大坍落度混凝土流动性质的表征方法

引言对混凝土工作性能的检测与判断是确保混凝土质量控制和实体质量的关键坍落度检测是混凝土工作性能检测中最常见的方法流变学⑴作为基础学科的一个分支，对流体、塑性体乃至粘塑性体的受力与变形状态进行研究，混凝土流变学把混凝土工作性能和受力状态下的反应以基础物理量表征出来，将其分解为长度、质量、时间等简单物理量，描述并求解出能表征混凝土基本性质的物理参数，并能在各种条件下可供比较的、有真实物理意义的物理参数，最终将工程用参数归结为对拌合物基本特性的探究，为研究混凝土工作行为找到物理根据在这项工作上，研究人员已经作出了各种努力，将流变学参数和混凝土工作性能联系进来，通过基于物理定律和物理现象的科学分析预测取代笼统的经验规律，用科学的理论取代统计意义上的经验性指标混凝土工作性能的流变研究通常从水泥净浆开始不仅因为混凝土的流动性主要来自于水泥浆，而且干扰因素相对较少，更容易发现问题的本质而直接对混凝土工作性能进行流变学研究，所得的影响因素繁多，且各因素间还会有相互影响的情况，不易发现其根本规律，也就难以获得有用的流变学规律坍落度⑵检测简便易行，百年来国际通用但对检测结果的解读，却略显单一除了对拌合物粘度、扩展度、保水性、棍度（这完全靠感觉而非量化）等有一个定性的表述，只从统计意义上说明坍落度检测具有表征拌合物流体性质的意义，但是拌合物流体性质的物理意义和物理意义的表征，却没有进行深入细致的探讨忽略了更有价值的、更能反映混凝土流变性能的信息本文通过对水泥浆的流变学行为进行分析，再延伸到混凝土拌合物上，试图通过拌合物浆体流动状态的分析，对坍落度检测中混凝土受力和运动状态进行解析，并根据分析所得物理参数，结合流变学上的基础物理意义，来证明坍落度检测是有足够强力就很小（石蜡的表面自由能为26mJ/m2）,这些数据说明了为什么水能够在金属底板上完全铺展，而在金属涂有石蜡后则会以液珠的形式存在表面张力与内聚能息息相关，材料的分子间作用力越大，其内聚能就越大，拆散两个分子间吸引力需要的能量就越大，材料越不容易被迫分散同时内部分子对材料表面分子的作用力就越大，表面分子就越不容易脱离内部的吸引水泥浆的内聚力与水胶比（颗粒粒数量）、颗粒粒度等有关，与水泥浆的粘度有关掺入水泥浆中的外加剂其主要成分是表面活性剂，通过在界面（包括气液界面和液固界面）的富集，改变界面结构达到降低表面张力的目的能够提高水泥浆的流动性能表面张力取决于温度、拌合物粘度以及表面活性剂对悬浮体的调整情况，拌合物的表面张力可通过试验予以测定影响水泥浆流动性能的指标之三是接触角接触面的阻力是指流体在固体表面铺展过程中因接触面存在接触角而产生的摩擦阻力其不仅取决于流体的表面张力，而且与固体的表面性状有关有时底板表面的不同所产生的影响将会严重影响坍落度的实测值在浇筑混凝土时，混凝土在充分润湿过的模板上的流动度要比干燥的、未经清理的模板上要大得多，其原因就是接触角值因润湿程度不同造成在进行坍落度检测时易发现，分别用光滑铁板和用木板作为底板，相同的拌合物所测得的坍落度值是不同的；铁板或木板表面的光洁程度，是否用水湿润表面，润湿的程度不同也会影响坍落度的测定值接触角是反映固体表面上的液体在铺展过程中与气相和固相间分子相互作用力的关系，也就是水泥浆在底板上铺展时流体内的粒子对其表面粒子的作用与底板表面的分子和空气中分子对流体表面粒子相互作用而产生的关系当流体为水时，其在低能表面（如常见的聚四氟乙烯板、石蜡等）的接触角均大于90°,不易铺展，而在高能表面（一般为无机固体，如常见的骨料、金属）的接触角均小于90，易用于铺展如果固相与液相的相互作用力大，则液相易于铺展（如水在玻璃上的铺展），而液相与气相的相互作用力大，而固相对其作用小，则不易铺展（如水在涂有石蜡的玻璃上不易铺展）；如果液相内部的分子作用于表面分子的作用力大于固相对液相表面分子的作用，则不易铺展（如汞在玻璃上无法铺展）坍落度检测时要求对底板进行润湿，即用铺展在固体表面的液体水代替固体表面，改变了底板固相表面状态，相应改变了固体表面对流体表面分子的作用力底板固相表面所具有的物性与固相的组成、表面性状、吸附物有关，是一固定指标液相表面张力与其组成有关，也是一固定指标气相按空气考虑，只与其温度、湿度有关表面活性剂改变了界面间的结构组成，其在界面间因定向吸附而排列有序，极易改变接触角表面活性剂成为改变界面的一种夹层，其对固相与液相分子作用力产生的作用一般为增加吸附作用表面活性剂聚集在液相表面，且对极性表面的固相（一般骨料均符合）具有强吸附作用，因此液相会因表面活性剂的作用而改变铺展能力，从而降低了接触角以上3种影响水泥浆流动性能的指标都与水泥浆中粒子间相互作用力有关，只不过是作用部位不同，内聚力是流体内部粒子间的作用关系，表面张力是流体内外粒子间的作用关系，而接触角则涉及到接触部位（界面）固、液、气三相间的关系产生应变所需消耗的能量

2.3在单元体下落过程中，重力势能转变成使水泥浆产生应变所需消耗的能量，包括运动所消耗的能量和使流体变形的能量，应包含以下几种能量Ev,动能影响因素;Eq,颗粒间相互作用对运动产生的影响；Ey,流体的表面张力所造成的影响；Ee,流体与底板间的相互作用所需消耗的能量这四项能量中，EV是流体运动所消耗的动能，随着运动速度的变化而变化，在前述假设a=0的情况下，速度是常数，当坍落停止后，v=0,Ev=0En是水泥浆的内聚力和粒子对运动的反应o粘度，在低速层流流体中，假设粘度其为定值，是与浆体物性有关的物理量；在配合比一定的水泥浆或混凝土拌合物中应是一个固定值，虽然水化的进程会使此值增加，但本研究在前述假设中已经有意对其进行了回避Ey是水泥浆的表面张力，表示浆体表面张力对浆体变形所需消耗的能量.取决于水的粘度、水泥浆体的粘度、以及表面活性剂对其降低的情况，可通过试验予以确定Ee是指水泥浆与底板表面在铺展过程中因固液表面分子相互作用而产生的摩擦阻力，当水泥浆体和底板的性状确定后，此项也可以认为是两种材料之间固有的特性，可以通过试验确定针对特定的材料，其值不变令由流体所具有的抵抗变形的能量为EC对铺展运动的阻力，EC=En+EyEe,有pgh=Ec+Ev+浆体运动分析3取截锥体hO高度处水平面上任意一个单元对其运动状态和受力情况进行分析,可以使我们明晰这个流变过程向下运动分析

3.1在hO水平面上的单元体，在重力作用下，具有向下做自由落体运动的趋势，如果其下部的浆体具有足够阻止其自由下落的能力，则其在hO平面上处于平衡状态，其在hO高度所具有的重力势能将与其下部浆体的支撑能力达到平衡此时截锥体上部只产生弹性变形而不会产生塑性变形，更不会产生流动其变形大小类似于弹性材料受力变形，材料的弹性模量取决于内聚能大小但如果由于受到其上部重量所形成的重力势大到使其下部无法阻止其自由下落，则该单元体将会处于重力势能大于支撑能力的状态，导致其开始向下运动其运动方程为pgh-Ec=Evz其中pgh为重力势能，E⑹是由水泥浆所具有的特性形成的支撑能力，包括内聚力阻止变形过程所消耗的能量和由表面张力阻止变形所消耗的能量Evz包括维持运动所消耗的能量和重力加速度在其向下运动的过程中，将会出现如下的情况1其向下运动是自由落体状态，有重力加速度的作用，单元体作加速运动；2随着单元体速度的增加，对抗其运动的粘性力也增加，在较短时间内，粘性力很快就和惯性力达到平衡一旦单元体诸作用力相平衡，它就不再做加速运动，达到一个定常态速度粘性大的拌合物这个时间就不可忽略3随着单元体下落，重力势能逐渐降低，Ec逐步增加若忽略E YE9,则EC、不变，重力势能与支撑能力之间的差距也越来越小，直到重力势能与支撑能力相平衡，单元体停止下落水平运动分析

3.2浆体在向下运动坍落时，在自重作用下，hO处的单元体所受的力具有p=p gh的能量根据帕斯卡定律，此压力在该平面的各个方向上大小相同，作用力不仅在垂直方向上使单元体受力，而且会在水平方向上产生向外的张力，此张力的大小与垂直方向上的数量相同，是促使浆体在水平方向上向外流动扩张的动力浆体水平运动的速度不是一个定常值初始瞬间速度较大，并存在有加速度，但当粘性力发挥作用后，粘度在流速增长的过程中也会相应增长，并逐步将自重产生的张力抵消，浆体也就在水平方向上进入一个定速运动的过程当运动一段时间后，随着铺展的面积越来越大，表面张力对铺展的限制能力也将越来越强，再加上扩展后，浆体坍落，由高度所形成的重力势也在降低，水平方向上的流速也就逐步降低直到降为0,流动停止此时流过的距离为扩展度，流动的时间为扩展时间浆体在水平方向上的状态与其在垂直方向上的坍落状态一致由自重产生的静压力被转换成如下几种能量，而逐步被耗散，并最终停止运动同样，水平方向上的作用力也可分解为pgh=Evr+Ec,其中的EC应在全高度范围内保持一致，只与浆体物理性质和外界环境有关欲求解出上式的解存在相当的困难，主要是Ec中的各项并不容易获得，只有对其进行一定的简化方可尝试这也与常识一致，当Ec较大时，pgh-Ec0时，浆体不产生运动；而当E⑹较小时，pgh-Ec0,浆体开始运动，并随运动的速度和距离以及浆体的本身特性决定运动的时间对前述单元体水平运动状态与铅直运动状态的受力分析共同考虑，可以获得下述结论1单元体在两个方向上产生运动，但两个方向上的运动状态不同，铅直方向是有粘性阻力的自由落体的类质点沉降运动，水平方向是流体考虑接触面有接触角的铺展运动；2铅直方向上的运动状态受到水平方向运动状态的限制，其主要原因是水平运动增加了一项因接触面间摩擦阻力Ee造成的能量损耗；3水平方向运动产生的原因是铅直方向重力势所提供帕斯卡定律；4拌合物所具有的抵抗运动和变形的能力，包括En、E Y和Ee,是拌、合物及其环境所具有的物性因此，可将上述两种运动状态分析合并为pgh=Ev+Ec其中，Ev表示拌合物因水平运动所消耗的能量含水平方向和铅直方向；Ec表示拌合物因变形所消耗的能量和外界对拌合物运动和变形所提供的能量损耗即因重力势能所产生的能量，将通过Ev和Ec共同消耗掉对于小变形的混凝土，其在底板上铺展的范围不大，表面积增加不多，则E

0、E Y可忽略浆体在大应变情况下的能量分析

3.3对于流动性较低的塑性混凝土，内聚力是决定其流变性能的主要因素，而对于大流动性混凝土或水泥浆来说，由于表面张力对于铺展所造成的影响不可忽略，则拌合物的表面张力、拌合物与底板间的相互作用是必须考虑的因素比如自流平混凝土，或者是水泥净浆，因其具有较高的铺展能力，就必须考虑表面张力和接触角对流动的影响，试分析如下1大流动度的混凝土或水泥净浆，其本质是拌合物流体在底板上的铺展，或者说是宾汉姆流体具有大变形时的情况可以按流体对底板的润湿作用进行分析2液体能否在固体上顺利铺展，取决于液体内部分子对液体表面分子的吸引力与固体表面分子对液体表面分子吸引力比较的结果如果液体内部分子对液体表面分子的吸引力大于固体表面分子对液体表面分子的吸引力，则液体无法在固体表面铺展，反之亦然3在恒温恒压条件下，当固体的表面自由能大于液体表面自由能与液体和固体界面间的自由能时，液体分子被固体吸引，能够自发在固体表面铺展固体的表面自由能越大，或者液体的表面自由能和液固界面间的自由能越小，越有利于液体在固体表面的铺展高分子固体材料的表面自由能小，液体就不易在其表面铺展，而汞的表面自由能高，则其在一般的固体表面也不易铺展4水泥浆的粘度n,水泥浆、底板的表面张力丫,水泥浆与底板间的接触角e均有相应的检测方法，通过这些指标，结合水泥浆在底板上的运动情况、骨料对水泥浆流动性的影响，可以建立相应的公式，来量化分析混凝土在底板上的坍落情况、扩展情况、对宾汉姆公式的修正4上述两种状态都可归结到宾汉姆流体运动方程T=T+nr必须对进行更深入的理解，f0按前述分析对铅直方向上的运动来说，其包括Eq因运动所产生的粘度对运动的影响与液体内部粒子间相互作用、Ey表面粒子因内部对其作用所产生的影响在低速层流情况下，n值不考虑变化，则Em也可以考虑为稳定值则铅直方向上的T f=Er|+EYo对水平方向上的运动来说，除上述E QE Y两因素外，还应考虑底板与水泥浆接触、面因水泥浆铺展带来的阻力Ee但当混凝土流动度不大，扩展能力不强时,Ey和Ee均可忽略，不影响分析的精确则水平方向上的x=En以上各因素在固定的试验条件下，f o不随外力而变，是体系所具有的物理性质，且均可通过试验测定对流体的粘度值n,忽略运动对其变化的影响后，则与流体内粒子的含量P和粒子的分散度，以及其粒形、溶剂化程度有关对外应力T值，只与重力势的大小有关『代表速度梯度，根据式『=T-T加及=速度1=ddr/dt/dt，有ddr/dt/dt=T-T/=p h-T/,可以对上式进行积分，以获得r、h、v值和t值由于铅直方向和f ng f n水平方向中的值不同，可获得两个运动方程，可以分析出截锥体的具有不同的运动速度和运动时间大流动铺展时需考虑的参数在浆体内聚力较小而导致其在底板上铺展时，则必须考虑浆体表面张力对其形变所需消耗的能量，宾汉姆方程可修正为T=T+nr+Y dAcos0其中f oydA表示水泥浆在铺展时受表面张力的限制产生的能量消耗；cos0是接触角对能量的消耗、混凝土流动性与水泥浆流动性中的主要区别从水泥浆流变性能到混凝土坍落度

55.1分析混凝土流动性能，则骨料的一些物理性能和配合比参数的选取，影响了水泥浆流动性能在骨料品种、数量、物理指标不同的情况下，相同的配合比完全可以出现不同的混凝土坍落度和流动性能⑹骨料的加入对水泥浆流动性能的影响主要包括如下几个方面1骨料的级配和粒形级配和粒形良好的骨料，需要填充的孔隙率就小，更易表现出颗粒间距的提高，对水泥浆粘度的降低幅度也少2浆骨比骨料在拌合物中所占比例越小，对水泥浆粘度的降低幅度越少3骨料含泥量骨料中的泥严重降低水泥浆粘度，粘土还会吸附外加剂，降低外加剂对水泥浆粘度的降低幅度，影响流动性能4水泥浆粘度对提高混凝土抗离析能力是必不可少的另一方面，骨料的表面性状，特别是其接触角的大小，也是决定骨料在水泥浆悬浮液中是否稳定的重要因素如何预测混凝土坍落度

5.21对水泥浆的检测对水泥浆包括胶凝材料、水和外加剂，按规定的配合比进行粘度、表面张力的测定，也可用净浆流动度进行粗略分析适当的粘度需要在好的流动性能和好的稳定性中平衡2对骨料的检测骨料的孔隙率可以大致反映骨料的级配和粒形，孔隙率越小越好3根据水泥浆流动性能和骨料对水泥浆流动性能的影响预测混凝土坍落度的方法一是选择符合要求的水胶比，并通过外加剂的掺入使水泥浆流动度与粘度和表面张力有关达到一定的指标；二是检测掺入骨料后的降低幅度，通过调整骨料的掺配率来使降低幅度最小；三是拌合物的稳定性由水泥浆粘度和骨料的表面性状来判断；四是检测坍落度用底板按规定的材料和规定的润湿方法国家标准《普通混凝土拌合物性能检验方法标准》

5.3GB/T50080—2016新版《普通混凝土拌合物性能检验方法标准》对其技术指标进行了修改，主要是针对混凝土拌合物流动性能和工作性能方面存在的一些问题，如1规范所要求的坍落度试验检测方法，延续自以往，但以前所测混凝土大多数为塑性混凝土，为确保其密实、连续，采取了分层装入并逐层插捣的方式针对目前常用的大流动性混凝土目前搅拌站的出机坍落度一般在200mm左右，采用规范要求的分层装入和插捣的方法，混凝土易出现骨料下沉、分层的结果，无法真实反映混凝土的和易性和流动性；2对检测坍落度所用底板，因其与混凝土拌合物间存在接触角的变化，此指标对大流动性混凝土在底板上的铺展有相当大的影响规范以及规范条文说明对此条的说明，混淆了对接触角指标的认识，忽视了不同底板接触角不同的概念，所要求的表面润湿是一种什么样的状态，应更加明确简单来说，底板湿润不润湿会影响到流动性，不同的底板也会影响到流动性终上所述，可以通过对水泥浆流变性能参数的测定，并考虑骨料的一些指标来预测混凝土流动性能混凝土坍落度检测可以通过水泥浆粘度、表面张力和水泥浆与底板的接触角来表征模板的润湿效果和润湿状态下接触角的降低值，可以决定混凝土在模板上的流动性能，也是需要研究的一个方面大的表征能力来说明混凝土拌合物的工作性能的本文将按照拌合物塑性变形和大流动度两种不同流体状态分别进行分析=、流变性理论分析的假设与简化1混凝土拌合物，其本质是通过具有一定粘性和流动性的胶凝材料悬浮液（以下简称为水泥浆）中再加入更大粒径的骨料，从而形成一个高浓、低流动性的悬浮流体使水泥浆产生塑性流变或粘性流变的主要部分是胶凝材料悬浮液胶凝材料悬浮于水中，由于颗粒间的相互作用产生静态摩阻力的内聚力和动态摩阻力粘度，使水泥浆体具有比水大的粘度；如果粘度过大而影响了流动性，通过外加剂的作用，以达到降低水泥浆体的摩阻力，扩大水泥浆体的流动性而骨料的加入，则一方面使悬浮液的摩阻力进一步增加，如果浆骨比不足，还会使骨料颗粒间产生机械啮合，使骨料产生堆集，进一步降低了悬浮液的流动性能可对水泥浆体做如下的假设与简化:水泥浆体的流变学模型是非牛顿体，但其粘度为常量

1.1一般将水泥浆体假设为宾汉姆流体，其流变学描述为其涵义为是粒子间相互作用力产生的静态摩擦阻力（内聚力），是表述粒子间随流体运动而产生的动态摩擦阻力（粘度）按牛顿粘性定律对粘度的定义来讲，水泥浆体中的粒子间对流动的影响是随流速的变化而变化的，但对于水泥浆体来说，其在自重作用下的流速较低，因此假设其值不随流速的变化而变化，设为常量，偏差不会大，可以使分析较为简化泵管中的泵送混凝土因受到高压，其剪切速率大，则不再此范围内水泥浆体流动时为层流

1.2在自重作用下，塑性或粘性的水泥浆体无其他外力作用，流速相对较低，特别是因为水泥浆体相对于一般流体来说，粒子的浓度高（随水胶比而变），流速相对而言更低，因此假设其流动状态为低速层流，对分析水泥浆体的受力状态大大简化同样，假设水泥浆体不可压缩水泥浆体为匀质高浓悬浮体

1.3作为流体，必须是各处的密度和粘度是均匀的，同时也意味着各处的温度是均匀的充分搅拌是获得均匀悬浮体的必要条件一般对流体的研究，是在浓度较小的悬浮体或溶液展开的，假设分散单元体彼此间没有相互作用（牛顿粘性定律和爱因斯坦粘度公式是在这种前提下推导出来的），而水泥浆体的浓度远较稀溶液大，由此对流体运动带来的影响同样是巨大的流体运动方程是在低浓度状态推导而得，前述的存在则表明胶体间是存在作用力的，在这种情况下运用牛顿粘度定律和爱因斯坦粘度公式⑶，在层流和低流速情况下，不会有太大的差别不考虑时间因素

1.4由于水泥浆体遇水后立即开始水化反应，所形成的水化产物是一种胶体粒子，并随时间的发展逐渐增加，对悬浮体浓度来讲是一个随时间而增加的过程因此，对流体流变状态的分析，将此种变化予以忽略，将所研究的水泥浆体流变性质定义为在加水搅拌均匀时刻到拌合物坍落结束时的状态而忽略期间粘度变化断裂与流变，忽略热效应

1.5本文所研究的坍落度是指在重力作用下，当出现一定大小的切向力时（T-Tf0）,浆体发生连续形变，在变形过程中不丧失连续性，塑性体不出现内部或外部的断裂，形状的改变应逐步过渡，经过一个时间段，最终变成另外一个形状因此本文研究的混凝土拌合物至少应为塑性以上具有流动性能的混凝土在运动过程中，悬浮体内粒子间、悬浮体与截锥模和底板间将因其运动而产生摩擦，由此产生热量，分析时因流速较低而将其忽略，并不影响分析的准确性水泥净浆与混凝土拌合物坍落流变过程受力分析

2.由于水泥净浆所用材料加工相对精细，由材料变化所造成的试验离散相对较小，对水泥浆体与混凝土拌合物坍落流变过程的受力分析，可以先从水泥浆体着手，再结合骨料的材料特性、配合比参数对拌合物流变性能的影响来推定混凝土拌合物的流变特性变化方向与变化程度，从而可以通过简便但真实反映情况的试验获得更多有价值的流变信息坐标的建立与常规信息分析

2.1以水泥净浆截锥体的轴心和坐标为基础，建立圆柱坐标（如图所示）为简便起1见，忽略锥体变化根据试验检测时的实际情况，首先可以获得如下信息图圆柱坐标11截锥体在自重作用下，将发生因自重坍落造成z方向的减少和r■方向上的增加在低速流动的前提下，截锥体中的拌合物不会发生旋转，因此e轴将不会产生变化这样可以将三维模型简化为两个未知参数2将拌合物装入截锥模时，在截锥模壁的限制下，是力学平衡状态，截锥体不发生任何运动当截锥模提离拌合物后，截锥体内拌合物只受重力作用在自重作用下，体系内存在不平衡，体系的某些部分产生运动在任一平面，平面内所受压力符合p=pgz,当重力所提供的能量超过因拌合物内聚能所提供的抵抗能力时，截锥体产生坍落随着坍落的进行，z值逐渐降低，当重力所提供的能量与混凝土内聚能、水泥浆表面张力对铺展的o限制以及底板对其产生的因铺展而产生的限制能力等能量相互抵消后，截锥体再次达到平衡状态，拌合物维持匀速状态随着势能所具有的能量越来越小，阻力越来越大，截锥体最终停止运动，由此造成的垂直方向上的z值的降低值为坍落度，其物理意义为在此高度以上的拌合物截锥体因自重所具有的势能通过使拌合物发生弹性变形或塑性变形甚至流动而完全消耗r方向上的最终值为扩展度水泥净浆流动度3必然有一个水平面hO处，在此高度存在因内聚能、拌合物表面张力产生的应力和底板对拌合物的铺展产生的约束与自重产生的应力相平衡4指定截锥体上缘为Z1=h1,截锥体的下缘为Z2=h2=0在hi处，因无重力作用，拌合物内部无应力产生；截锥体下缘处，在未开始坍落时指截锥模提离截锥体的一瞬间，t=0时，因惯性力产生的应力在Z2处最大，并随着坍落而逐步降低，并在坍落结束时t=te重新达到平衡5底板将会对拌合物的流动产生影响，这个摩擦阻力是水泥浆中粒子与底板材料表面分子相互作用造成，表现为接触角，也将影响拌合物最终的流变性能接触角是水泥浆与底板间相互作用的一个物理特性，随着水泥浆的组成和底板的材质不同而不同，但对特定的水泥浆和特定的底板，则是固定不变的

（6）坍落时拌合物铅直方向上的坍落速度随拌合物的粘度变化而变化，研究时假定坍落速度为定值忽略粘度随流速变化而变化截锥体坍落过程中的运动状态与受力分析理论基础

2.2在流体状态分析中，热力学能量第一定律即能量（机械能）守恒定律可以表达为Wp=Ws+Ek其中Wp是作用于单元体上力所完成的功率（重力势能）；Ws是单元体产生应变所完成的功率；Ws=Wh+W是指单元体应变包括放热消耗的能量和流体应变所损耗的能量（前述已经忽略放热所消耗的能量，即Wh=O）;Ek是单元体产生动能所损耗的能量根据热力学能量学第一定律，可以认为单元体因自重所具有的能量通过变形和运动而消耗完，并最终达到平衡重力势能导致流体先产生变形，包括弹性变形和塑性变形在此期间，流体所具有的内聚能努力维持流体不产生变形（小到只产生弹性变形）或者产生较小的变形（塑性变形），当内聚能无法维持流体形状后，流体才产生运动针对坍落度试验来说，流体在运动过程中不仅仍然会受到内聚能的约束，还将受到外界条件对其运动的影响，即流体在固体上铺展时由表面张力和接触角对其运动的影响关于宾汉姆流体的一些概念,o对于需考虑粒子间相互作用的流体，流变学采用宾汉姆流体公式进行分析，只不过没有针对混凝土进行过深入的分析，现分析如下

（1）宾汉姆流体是指流体在流动前存在一个剪切屈服强度T f,只有当剪切应力超过T f时，流体才流动其中T「的定义是指流体在静止时形成分子间或粒子间的相互作用所形成的内聚力这种内聚力的作用使流体在受到较低外力时能够像固体一样只发生变形而不流动只有在当外界引起的应力超过临界值-后，流体才发生流动，这时内应力抵消不了外界引起的应力，固体变为流体这种流变特性归结为塑性2牛顿粘度定律是宾汉姆运动方程的特例，特指在不考虑分子间作用力时所出现的运动宾汉姆运动方程可以定义为当TJ时，『=0,=GY,此时只发生变形，其£中G为固体的刚度；当T2T f时，r=T-T/,发生流动，其中n为流体的粘度fn3混凝土流变学将宾汉姆流体方程的引入，粗略地将公式右边两项分别表示为混凝土内部因粘度产生的应力和流体产生运动时因粒子对运动的阻滞能力所消耗的能量

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2.1影响水泥浆流动性能的指标之一是内聚力内聚力是水泥浆悬浮液中粒子间相互作用的结果，这些粒子包括了水泥浆悬浮液中的水分子、胶凝材料颗粒、胶凝材料水解物、水解离子化合物和化合物的凝聚体等在较精确的研究时，骨料中的粉料颗粒也将对内聚力产生一定的影响，比如，粗略地说，混凝土拌合物如果使用的砂细了，则混凝土就粘，就是砂中粉料过多造成的浆体粘度的增加，也就是拌合物中浆体内聚能增加了在水化初期，影响内聚力的主要指标是水中颗粒的总比表面积；颗粒要小到一定的尺度方可对内聚能产生影响颗粒表面带电情况将严重影响到内聚力，可能的情况下，带电颗粒不仅能絮凝成絮凝体，甚至成结晶体粘土造成的拌合物流动异常即为此原因内聚力的宏观表现可以用粘度来表征，是由分散体粒子间的相互作用决定，其大小不仅取决于粒子浓度、粒子粒径、粒子间距、粒子的分散状态等常见参数，而且与悬浮体中是否有电解质、电解质离子的带电情况、离子的化合价、离子浓度等因素有关⑷,与颗粒的双电层厚度、粒子的溶剂化程度有关而且由于混凝土中还有表面活性剂，不同的表面活性剂种类对悬浮体的改性（如何带电、表面活性剂的极性等），对溶剂和拌合物粘度（表面张力）的调整等因素也有相当大的关系，因此分析起来极为不易，而且较难通过试验检测出来混凝土配合比中的胶凝材料、骨料、水和外加剂的比例是固定的，按照水一水+外加剂（水溶液）一水溶液+胶凝材料（水泥浆）一水泥浆+砂（砂浆）一砂浆+粗骨料（混凝土）的顺序进行混合，所得的悬溶液的流动性能逐步降低，粘度不断增加，其原因就是随着颗粒数量的不断增加，颗粒间的吸引力和颗粒占悬浮液体积的比例也逐步增加，这与Einstein粘度定律相吻合水泥浆的粘度决定了混凝土的工作性能，其他指标均应以以此为基础其他指标也会分别或累积影响水泥浆粘度，从而影响混凝土工作性能对于流动性较低的塑性混凝土，内聚力是决定其流变性能的主要因素，而对于大流动性混凝土或水泥净浆来说，由于表面张力对于铺展所造成的影响和底板对其铺展产生的约束不可忽略，则拌合物的表面张力、拌合物与底板间的接触角是必须考虑的因素

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2.2影响水泥浆流动性能的指标之二是表面张力表面张力是水泥浆悬浮液中表面粒子与内部分子间相互作用的结果水泥浆流动是流体对底板润湿作用中的铺展的过程，在此过程中，内部的粒子因铺展而运动到表面（铺展使水泥浆表面积增大），需要一定的能量克服内部相关粒子对其作用方可实现因此，铺展过程就是需要将一部分重力势能转化成将内部粒子运动到表面的能量而表面张力就是限制内部分子运动到表面（也就是液体铺展）的限制能力润湿作用是一种界面现象，是指凝聚态物体（底板）表面上的一种流体被另一种与其不相混溶的流体取代的过程具体到拌合物，则是拌合物流体通过铺展而取代底板表面的气体（如果底板已经润湿，则由拌合物流体取代表面液体），覆盖整个铺展范围内底板的过程润湿作用是一种固液界面现象，一切影响固体和液体表面和体相性质的因素，都会对润湿作用产生影响铺展是当液体与固体表面接触后，液体自动在固体表面展开后排挤掉原有的另一种流体（通常是气体，但如果固体表面已经湿润，则有可能是液体），铺展过程中固气界面消失的面积与增加的液固界面面积相等，同时形成等量的气液界面如混凝土在模板上的流动过程就是混凝土的铺展过程（）（）a b图2润湿角图示如图2（a）所示，空气与固体底板的表面自由能为y*,液体与固体底板的表面自由能为,液体与空气间的表面自由能为丫皿表面自由能表示了材料表面分子与内部分子相互作用的大小，内部分子对表面分子的作用越大，表面分子分子越不容易被与其接触的其它材料所吸引，如汞滴的表现，汞滴中内部分子对其表面分子作用力大（汞对空气的表面张力为485mN/m,与之对比的是水对空气的表面张力为72mN/m,汞对水的表面张力为375mN/m）⑸金属、晶体与无机材料组成固体的表面张力更大（铁的表面自由能为1360mJ/m2）,而高分子材料组成固体的表面张。