1、概述

本說明的目的是介紹流變學(xué)，并介紹MCMR可移動(dòng)式混凝土流變儀以及如何使用它來評(píng)估新拌混凝土的性能。簡單介紹新拌混凝土流變學(xué)測(cè)量的原理以及相關(guān)參數(shù)，闡述混凝土的觸變行為以及如何評(píng)價(jià)這一重要特性。希望讀者能夠意識(shí)到使用流變學(xué)與經(jīng)驗(yàn)可操作性方法相比的好處。

2、了解混凝土新拌特性的重要性

混凝土是一種顆?；旌喜牧?，根據(jù)混合料的比例，具有各種新拌和硬化的特性。除了硬化混凝土在強(qiáng)度、耐久性等方面的重要性能性外，新拌性能對(duì)于不同澆注應(yīng)用也非常重要。對(duì)于任何給定的澆筑應(yīng)用，新拌混凝土必須以一定的方式流動(dòng)，以填充模具，封裝所有鋼筋和其他嵌入件，并創(chuàng)建致密結(jié)構(gòu)。

基本上，新拌混凝土的性能可以用兩種不同的特性來描述：流動(dòng)阻力和流動(dòng)時(shí)的性能。混凝土流動(dòng)太快，可能容易發(fā)生離析，流動(dòng)太慢，又會(huì)增加澆注操作的難度，影響最終澆筑效果。因此，對(duì)于不同的應(yīng)用場(chǎng)合，設(shè)計(jì)相應(yīng)混凝土混合料以獲得性能具有重要意義。但是，我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)所需的特性呢？

測(cè)試混凝土新拌特性泛使用的方法是就用標(biāo)準(zhǔn)坍落圓錐筒測(cè)量混凝土的坍落度，坍落度值描述了混凝土在重力作用下的變形能力，然而，坍落度試驗(yàn)對(duì)于很多愈來愈多的新型混凝土并不適用。新材料與配合比增加了確定混凝土和易性的難度，可導(dǎo)致不正確的塌落度實(shí)驗(yàn)結(jié)果。還有一些其他的混凝土和易性試驗(yàn)方法，大都提供單點(diǎn)結(jié)果，不能準(zhǔn)確描述分析不同澆注工藝所需的新拌混凝土整體和易性能。

另一種就是應(yīng)用流變學(xué)測(cè)量。流變學(xué)是研究流體（液體或“軟"固體）在外力作用下的流動(dòng)和變形的科學(xué)。流變測(cè)量的基本原理是以可控的方式使流體材料變形，同時(shí)記錄材料對(duì)變形的抵抗力。有多種不同的方法以可控方式使材料變形，

滑動(dòng)平行板        同心圓筒         錐-板        板-板（旋轉(zhuǎn)）

圖1 在兩個(gè)曲面之間控制材料變形的方法示例

其中一些方法如圖1所示。用于流變測(cè)量的儀器稱為流變儀，大多數(shù)流變儀都采用同心圓筒或板-板（旋轉(zhuǎn)）的幾何結(jié)構(gòu)。雖然流體流變學(xué)在混凝土上的應(yīng)用被證明很有前景，但是傳統(tǒng)上的流變儀體積大而且昂貴，不太適合于現(xiàn)場(chǎng)使用。

3、MCMR流變儀結(jié)構(gòu)

適應(yīng)行業(yè)需要，突破當(dāng)今和易性測(cè)試方法的局限。研制開發(fā)MCMR可移動(dòng)式混凝土流變儀，一人即可完成搬運(yùn)、安裝、測(cè)試，測(cè)試操作全部自動(dòng)化，可在60秒內(nèi)完成。MCMR可移動(dòng)式混凝土流變儀采用同心圓筒結(jié)構(gòu)，包括作為容器的外圓筒和四葉片結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓筒，如圖2所示。在兩圓筒之間的間隙中剪切混凝土，一圓筒靜止，另一圓筒旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)葉片導(dǎo)致外筒與葉片之間間隙中的新拌混凝土塑   圖2 MCMR的同心圓筒結(jié)構(gòu)

性變形。在混凝土塑性變形過程中，MCMR流變儀實(shí)時(shí)記錄實(shí)際轉(zhuǎn)速和維持目標(biāo)轉(zhuǎn)速所需的扭矩。

4、MCMR流變儀測(cè)試

新拌混凝土的特性可以描述為流動(dòng)阻力和混凝土流動(dòng)時(shí)的行為。在流變學(xué)術(shù)語中，對(duì)流動(dòng)的阻力稱為屈服應(yīng)力，流動(dòng)期間的性能控制行為稱為塑性粘度。這些參數(shù)可以通過MCMR流變儀試驗(yàn)得到。通過MCMR流變儀主要可以進(jìn)行兩種混凝土流變學(xué)測(cè)試：靜態(tài)應(yīng)力增長測(cè)試和動(dòng)態(tài)流變曲線試驗(yàn)。試驗(yàn)的選擇取決于需要測(cè)量的流變性能。

靜態(tài)應(yīng)力增長測(cè)試：以恒定轉(zhuǎn)速非常緩慢地剪切混凝土，并實(shí)時(shí)測(cè)量記錄扭矩，繪制曲線。試驗(yàn)過程中得到的扭矩對(duì)應(yīng)于材料靜態(tài)屈服應(yīng)力，表示從靜止?fàn)顟B(tài)到開始流動(dòng)所需克服的應(yīng)力。典型的應(yīng)力增長測(cè)試曲線如圖3所示。

圖3 靜態(tài)應(yīng)力增長測(cè)試曲線

動(dòng)態(tài)流變曲線測(cè)試：由于Bingham（賓漢姆）模型在代表大多數(shù)混凝土混合料方面的準(zhǔn)確性和簡單性，MCMR流變儀選用Bingham模型：

，

其中：-剪切應(yīng)力，-屈服應(yīng)力，-塑性粘度，-剪切速率

在動(dòng)態(tài)流變曲線測(cè)試中，轉(zhuǎn)速通常從零增加到一個(gè)相對(duì)較高的值，在該值中保持一定的時(shí)間，以破壞觸變結(jié)構(gòu)。之后轉(zhuǎn)速逐級(jí)降低，且每級(jí)都保持足夠的時(shí)間，以便轉(zhuǎn)速降低到下一級(jí)之前，所產(chǎn)生的扭矩達(dá)到平衡值。這種轉(zhuǎn)速控制模式如圖4中藍(lán)色曲線所示（圖4中的紅色曲線為相應(yīng)扭矩）。

圖4 MCMR流變儀的典型轉(zhuǎn)速設(shè)置

流變儀實(shí)時(shí)測(cè)量扭矩和轉(zhuǎn)速，通過x軸上的轉(zhuǎn)速和y軸上每個(gè)速度對(duì)應(yīng)的平衡扭矩值來繪制曲線，如圖5所示。對(duì)于混凝土流變曲線測(cè)試，見的響應(yīng)是以Y值作為扭矩軸上的截距，V值作為曲線的斜率。

圖5 動(dòng)態(tài)流變測(cè)試曲線

與新拌混凝土特性相關(guān)，Y值表示流動(dòng)阻力，V值表示混凝土流動(dòng)后的行為。高Y值意味著流動(dòng)阻力高，在振搗時(shí)流動(dòng)緩慢，如果以坍落度試驗(yàn)為例，則意味著坍落度值低。

MCMR軟件將Y值和V值轉(zhuǎn)換為剪切應(yīng)力和剪切速率，繪制流變曲線。依據(jù)流變曲線中剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系來確定兩個(gè)Bingham參數(shù)，即屈服應(yīng)力和塑性粘度。這里的屈服應(yīng)力是動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力，這是當(dāng)變形速率從高降低時(shí)得到的應(yīng)力。因此，維持流動(dòng)所需的應(yīng)力與混凝土坍落度值相關(guān)。

5、MCMR流變儀產(chǎn)品特性及優(yōu)勢(shì)

MCMR可移動(dòng)式混凝土流變儀提供了一種科學(xué)的測(cè)試混凝土和易性的方法，可在混凝土生產(chǎn)施工的各個(gè)環(huán)節(jié)使用?？蓱?yīng)用于科研、混凝土材料配比確定、生產(chǎn)質(zhì)量控制等領(lǐng)域。使用者包括科研人員、實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)廠商、材料供應(yīng)商乃至施工人員，很適合在施工現(xiàn)場(chǎng)使用。其產(chǎn)品特性及優(yōu)勢(shì)如下：

? 可移動(dòng)，適用于不同場(chǎng)合

? 結(jié)實(shí)耐用

? 低成本，多功能

? 實(shí)驗(yàn)快速，準(zhǔn)確

? 操作簡單，自動(dòng)化

? 更好地確定材料和易性

? 提高混凝土質(zhì)量和性能

? 提高工人生產(chǎn)效率

? 加速高效新材料的推廣使用

6、MCMR流變儀技術(shù)參數(shù)

? 測(cè)量從低坍落度到自固混凝土砂漿（最小坍落度：混凝土坍落度不低于50mm，在75mm以上，否則，混凝土太硬，儀器測(cè)試效果差。）

? 名義骨料粒徑：5-35mm（特殊定制，可做到45mm）

? 可控速率，葉輪轉(zhuǎn)速：0.001rps–1.0rps

? 可換裝葉輪，葉片直徑125mm，葉片高度125mm

? 扭矩測(cè)試范圍：0.01Nm-50Nm，精度0.1%

? 電機(jī)類型：伺服電機(jī)

? 最小扭矩：0.001Nm

? 峰值扭矩：90Nm，不超過2s

? 連續(xù)扭矩：32 Nm

? 電源：220-240 VAC，400W

? 可進(jìn)行應(yīng)力增長測(cè)試和動(dòng)態(tài)流變曲線測(cè)試

? MCMR軟件控制流變儀，自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，計(jì)算Bingham流變參數(shù)—屈服應(yīng)力和塑性粘度，繪制曲線，儲(chǔ)存試驗(yàn)結(jié)果。

? 通常MCMR流變儀實(shí)際測(cè)試過程只需1min

7、測(cè)試配件

測(cè)試釜和葉輪訂購選擇：

*訂貨時(shí)如沒有特別規(guī)格，按標(biāo)準(zhǔn)配置MCMR-TK-300（骨料尺寸20mm）提供；配套葉輪標(biāo)配四片裝整體式葉輪MCMR-VB，可選配四片裝框架式葉輪