李翠平等：时间-速率双因素下全尾砂膏体的屈服应力易变行为 ·1313· 剪切应力值偏低.图5中对应较高剪切速率下，1s 由图6可知，各质量分数全尾砂音体动态屈服应 时剪切应力处于峰值屈服点处，所得剪切应力值 力均随测量时间的增加而逐渐降低.5种浓度下 较高.故1s时刻受黏弹性影响较为明显与其他时 所得动态屈服应力记为2，其与测量时间之间的拟 刻剪切应力-剪切速率曲线差异较大.图5中，61、 合方程如图6中所标记，可发现质量分数越高，拟合 121、181s曲线，随测量时间增加，受黏弹性剪切 曲线斜率越小，即动态屈服应力随时间降幅越大 应力递增区域影响逐渐降低，剪切应力-剪切速率 2.2.2静态屈服应力分析 曲线峰值点逐渐左移，如图中标记数字①、②.随 依照表3中的实验程序，以68%质量分数的 测量时间进一步增加，剩下时刻的剪切应力-剪切 全尾砂膏体为例，连续递增剪切应力条件下，剪切 速率曲线完全去除了黏弹性区域的影响，在最小 应力-剪切速率演化曲线如图7所示 剪切速率0.0022s处便已经达到了峰值点，如图 依据全尾砂音体固态至流态转变时静态屈服应 中所标记数字③，类似于图3中高剪切速率下，黏 力定义，图7中剪切速率突变区对应的剪切应力 弹性区域消失直接达到峰值屈服应力的行为.料 值变化幅度很小.低于突变区对应的剪切应力时， 浆在较小的剪切速率下，内部结构恢复速率大于 全尾砂膏体处于固态弹性变形阶段，高于突变区 结构破坏速率，触变恢复能力较强，20，随剪切速 对应的剪切应力时，全尾砂膏体处于剪切流动状 率增加内部结构破坏程度进一步加强，剪切作用 态，因此剪切速率突变区处于固态-流态转换之间 强于恢复作用，膏体剪切应力-剪切速率呈现出一 的过渡区域.在突变区内，剪切应力变化幅值较小， 定范围的负斜率曲线此区域剪切应力-剪切速 基本可以视为恒定值，即为膏体静态屈服应力，29 率受触变性影响较为明显，此时的负斜率现象由 5种质量分数下，对应6种剪切应力递增梯度所得 料浆本身触变性引起.之后随剪切速率进一步增 静态屈服应力如图8所示.可知，全尾砂膏体静态 大，全尾砂膏体料浆流动过程中黏性阻力增大，对 屈服应力随质量分数增高而增大，对应不同剪切应 应图3(a)中，0.1117s1恒定小剪切速率条件下，超 力递增梯度，静态屈服应力随递增梯度增加而增大， 过峰值点后剪切应力一测量时间曲线下降幅度较 所得静态屈服应力记为y3,其与剪切应力递增梯度 0.0223s1要低，测量中黏性阻力所占比重逐步增 的拟合方程如图8中所标记，可发现质量分数越高， 加，剪切应力-剪切速率曲线由负斜率缓慢恢复至 拟合曲线斜率越大，即静态屈服应力增幅越大 正斜率，进入稳定流动区域 140 0.3410Pas 综上，获取全尾砂膏体动态屈服应力，可对稳 0.5116Pas 120 +-0.6821Pas1 定区域内的数据进行拟合处理，如图5中所示蓝 -0.8526Pas1 色方框④内剪切应力-剪切速率曲线，避免极低剪 100 1.0231Pas +1.1937Pas1 切速率条件下，黏弹性、触变性造成的影响.对应 Abrupt region of 5种不同质量分数的全尾砂膏体，动态屈服应力随 shear rate 测量时间变化规律如图6所示 40 600 20 青66% ◆68% 500 0 -0.607×+556.5 470% 10- 10-4 10-310-210-1 10 。72% Shear rate/s ●74% 图768%质量分数膏体不同剪切应力递增梯度下剪切应力-剪切速 三300 =0.278×+301.9D 率曲线 Fig.7 Shear stress-shear rate curves of paste with 68%mass fraction at 200 -0.131×+161.5 different shear stress gradients 100 2=-0.068×+88.9 综上，恒定小剪切速率下的峰值屈服应力y、 =-0.024×1+70.35 不同测量时间下的动态屈服应力2、不同剪切应 0 100 200300400500.600 Measuring time/s 力递增梯度下的静态屈服应力3，在不同测量速 图6不同质量分数膏体动态屈服应力-测量时间曲线 率或测量时间下，均呈现出一定的变化规律.5种 Fig.6 Dynamic yield stress-measuring time curves of paste with 质量分数膏体料浆，在3种测量方式与相应测量 different mass fractions 参数下，共计15个统计组.单一统计组内，可以变剪切应力值偏低. 图 5 中对应较高剪切速率下，1 s 时剪切应力处于峰值屈服点处，所得剪切应力值 较高. 故 1 s 时刻受黏弹性影响较为明显与其他时 刻剪切应力–剪切速率曲线差异较大. 图 5 中，61、 121、181 s 曲线，随测量时间增加，受黏弹性剪切 应力递增区域影响逐渐降低，剪切应力–剪切速率 曲线峰值点逐渐左移，如图中标记数字①、②. 随 测量时间进一步增加，剩下时刻的剪切应力–剪切 速率曲线完全去除了黏弹性区域的影响，在最小 剪切速率 0.0022 s –1 处便已经达到了峰值点，如图 中所标记数字③，类似于图 3 中高剪切速率下，黏 弹性区域消失直接达到峰值屈服应力的行为. 料 浆在较小的剪切速率下，内部结构恢复速率大于 结构破坏速率，触变恢复能力较强[13, 20] ，随剪切速 率增加内部结构破坏程度进一步加强，剪切作用 强于恢复作用，膏体剪切应力–剪切速率呈现出一 定范围的负斜率曲线[29] . 此区域剪切应力–剪切速 率受触变性影响较为明显，此时的负斜率现象由 料浆本身触变性引起. 之后随剪切速率进一步增 大，全尾砂膏体料浆流动过程中黏性阻力增大，对 应图 3（a）中，0.1117 s –1 恒定小剪切速率条件下，超 过峰值点后剪切应力–测量时间曲线下降幅度较 0.0223 s –1 要低，测量中黏性阻力所占比重逐步增 加，剪切应力–剪切速率曲线由负斜率缓慢恢复至 正斜率，进入稳定流动区域. 综上，获取全尾砂膏体动态屈服应力，可对稳 定区域内的数据进行拟合处理，如图 5 中所示蓝 色方框④内剪切应力–剪切速率曲线，避免极低剪 切速率条件下，黏弹性、触变性造成的影响. 对应 5 种不同质量分数的全尾砂膏体，动态屈服应力随 测量时间变化规律如图 6 所示. 由图 6 可知，各质量分数全尾砂膏体动态屈服应 力均随测量时间的增加而逐渐降低. 5 种浓度下 所得动态屈服应力记为 y2，其与测量时间之间的拟 合方程如图 6 中所标记，可发现质量分数越高，拟合 曲线斜率越小，即动态屈服应力随时间降幅越大. 2.2.2    静态屈服应力分析 依照表 3 中的实验程序，以 68% 质量分数的 全尾砂膏体为例，连续递增剪切应力条件下，剪切 应力–剪切速率演化曲线如图 7 所示. 依据全尾砂膏体固态至流态转变时静态屈服应 力定义，图 7 中剪切速率突变区对应的剪切应力 值变化幅度很小. 低于突变区对应的剪切应力时， 全尾砂膏体处于固态弹性变形阶段，高于突变区 对应的剪切应力时，全尾砂膏体处于剪切流动状 态，因此剪切速率突变区处于固态‒流态转换之间 的过渡区域. 在突变区内，剪切应力变化幅值较小， 基本可以视为恒定值，即为膏体静态屈服应力[27, 29] . 5 种质量分数下，对应 6 种剪切应力递增梯度所得 静态屈服应力如图 8 所示. 可知，全尾砂膏体静态 屈服应力随质量分数增高而增大，对应不同剪切应 力递增梯度，静态屈服应力随递增梯度增加而增大. 所得静态屈服应力记为 y3，其与剪切应力递增梯度 的拟合方程如图 8 中所标记，可发现质量分数越高， 拟合曲线斜率越大，即静态屈服应力增幅越大. 综上，恒定小剪切速率下的峰值屈服应力 y1、 不同测量时间下的动态屈服应力 y2、不同剪切应 力递增梯度下的静态屈服应力 y3，在不同测量速 率或测量时间下，均呈现出一定的变化规律. 5 种 质量分数膏体料浆，在 3 种测量方式与相应测量 参数下，共计 15 个统计组. 单一统计组内，可以变 0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600 y2= −0.024×t+70.35 y2=−0.607×t+556.5 y2= −0.278×t+301.9 y2= −0.131×t+161.5 y2= −0.068×t+88.91 Dynamic yield stress/Pa Measuring time/s 66% 68% 70% 72% 74% 图 6    不同质量分数膏体动态屈服应力–测量时间曲线 Fig.6     Dynamic  yield  stress –measuring  time  curves  of  paste  with different mass fractions 10−5 10−4 10−3 10−2 10−1 1 10 0 20 40 60 80 100 120 140 Shear stress/Pa Shear rate/s−1 0.3410 Pa·s−1 0.5116 Pa·s−1 0.6821 Pa·s−1 0.8526 Pa·s−1 1.0231 Pa·s−1 1.1937 Pa·s−1 Abrupt region of shear rate 图 7    68% 质量分数膏体不同剪切应力递增梯度下剪切应力–剪切速 率曲线 Fig.7    Shear stress–shear rate curves of paste with 68% mass fraction at different shear stress gradients 李翠平等： 时间–速率双因素下全尾砂膏体的屈服应力易变行为 · 1313 ·