混凝土和水泥漿的屈服應(yīng)力測試——塌落度實驗
簡介
混凝土是世界上應(yīng)用最多的人造材料。這類材料最重要的一個性能被稱為“可使用性”，其概念是指新鮮的（塑性）混凝土可以通過適當(dāng)?shù)姆椒ǎū热缯駝樱┨畛涞侥＞咧卸唤档推滟|(zhì)量的能力。可使用性取決于很多條件，比如其他物質(zhì)在水中的濃度，聚集情況（形狀和尺寸分布），水泥的含量及水化時間，并且可以通過化學(xué)添加劑進(jìn)行調(diào)控，比如使用高效增塑劑或者增加水含量。然而，過多的水會出現(xiàn)很多問題，比如表面出現(xiàn)水紋，強(qiáng)度下降或者砂石分離等，導(dǎo)致質(zhì)量下降 [1]。其使用性可以通過混凝土塌落度實驗來進(jìn)行測試，這是一種非常簡單的測試新鮮混凝土塑化能力的方法，符合 ASTM C 143 [2]或者 EN12350-2 [3] 測試標(biāo)準(zhǔn)。這個實驗的通常將新鮮混凝土放入喇叭狀的塌落度桶里來進(jìn)行評價。首先將桶的大口朝下放在一個平整的，非吸附性表面，分三次填裝新鮮混凝土，每次填裝后用搗錘搗實后 , 抹平。然后拔起桶 , 混凝土因自重而產(chǎn)生塌落。然而，近年來的工作表明通過流變的方法測試新鮮混凝土的屈服應(yīng)力是最快最簡單與其塌落度相關(guān)聯(lián)的方法 [4]。這類樣品很難通過旋轉(zhuǎn)流變儀用常規(guī)平行板或者同軸圓筒夾具來測量，因為在測量過程中很有可能出現(xiàn)壁滑以及在細(xì)小測量間隙的加樣過程中出現(xiàn)過多樣品破壞。

因此，對于此類流變測試，通常推薦使用賽默飛HAAKE Viscotester iQ智能流變儀配合槳葉式夾具。當(dāng)槳葉式夾具完全浸沒在樣品中后，樣品的屈服應(yīng)力可以通過 Boger[5] 下面公式計算 :


其中 T 為扭矩，K 是槳葉夾具的參數(shù)，由其高度（H）及直徑（D）決定：


實驗結(jié)果與討論
圖 1是賽默飛哈克 Viscotester iQ 智能流變儀配備槳葉式夾具配置圖。在本次實驗中使用典型濃度比例將一種波特蘭水泥與水進(jìn)行混合，然后加入三種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的細(xì)砂石，表 1 中給出了詳細(xì)的樣品組成。當(dāng)樣品完全混合后，等待 5 分鐘后進(jìn)行測試。整個測試過程如下：當(dāng)槳葉轉(zhuǎn)子完全浸沒到樣品中后，儀器開始施加一個恒定的 0.05rpm 的轉(zhuǎn)速，然后觀察剪切應(yīng)力隨著時間的變化。當(dāng)觀察到一個明顯的彈性響應(yīng)區(qū)后，樣品的結(jié)構(gòu)開始破壞，剪切應(yīng)力開始下降。因此，剪切應(yīng)力曲線上的最大值就對應(yīng)了樣品的屈服應(yīng)力。


所得結(jié)果如圖 2 所示。可以看到，在 25℃測試條件下，純的水泥漿體系的屈服應(yīng)力為 375Pa，而含有 75 克和 125 克增塑劑的樣品的屈服應(yīng)力分別為 890Pa 和 1630Pa。然后這些樣品的屈服應(yīng)力就可以通過經(jīng)驗公式轉(zhuǎn)變?yōu)榛炷了鋵嶒灅?biāo)準(zhǔn)數(shù) [6]:

其中 s 表示塌落度，以 mm 表示，with s being the slumpin mm, τ0 為屈服應(yīng)力， ρ 是樣品密度。

結(jié)論
賽默飛哈克 Viscotester iQ 智能流變儀提供的槳葉式測量方式向用戶提供了一種快速，簡單，準(zhǔn)確的方法來評估混凝土和水泥漿的屈服應(yīng)力，并將其與標(biāo)準(zhǔn)塌落實驗數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。