·1344· 工程科学学报，第38卷，第10期 目前，这一方面的研究主要集中在自密实混凝土 随剪切时间的增长而降低，表现为剪切变稀现象.停 领域.拌合物的触变性关系到其静态稳定性☒、流动 止剪切后，颗粒之间又重新形成网络结构，但形成过程 性、抗离析、模板挡墙压力、表面质量、连续的混凝土层 需要一定的恢复时间，且黏度随时间逐渐升高。为直 之间的黏结强度等-.虽然Mujumdar等和Sar- 观反映全尾砂膏体（灰砂比1：5）这种触变特性，在显 ic-Corie等na对触变性流体的时间变化特征进行研 微镜下放大150倍观察高速搅拌制备的膏体静止前后 究，但是关于其机理尚无一个统一的认识 微观变化效果，如图2所示.可以看出图2(a)中全尾 全尾砂膏体是一种非牛顿流体叨，其流变特性受 砂颗粒由于高速搅拌作用颗粒分散，而在静止10min 到骨料、胶凝材料等物理化学性质以及材料配比因素 后，如2(b)所示，颗粒出现聚集. 的影响·图，但是全尾砂膏体触变性及其剪切稀化特征 剪切速率 对制备和管输的影响研究极少，对其形成机理及其影 增大过程，) 响因素不明确，还难以用触变流体流变模型解释搅拌 功率及管输阻力计算中所遇到的问题，也无法确定满 剪切速率 足充填强度要求的最适合输送的膏体流变参数 剪切速率 不变过程) 减小过程() 本文对膏体触变性影响因素及其剪切时间依赖性 进行研究，解释膏体触变性形成机制，提出膏体触变流 膏体触变性 体本构方程 结构破坏能 1 触变性基本概念 触变性的测定有多种方法，最常用的仪器是桨式 剪切速率- 流变仪.测试方法采用控制剪切速率(CSR)模式进 图1膏体触变环 行，先使剪切速率线性增大(：，阶段)，再保持剪切速率 Fig.I Flow curve showing thixotropic behavior 不变，直到屈服应力趋于定值(2阶段)，最后剪切速率 2 线性减小至零(，阶段) 实验材料及方法 如果测试样品具有触变性，产生两个扭矩曲线不 2.1实验材料 重合，而是出现滞回环，通过积分求滞回环面积量化触 (1)全尾砂.实验以某铜矿全尾砂为材料，采用 变特性9-0，见图1.也可不经过1，阶段，而采用多次 激光粒度仪和人工湿筛对全尾砂粒级组成进行分析， 循环剪切，直到不再出现触变环为止四.这种触变环 分析结果见图3. 表示在剪切时间内破坏给定体积膏体网状结构所需能 粒级对料浆的触变性影响较大四，为测试不同粒 量，如下式四： 级对膏体触变特性的影响，对全尾砂进行了湿筛，分级 A=y=F/()=F/(1't)=E/=E/W.(1) 为大于140目、140~200目、200~325目和小于325 式中：A为触变环面积，m2:r为屈服应力，Pa;y为剪切 目四种粒级范围，各种粒级范围尾砂见图4. 速率，sl;F为作用力，N:l为距离，m;l为时间，s;V为 (2)实验仪器.实验仪器为R/S型四叶桨式旋转 体积，m:E为能量，J 流变仪，其测试原理是四叶桨式转子浸入料浆中，以变 触变性一般认为颗粒之间由于异性电荷相吸引、 化剪切速率旋转，通过软件进行实时监测，输出剪切应 氢键作用、相互吸附、范德华力等原因引起的絮凝，形 力一剪切速率曲线，并做进一步数据处理得到料浆流 成连续的结构，剪切时部分网络结构被破坏，因而黏度 变特征. 图2静止前后微观变化.()静止前：(b)静止后 Fig.2 Microscopic changes of the paste under different states:(a)active state:(b)static state工程科学学报，第 38 卷，第 10 期 目前，这一方面的研究主要集中在自密实混凝土 领域． 拌合物的触变性关系到其静态稳定性［12］、流动 性、抗离析、模板挡墙压力、表面质量、连续的混凝土层 之间的黏结强度等［13--14］． 虽然 Mujumdar 等［15］和 Sar￾ic-Coric 等［16］对触变性流体的时间变化特征进行研 究，但是关于其机理尚无一个统一的认识． 全尾砂膏体是一种非牛顿流体［17］，其流变特性受 到骨料、胶凝材料等物理化学性质以及材料配比因素 的影响［18］，但是全尾砂膏体触变性及其剪切稀化特征 对制备和管输的影响研究极少，对其形成机理及其影 响因素不明确，还难以用触变流体流变模型解释搅拌 功率及管输阻力计算中所遇到的问题，也无法确定满 足充填强度要求的最适合输送的膏体流变参数． 本文对膏体触变性影响因素及其剪切时间依赖性 进行研究，解释膏体触变性形成机制，提出膏体触变流 体本构方程． 1 触变性基本概念 触变性的测定有多种方法，最常用的仪器是桨式 流变仪． 测试方法采用控制剪切速率( CSＲ) 模式进 行，先使剪切速率线性增大( t1阶段) ，再保持剪切速率 不变，直到屈服应力趋于定值( t2阶段) ，最后剪切速率 线性减小至零( t3阶段) ． 图 2 静止前后微观变化． ( a) 静止前; ( b) 静止后 Fig． 2 Microscopic changes of the paste under different states: ( a) active state; ( b) static state 如果测试样品具有触变性，产生两个扭矩曲线不 重合，而是出现滞回环，通过积分求滞回环面积量化触 变特性［19--20］，见图 1． 也可不经过 t2阶段，而采用多次 循环剪切，直到不再出现触变环为止［21］． 这种触变环 表示在剪切时间内破坏给定体积膏体网状结构所需能 量，如下式［22］: A = τγ = F /( l 2 t) = Fl /( l 3 t) = E /l3 = E / V． ( 1) 式中: A 为触变环面积，m2 ; τ 为屈服应力，Pa; γ 为剪切 速率，s － 1 ; F 为作用力，N; l 为距离，m; t 为时间，s; V 为 体积，m3 ; E 为能量，J． 触变性一般认为颗粒之间由于异性电荷相吸引、 氢键作用、相互吸附、范德华力等原因引起的絮凝，形 成连续的结构，剪切时部分网络结构被破坏，因而黏度 随剪切时间的增长而降低，表现为剪切变稀现象． 停 止剪切后，颗粒之间又重新形成网络结构，但形成过程 需要一定的恢复时间，且黏度随时间逐渐升高． 为直 观反映全尾砂膏体( 灰砂比 1∶ 5) 这种触变特性，在显 微镜下放大 150 倍观察高速搅拌制备的膏体静止前后 微观变化效果，如图 2 所示． 可以看出图 2( a) 中全尾 砂颗粒由于高速搅拌作用颗粒分散，而在静止 10 min 后，如 2( b) 所示，颗粒出现聚集． 图 1 膏体触变环 Fig． 1 Flow curve showing thixotropic behavior 2 实验材料及方法 2. 1 实验材料 ( 1) 全尾砂． 实验以某铜矿全尾砂为材料，采用 激光粒度仪和人工湿筛对全尾砂粒级组成进行分析， 分析结果见图 3． 粒级对料浆的触变性影响较大［23］，为测试不同粒 级对膏体触变特性的影响，对全尾砂进行了湿筛，分级 为大于 140 目、140 ～ 200 目、200 ～ 325 目和小于 325 目四种粒级范围，各种粒级范围尾砂见图 4． ( 2) 实验仪器． 实验仪器为 Ｒ / S 型四叶桨式旋转 流变仪，其测试原理是四叶桨式转子浸入料浆中，以变 化剪切速率旋转，通过软件进行实时监测，输出剪切应 力--剪切速率曲线，并做进一步数据处理得到料浆流 变特征． · 4431 ·