基于环管实验的膏体流变特性及影响因素

为研究膏体的流变特性与影响因素,自主设计研发小型膏体环管实验平台,测试不同工况条件下膏体管道输送的τw-dv/dr流动曲线,并采用Hershel-Bulkey模型(简称H-B模型)进行回归分析,获得膏体管道输送的流变参数,分析水泥掺量、尾砂颗粒粒径及料浆质量分数对膏体屈服应力τ0、塑性黏度μ的影响。研究结果表明:膏体流变模型属于n1,τ00屈服伪塑性体,用H-B模型描述更为精确,其屈服应力τ0和塑性黏度μ都随着膏体料浆的质量分数增加呈指数增加,随着水泥掺量的增加先增大后降低;膏体料浆质量分数一定的情况下,构成膏体的尾砂粒径越细,屈服应力越大,与尾砂的比表面积呈幂指数关系。     

新拌纳米偏高岭土水泥浆流变性

为了探明纳米偏高岭土(NMK)对新拌水泥浆流变性能的影响,采用流变仪开展了水胶质量比(0.40、0.45、0.50)和减水剂(SP)影响下,掺加不同质量分数(1％、3％、5％、10％、15％)NMK水泥浆流变试验,得到了表观黏度、屈服应力、塑性黏度等流变参数,探讨了NMK掺量对水泥浆流变性的影响规律;基于修正Krieger-Dougherty模型预测了NMK水泥浆黏度;并建立了流动参数与流变参数之间的关系.结果 表明:随NMK掺量增加,表观黏度、屈服应力和塑性黏度增大,流动度降低;水胶质量比0.50,掺质量分数15％ NMK水泥浆的屈服应力、塑性黏度较普通水泥浆分别增大约6倍和9倍,流动度降低约50％.NMK导致水泥浆内部絮凝结构增加,触变性增大.修正Krieger-Dougherty模型所预测低掺量(质量分数＜3％)NMK水泥浆黏度与试验值吻合良好;流动度与黏度、屈服应力、塑性黏度间均存在幂函数关系.     

刚玉质自流浇注料流变性和流动性的关系

采用浇注料流变仪、L型流动性测试装置和自流值测定装置,测定了加水量、分散剂(FS10)、纯铝酸钙水泥和α-Al2O3微粉对刚玉质自流浇注料的流变性和流动性的影响,并分析了流变性和流动性之间的关系.实验结果表明:随加水量增加(质量分数4.9%～5.3%),相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均黏度均逐渐减小,自流值和流动速度逐渐增大.随分散剂FS10加入量的增加(质量分数0.16%～0.20%),相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均黏度逐渐减小,自流值和流动速度逐渐增大;分散剂FS10加入量继续增大时(0.20%～0.22%),相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均黏度显著增大,而自流值和流动速度大幅下降.随纯铝酸钙水泥加入量增加(质量分数1%～4%),流变参数和流动参数有一定的变化,但变化不明显.随α-Al2O3微粉加入量的增加(质量分数9%～12%),相对屈服应力和相对平均黏度均减小,相对塑性黏度变化不大,自流值变化不大,流动速度加快.刚玉质自流浇注料流变参数和流动参数之间的关系为:自流值和相对屈服应力有较好的相关性,而流动速度和相对平均黏度有较好的相关性.     

石灰石粉对水泥浆体水化特性及流变性能的影响

利用微量热仪和旋转黏度计,从掺量和细度两方面研究了石灰石粉对水泥浆体水化特性和流变性能的影响.从水化放热速率和放热量角度分析了石灰石粉对水化特性的影响,从紧密堆积理论和固体颗粒体积分数两个角度分析石灰石粉对流变性能的影响.结果表明:石灰石粉可以促进体系的水化进程,且石灰石粉细度越大,促进作用越明显.石灰石粉掺量增大导致水泥含量减少,所以体系第二放热峰峰值和总放热量随石灰石粉掺量的增大而减小.随着石灰石粉掺量或细度的增加,复合体系中固体颗粒的体积分数逐渐增大,粒径分布模数减小,且体系的粒度分布曲线逐渐接近于最密堆积的理想分布曲线.复合体系的屈服应力和塑性黏度随石灰石粉掺量的增大而减小,随石灰石粉细度的增大而增大.     

充填膏体流变参数优化预测模型

为了更精确地对充填膏体流变参数进行优化预测,建立主成分分析法(PCA)和改进的BP神经网络(I-BPNN)相结合的优化预测模型。以某金属矿山充填膏体配比实验为基础,利用主成分分析法对充填膏体流变参数影响因素(膏体质量分数、砂灰质量比、料浆容重和坍落度等)进行预处理,得出主成分,再利用改进BP神经网络模型进行预测,最终得到更准确的充填膏体流变参数预测结果。研究结果表明:该模型对充填膏体屈服应力、黏度等流变参数优化预测的相对误差都控制在5%以内,较未经主成分分析的BP神经网络预测结果,经主成分分析后,屈服应力预测相对误差降低0.48%~7.29%和黏度相对误差降低1.67%~6.20%,表明该模型对充填膏体流变参数预测是合理、有效的,屈服应力与黏度的预测精度显著提高,为充填膏体流变参数优化预测提供了一种新思路。     

铜尾矿流变特性与管道输送阻力计算

流变参数是管道输送系统设计的基础,采用RST-SST型软固体流变仪进行尾矿浆体流变特性试验,确定了不同固相质量分数下尾矿浆体的屈服应力、黏度系数.当浆体固相质量分数大于70%后,屈服应力会随着固相含量的增加而显著上升.对矿浆进行剪切变稀试验发现,屈服应力可下降40.9%.针对不同尾矿浆体开展标准坍落度试验,当固相质量分数小于74%时,尾矿浆具有良好的流动性及较大的坍落度.利用得到的尾矿浆体的流变特性参数,进行了临界流速、摩阻损失的计算,为尾矿管道输送系统设计提供参考.     

不同体积分数磁流变液对其剪切特性的影响

为研究不同体积分数磁流变液的剪切性能,分别制备出不同体积分数(10%、20%、30%、40%)的四种磁流变液;使用流变仪分别测出这四种磁流变液在不同剪切速率(0～1 000 s~(-1))下的剪切应力和表观黏度,分析其剪切性能;并用Bingham模型进行拟合,得到剪切应力、表观黏度和体积分数之间的定量关系。结果表明:在相同的体积分数下,随着剪切速率的增加,磁流变液的剪切应力缓慢增大,表观黏度呈指数下降;剪切速率不变的前提下,随着体积分数从10%增大到40%,磁流变液的屈服应力从3. 9 kPa增大到14. 2 kPa,表观黏度明显增大,塑性黏度系数从3. 2增大到3. 7,流动特性指数n减小。可见,体积分数高的磁流变液其剪切性能越好,在智能机构等方面得到广泛应用。     

不同温度磁化水对水泥净浆流变性能的影响

为明确不同温度磁化水对水泥净浆流变性的影响,用不同温度的磁化水拌制水泥净浆,采用旋转流变仪进行流变性能测试,得到了水泥净浆流变性能变化规律.实验结果表明,温度升高,水泥净浆屈服应力增大,塑性黏度减小.水经过磁化处理,表面张力减小,30℃时减小最多,减小15.74％.相比较于普通水搅拌的水泥浆体,用磁化水搅拌的水泥净浆的屈服应力增大,塑性黏度先增大后减小.磁化组的水泥浆体Zeta电位低于普通组,水化热高于普通组,证明磁化处理使得水泥浆体初期水化更加充分;触变环面积变化规律与塑黏度变化规律一致.     

总固体和温度对污泥流变特性的影响

对污水厂的污泥进行流变特性分析,考察不同总固体(total solid,TS)下污泥的极限黏度、屈服应力、触变性等流变特征指标的变化规律,并重点探讨TS和温度对污泥流变特性的影响。结果表明:当活性污泥TS为0.86%时,剪切速率从0~100 s-1的过程中,污泥具有假塑性流体的特征,但随剪切速率的不断增大(100~1 000 s-1时),表现出胀塑性流体的特征,其流变特性可用Herschel-Bulkley模型来描述。屈服应力与TS的呈幂律关系;极限黏度和触变环面积与TS呈指数关系;污泥黏度和触变环面积随温度升高而呈现降低趋势,且低剪切速率对黏度这种趋势的影响更加显著。     

石灰石粉对碱激发胶凝体系流变性能的影响

为解决碱胶凝材料反应过快而导致其流变性和工作性能差的问题,采用流变学原理研究了不同掺量下的石灰石粉(0%、5%、10%、15%、20%)对固体水玻璃和液体水玻璃激发矿渣—粉煤灰胶凝材料流变特性的影响。研究结果表明,新拌胶凝材料浆体内部的屈服应力和塑性黏度是影响碱胶凝材料流变性和工作性能的关键因素;反应生成的凝胶造成浆料内部颗粒团聚以及颗粒间作用力和摩擦力增大,从而导致屈服应力和塑性黏度增大,可以通过添加惰性矿物来改变浆料的屈服应力和塑性黏度;固体和液体水玻璃激发矿渣—粉煤灰胶凝材料符合Bingham模型,加入石灰石粉并未改变其流变模型;石灰石粉对固体水玻璃和液体水玻璃激发矿渣—粉煤灰胶凝体系的屈服应力和塑性粘度影响稍有不同,在液体水玻璃激发浆料体系中的塑性粘度以石灰石粉掺量20%为最小,而在固体水玻璃体系中掺入石灰石粉可使浆料的塑性粘度降低15%～30%。     

水泥与减水剂相容性的流变学研究

通过考察水灰比、减水剂类型、水泥等因素对水泥与减水剂相容性及净浆流变性能的影响,研究相容性与浆体流变性能的关系,阐述了相容性的流变学含义.研究结果表明:掺减水剂的水泥净浆的流变特征符合一般宾汉姆流型或牛顿流型.Marsh筒法检测的流速是浆体屈服应力和黏度系数的综合反映;饱和点掺量与饱和点Marsh时间分别代表了浆体屈服应力和黏度系数降低至最小恒定值时对应的减水剂最小掺量,以及最小黏度系数的大小.     

特殊混合材对水泥浆流变性的影响

研究了矿渣、硅灰、粉煤灰、石灰石、无水石膏等微粒子混合材对水泥浆流变性的影响．试验结果表明：水泥浆的屈服应力值一般随混合材的掺量增大而降低,但粘度的变化则因混合材种类和掺量不同有较大的差异当混合材总掺量≤15％时,石灰石微粉、硅灰、粉煤灰微粉、矿渣微粉可降低水泥浆体粘度,而无水石膏微粉则可提高水泥浆的粘度;当混合材掺量＞15％时,水泥浆粘度与屈版应力值均随混合材掺量增大而显著降低．其中微粉矿渣的作用最为显著．单掺10％的石灰石微粉、硅灰、粉煤炭微粉及35％矿渣微粉可降低水泥浆的过度和屈服应力其作用效果：矿渣微粉＞石灰石微粉＞硅灰＞粉煤灰微粉;单掺10%石膏微粉会使水泥浆的粘度和屈服应力大化度提高．     

泥粉对聚羧酸减水剂水泥净浆流变性的影响

为探究泥粉和聚羧酸减水剂对水泥净浆流变性的影响,在掺入聚羧酸减水剂母液和两种复配助剂的基础上,分别外掺1%,2%,3%的高岭土型和蒙脱土型泥粉,并采用Bingham流变模型系统地研究泥粉掺量、种类和聚羧酸减水剂助剂对水泥净浆屈服应力及塑性粘度的影响规律.通过X射线(XRD)小角度衍射、总有机碳(TOC)、Zeta电位对宏观试验结果进行验证.结果表明:增大泥粉掺量可降低聚羧酸减水剂水泥净浆的流变性;高岭土型普通黏土对降低聚羧酸减水剂水泥净浆流变性的程度小于蒙脱土型膨润土;异戊烯基聚氧乙烯醚(TPEG类)保坍型助剂F1对水泥净浆流变性的促进作用大于异丁烯基聚氧乙烯醚(HPEG类)减水型助剂F2.     

不同浓度料浆流变特性与混合骨料级配相关性试验

为了探究混合骨料配比及粒径级配对料浆流变特性的影响,首先对矿山充填常用的废石和棒磨砂及其混合骨料进行粒径分析,并得到相应的特征粒径.其次采用流变仪对不同骨料配比、不同质量分数条件下的料浆进行测定,采用H-B流变模型拟合出相应的流变参数.然后对流变参数和流变特性进行分析,并基于最小二乘法研究骨料粒径级配与料浆流变特性的相关性.最后对料浆稳定性进行讨论,并通过建立力学模型确定了混合骨料不沉降离析的临界粒径范围为13.8~21.6mm.试验结果表明:料浆屈服应力和表观黏度均随料浆质量分数的增大而增大;随着剪切速率的增大,料浆流变特性表现出不同的模型特性;料浆流变特性参数与骨料粒径级配的相关性随着特征粒径值的增大而增大.随着质量分数的提高,料浆屈服应力与骨料粒径级配相关性逐渐减弱,而表观黏度与之相反,质量分数和骨料粒径级配对料浆稳定性有很大影响.     

减水剂与粉煤灰对全尾砂胶结充填料浆流变性能的影响

全尾砂胶结充填料浆流变性能直接影响其工作性能。采用Brookfield RST-SST型流变仪定量分析了聚羧酸(PC)、萘系(PNS)和三聚氰胺系(PMS)3种类型高效减水剂与粉煤灰单掺和复掺时对料浆流变性能的影响。结果表明:无论减水剂类型,掺入料浆后均可降低其屈服应力和塑性黏度且减水剂掺量越高降低幅度越大,料浆流变性能改善效果越好。3种类型减水剂对料浆流变性能改善程度存在差异,其中PC作用效果最好。减水剂的改性效果随着胶结料的持续水化而出现缓慢退化;随粉煤灰掺量的增加,料浆的屈服应力和塑性黏度呈整体降低趋势,其作用机理主要源于"形态效应";减水剂与粉煤灰两者在改善料浆流变性能方面具有协同效应,复掺后可显著改善料浆的流变性能,效果明显优于单掺改性效果。     

岩体裂隙中宾汉姆流体渗流模型

为研究粗糙单裂隙中宾汉姆流体的渗流规律，提出了描述岩体裂隙中宾汉姆流体黏性和黏惯性流动的渗流模型，并采用数值模拟和室内试验结果对模型进行了验证.在粗糙裂隙中，开展了不同流变参数的宾汉姆流体在大范围压力梯度下的渗流模拟，结合修正的Forchheimer方程分析了宾汉姆流体在不同裂隙几何参数及流变参数下的非达西系数β、临界雷诺数Re_○c、非达西效应因子E等变化特性.结果表明:由宾汉姆流体本构方程推导出的黏性模型能更好地描述黏性渗流.修正的Forchheimer方程能更好地描述宾汉姆流体在粗糙裂隙中的黏惯性渗流特征.粗糙度及流变参数会对渗流特性产生显著影响:裂隙粗糙度越大，浆液屈服应力越大;浆液塑性黏度越大，惯性作用越强.     

高速铁路基床掺胶粉水泥稳定碎石动力学特性分析

为明确掺胶粉水泥稳定碎石在高铁列车循环荷载作用下的力学变形特征和能量损耗规律,将胶粉以等体积方式部分替换掉原集料中1.7 mm以下的细颗粒,形成胶粉改性水泥稳定碎石材料。通过对300×300 mm圆柱形试样进行105次的循环加载试验,在5 Hz加载频率下研究了不同动应力幅值、胶粉掺量对试样动力学变形及能量耗散的影响规律,给出了基于实际服役水平状态下胶粉改性水泥稳定碎石的累积塑性变形计算模型和阻尼比的演化规律。试验结果表明：1）从变形角度,C5P0.1R30材料的累积塑性变形最小,表现出较好的抗动力学变形特征;2）橡胶粉的掺入增加了水泥稳定碎石材料的韧性,降低了应力幅值增加对累积塑性变形增加的敏感性;3）结合累积塑性变形计算模型,并从参数分析的角度看,C5P0.1R30可作为基床表层结构推荐材料;4）从阻尼比角度看,胶粉替换水平为30%时,阻尼比数值较大,路基结构受高铁列车动荷载激振后,能量衰减较快,具备一定的减振降噪潜力。因此,基于对胶粉改性水泥稳定碎石动力学特性分析,推荐1.7 mm以下胶粉等体积替换水平为30%,这对于改善高铁路基基床表层材料刚度,构建减震降噪型路基结构具有重要意义。     

矿物掺合料在水泥砂浆中的填充机理及试验研究

主要讨论了矿物掺合料在水泥砂浆中的填充机理,并且以粉煤灰、矿渣粉及硅灰单一组分、复合组分考察其对水泥胶砂强度及微观结构的影响.研究表明,不同细度的矿物掺合料掺入到水泥浆体中后,可以优化粉体的次级颗粒级配,提高密实度.从而表现出水泥砂浆的强度得到提高,微观结构趋于密实.