36、 的 仿真 模 拟，探 究 了 混 凝 土 在 泵 送 过 程 中 的 流 速、压 力 分 布、单 位 压 力 损 失 的 变 化 规 律，结 果 表 明 随 着 自 密 实 混 凝 土流 速 的 增 大，自 密 实 混 凝 土 泵 送 过 程 中 的 沿 程 压 力 不 断增 大，管 道 中 的 单 位 压 力 损 失 呈 增 大 趋 势。魏 子 易 2 8 利用 C F D 模 拟 了 自 密 实 混 凝 土 在 泵 送 过 程，分 析 了 其 中 的泵 送 压 力 损 失 及 相 关 的 流 变 规 律，并 将 模 拟 结 果 与 实 验值 进 行 对 比，结 果 表 明，S S T k
37、-湍 流 模 型 对 自 密 实 混凝 土 的 适 应 性 很 高，能 够 准 确 预 测 混 凝 土 泵 送 压 力 损 失，粘 度 是 影 响 泵 压 损 失 的 主 要 因 素，单 位 长 度 的 泵 压 损 失与 黏 度 成 正 比，黏 度 越 大，混 凝 土 由 于 剪 切 作 用 受 到 的阻 力 越 大，导 致 泵 压 损 失 增 大；泵 压 损 失 随 着 屈 服 应 力的 增 大 而 减 小，且 在 混 凝 土 屈 服 应 力 小 于 1 5 0 P a 时，随图 3 坍 落 度 试 验 原 理 图 4 混 凝 土 流 变 仪图 5 L 箱 模 拟 试 验 2 5 图 6 模
38、 拟 和 实 验 的 泵 压 损 失 值 比 2 7 图 7 自 密 实 混 凝 土 泵 送 仿 真 试 验 步 骤2 0 2 3 年 0 3 月 机 电 工 程 技 术 第 5 2 卷 第 0 3 期 5 4着 屈 服 应 力 的 增 大，泵 压 损 失 降 低 程 度 更 显 著，当 屈 服应 力 大 于 1 5 0 P a 时，其 对 泵 压 损 失 的 影 响 不 明 显。S e b a s t i e n R e m o n d 2 9 利 用 E D E M 软 件 设 计 了 一 种 新 的模 拟 混 凝 土 流 动 的 D E M 模 型，模 型 由 硬 芯 和 软 壳 模 型
39、 组成。相 互 作 用 基 于 传 统 用 于 颗 粒 流 模 拟 的 模 型 力，硬 芯表 示 粗 骨 料 接 触 时 的 相 互 作 用。软 壳 表 示 相 互 作 用 时 描述 粗 骨 料 之 间 砂 浆 的 剪 切。软 壳 之 间 允 许 有 较 大 的 重 叠，从 而 得 以 计 算 骨 料 表 面 之 间 的 近 似 剪 切 速 率。然 后，考虑 砂 浆 的 流 变 特 性 计 算 软 壳 之 间 的 切 向 力。新 拌 混 凝 土被 描 述 为 由 两 个 同 心 球 形 颗 粒 组 成 的 颗 粒 集 合。内 部 球体 表 示 粗 骨 料；外 部 球 体 表 示 一 层 砂 浆
40、 与 骨 料 一 起 移 动。新 拌 混 凝 土 被 描 述 为 由 代 表 粗 骨 料 的 球 形 硬 颗 粒 组 成 的复 合 颗 粒 的 集 合，粗 骨 料 被 代 表 砂 浆 的 同 心 球 形 层 包 围。进 行 了 两 种 模 拟：在 C o u e t t e 几 何 结 构 中 进 行 的 流 变 模 拟和 坍 落 度 试 验 模 拟。流 变 模 拟 表 明，模 拟 混 凝 土 的 流 变行 为 可 以 用 宾 汉 模 型 近 似。所 使 用 的 力 模 型 允 许 在 混 凝土 流 变 特 性 和 模 拟 混 凝 土 流 变 特 性 之 间 建 立 直 接 关 系。坍 落 度
41、 试 验 模 拟（图 8）表 明，该 模 型 能 够 描 述 混 凝 土在 流 动 过 程 中 的 形 状。Z i g e n g W a n g 和 J i H a o 等 3 0 考 虑 了 欧 拉 方 法 和 宾 汉 本构 关 系，以 混 凝 土 性 能 的 测 量 值 为 输 入 参 数，模 拟 了 超高 层 建 筑 混 凝 土 的 水 平 盘 管 试 验（图 9）和 泵 送 试 验。根 据 试 验 参 数 C F D 欧 拉 模 型 和 宾 汉 姆 结 构 模 型 关 系能 够 准 确 描 述 混 凝 土 在 泵 管 中 的 流 动 行 为。超 高 层 建 筑混 凝 土 水 平 盘
42、管 试 验 和 泵 送 试 验 的 模 拟 相 对 误 差 分 别 为2.0 2%和 2.7 2%。通 过 模 拟 结 果 可 知，混 凝 土 在 泵 管 中 流动 时 形 成 的 润 滑 层 厚 度 约 为 2 m m，这 与 混 凝 土 配 合 比、流 变 特 性 和 泵 送 速 度 的 相 关 性 很 低。随 着 距 泵 管 进 口 距离 的 增 加，润 滑 层 的 速 度 梯 度 逐 渐 减 小。屈 服 层 中 混 凝土 的 速 度 梯 度 逐 渐 增 大，屈 服 层 的 厚 度 也 随 之 增 大。塞层 中 混 凝 土 的 流 速 增 加，但 塞 层 厚 度 逐 渐 减 小。混 凝
43、土在 水 平 管 道 中 流 动 约 6 m 后 趋 于 稳 定，此 后 这 些 指 标 没有 变 化。自 密 实 混 凝 土 泵 送 水 平 盘 管 仿 真 如 图 1 0 所 示。4 结 束 语自 密 实 混 凝 土 是 现 代 发 展 的 进 步 的 产 物，被 称 为 近几 十 年 建 筑 性 技 术 的 革 命 性 的 发 展，具 有 广 泛 的 应 用 前景。本 文 从 流 变 学 的 角 度 回 顾 新 拌 自 密 实 混 凝 土 工 作 性研 究。可 以 把 研 究 工 作 归 纳 为 新 拌/自 密 实 混 凝 土 泵 送 规律 研 究 关 系 图（流 变 参 数 中 心 法
44、 则，如 图 1 1 所 示）。自 密 实 混 凝 土 流 变 参 数 的 研 究 是 探 究 混 凝 土 泵 送 规律 的 核 心，从 微 观 到 宏 观 一 步 一 步 地 探 究 分 析，以 自 密实 混 凝 土 的 组 成、流 变 模 型、物 理 化 学 分 析 等 为 基 础，数 值 模 拟 为 方 法 来 探 究 自 密 实 混 凝 土 的 泵 送 规 律，这 是现 代 技 术 发 展 的 趋 势。（1）流 变 模 型 的 研 究 过 程 从 宾 汉 姆 模 型、改 进 宾汉 姆 模 型、H-B 模 型 发 展 到 卡 森 模 型，未 来 的 模 型 探究 发 展 方 向 需 要
45、仿 真 与 验 证 的 结 合，利 用 C F D 来 进 行仿 真 模 拟，采 用 试 验 数 据 进 行 佐 证，提 出 合 适 的 自 密实 混 凝 土 流 变 模 型。（2）自 密 实 混 凝 土 泵 送 与 自 密 实 混 凝 土 的 流 变 性 息息 相 关，流 变 性 的 测 试 方 法 可 以 分 为 定 量 测 试 和 定 性 评估，分 别 适 用 于 不 同 的 场 合。坍 落 度 试 验 和 漏 斗 试 验 等适 用 于 现 场 泵 送 时 检 测 混 凝 土 的 工 作 性 能。定 量 测 试 的方 法 更 适 用 于 探 究 混 凝 土 泵 送 的 规 律。图 8 自
46、 密 实 混 凝 土 坍 落 度 实 验 D E M 模 型 2 9 图 9 水 平 盘 管 布 置 3 0 图 1 0 自 密 实 混 凝 土 泵 送 水 平 盘 管 仿 真 分 析 3 0 图 1 1 流 变 参 数 中 心 法 则 3 1 赵 军，曾 庆 生：C F D 自 密 实 混 凝 土 泵 送 性 能 模 拟 研 究 进 展 5 5（3）自 密 实 混 凝 土 的 微 观 状 态 模 拟 分 析 也 是 探 究 泵 送规 律 的 一 个 重 点，微 观 状 态 下 的 自 密 实 混 凝 土 D E M 模 型 更容 易 确 定 混 凝 土 的 流 动 状 态，进 而 判 断 混
47、 凝 土 的 可 泵 性。（4）综 合 模 拟 仿 真 的 结 果，黏 度 是 决 定 自 密 实 混 凝土 泵 送 过 程 中 泵 压 损 失 的 一 个 重 要 因 素，单 位 长 度 的 泵压 损 失 与 黏 度 的 关 系 成 正 比。（5）研 究 自 密 实 混 凝 土 的 泵 送 规 律 的 研 究 很 多，从传 统 的 试 验 方 法 到 现 代 的 仿 真 模 拟 都 有，混 凝 土 的 泵 送规 律 研 究 已 经 比 较 成 熟，以 后 的 发 展 应 该 着 眼 实 际，采用 计 算 机 模 拟 进 行 辅 助 研 究 以 节 省 人 力 物 力，成 熟 的 计算 机 技
48、 术 可 以 为 自 密 实 混 凝 土 的 泵 送 提 供 了 理 论 支 撑。参 考 文 献：1 余 成 行,刘 敬 宇,王 磊.C 6 0 超 高 泵 送 混 凝 土 的 配 制 与 施 工 J.混 凝 土,2 0 0 8(6):7 1-7 6.2 张 莉 莉,吴 华,黄 天 贵,等.超 高 层 混 凝 土 泵 送 技 术 研 究 与 应用 J.建 筑 技 术,2 0 1 5,4 6(4):3 4 1-3 4 4.3 吴 斌 兴,陈 保 钢,徐 建 华,等.高 强 高 性 能 混 凝 土 泵 送 压 力 损失 规 分 析 J.混 凝 土,2 0 1 1(1):1 4 2-1 4 4.4
49、李 立 辉,陈 喜 旺,李 路 明,等.自 密 实 混 凝 土 泵 送 压 力 变 化 规律 分 析 J.施 工 技 术,2 0 1 6,4 5(1 2):5 2-5 6.5 余 成 行,师 卫 科.泵 送 混 凝 土 技 术 与 超 高 泵 送 混 凝 土 技 术 J.商 品 混 凝 土,2 0 1 1(1 0):2 9-3 4.6 赵 筠.混 凝 土 泵 送 性 能 的 影 响 因 素 与 试 验 评 价 方 法 J.江 西建 材,2 0 1 4(1 2):6-3 2 7 罗 碧 丹,刘 文 利,林 伟 才.混 凝 土 泵 送 前 后 性 能 的 对 比 试 验 研究 J.混 凝 土,2
50、0 1 5(4):1 2 3-1 2 6.8 阎 培 渝,黎 梦 圆,韩 建 国,等.新 拌 混 凝 土 可 泵 性 的 研 究 进 展 J.硅 酸 盐 学 报,2 0 1 8,4 6(2):2 3 9-2 4 6.9 G o n z a l e z-T a b o a d a I,G o n z a l e z-F o n t e b o a B,E i r a s-L o p e z J,e ta l.T o o l s f o r t h e s t u d y o f s e l f-c o m p a c t i n g r e c y c l e d c o n c r e t e
