1、一、混凝土的流變特征與混凝土輸送泵的主要技術(shù)參數(shù)在橋梁、水利電力設(shè)施、高層建筑等大型混凝土工程施工中，混凝土的運(yùn)輸和澆注是一項(xiàng)關(guān)鍵性的工作。 混凝土泵能一次連續(xù)完成水平運(yùn)輸和垂直運(yùn)輸，對于狹窄和有障礙物的施工現(xiàn)場，通過合理地布管，亦能 將混凝土送達(dá)施工地點(diǎn)。本文旨在通過研究混凝土在輸送管道中的流變特性，探討混凝土輸送泵主要技術(shù) 性能參數(shù)的確定原則，設(shè)法使混凝土泵有效地發(fā)揮作用，以滿足大型混凝土工程施工所需的效率高、能耗 省、費(fèi)用低的要求。流變學(xué)原理及泵送混凝土流變方程根據(jù)流變學(xué)原理，任何一種實(shí)際材料都可由三種具有理想流變特性的材料具有完全彈性的理想材料 即胡克（Hooke）固體模型、超過屈服點(diǎn)

2、后只有塑性變形的理想材料即圣維南（St. venant）固體模型、 具有粘性的理想材料即牛頓（Newton）液體模型）組成，流變方程為：式中：，為剪應(yīng)力；n為粘性系數(shù)；r為被研究流變體所處的半徑；金為屈服剪切應(yīng)力；T為松弛周 期；t為時(shí)間。對于新拌水泥混凝土，其粘度、屈服剪應(yīng)力都不等于0，而松弛周期T為無窮大。這種新拌混凝土的 流變模型可認(rèn)為是一般賓哈姆體，其流變方程可表示為t=nd V / d r +t0由上式可以看出，屈服剪應(yīng)力與粘度系數(shù)是決定拌和物流變特性的主要參數(shù)。拌和物的屈服剪應(yīng)力是由組成材料之間的附著力和摩擦力引起的。它是阻止塑性變形的最大應(yīng)力。在 外力作用下產(chǎn)生的剪應(yīng)力tt0時(shí)才

3、產(chǎn)生流動。粘度系數(shù)n是液體內(nèi)部結(jié)構(gòu)阻止流動的一種性能，它是流體中平行流動的各層流之間產(chǎn)生的與流動方 向相反的粘滯阻力。泵送混凝土的流動特征分析根據(jù)泵送混凝土的流變方程，認(rèn)為泵送混凝土是賓哈姆液體在推力作用下沿管道的流動。這種流動可 假設(shè)為兩種流動狀態(tài)組合而成，即“層流”和“紊流”。層流是流動過程中流線與流線之間沒有流體質(zhì)點(diǎn)交換的流動，它主要表現(xiàn)為流體質(zhì)點(diǎn)的摩擦和變形（如圖1所示）。由圖可知：圖1滎送捉凝土在管道中以層流方式流動IA Pit r2 = 2 咒 r/rr = Pr/ （21）式中，P為層流賓哈姆液體所承受的壓差；為層流賓哈姆液體的半徑；/為層流賓哈姆液體的長 度。代入前面流變方程可

4、得:對上式積分并根據(jù)邊界條件，r = R （輸送管道的半徑）時(shí)，V = 0。因而求得流速為:紊流是流動過程中流線與流線之間存在流體質(zhì)點(diǎn)交換的流動。質(zhì)點(diǎn)在流動過程中相互混雜和碰撞，結(jié) 果使流動較快的流層的質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入到流動較慢的流層中，給流層較慢的流層以向前的推力；而流動較慢的流 層的質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入到流動較快的流層中，則給流動較快的流層以阻力。由于流體質(zhì)點(diǎn)相互交換的結(jié)果，就引起 一種附加應(yīng)力。因此紊流狀態(tài)的流體剪應(yīng)力由兩部分組成，一部分是由粘滯阻力引起的；另一部分是由質(zhì) 點(diǎn)交換引起的：式中：T 1為層流剪應(yīng)力；玲為紊流剪應(yīng)力。由上式可以看出，當(dāng)紊流達(dá)到充分紊亂（即/、d Vd r較大）時(shí)，S比七大得多。求

5、得紊流的流 速隨半徑變化的規(guī)律為:式中：Vmax為管道中心處的流速；P為流體密度；R、tr分別為管壁處半徑和剪切應(yīng)力?；炷凛斔捅弥饕夹g(shù)參數(shù)的選擇混凝土輸送泵的主要技術(shù)參數(shù)首先要滿足施工要求，如混凝土的性質(zhì)、泵送生產(chǎn)率、泵送距離等。而 這些要求可以通過選擇合適的工作壓力、管道直徑和泵送速度來實(shí)現(xiàn)。1）混凝土泵送壓力的選擇泵送混凝土所需的泵送壓力取決于泵送距離、混凝土與管壁的粘著阻力、摩擦阻力及垂直泵送的混凝 土的自重。由于混凝土通過直管和通過彎管的阻力不同，所以應(yīng)分別按下式計(jì)算：P = 5，心 +式中：p1.為通過單位長度的第i段直管所需的泵送壓力；x 1.為第i段直管的長度；p2j為通過單

6、 位長度的第j段彎管所需的泵送壓力；x 2頂為第j段彎管的長度。2）泵送混凝土流速和輸送管道直徑選擇泵送混凝土流速和輸送管道直徑取決于混凝土泵的生產(chǎn)率、混凝土的流動特性、骨料的最大粒徑、輸 送距離等因素，其關(guān)系如下：Q = KVD / 4式中：Q為生產(chǎn)率；K為與混凝土的流動特性、骨料的最大粒徑、輸送距離有關(guān)的系數(shù)；V為泵送 速度；D為輸送管道的直徑。大直徑的輸送管，可用于較大粒徑的骨料，泵送時(shí)壓力損失小。但它笨重、昂貴；且當(dāng)混凝土料產(chǎn)生 泌水時(shí)，在管中產(chǎn)生離析的可能性大。在目前的生產(chǎn)條件下，一般采用直徑為180、150、125、100和 80 mm五種。結(jié)論由第2款的分析可知層流與紊流的區(qū)別很大。層流的阻力和消耗的功率較紊流的小得多。但根據(jù)層流 和紊流的流動特征可知，在一定條件下層流會轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?。因此，在選擇和使用混凝土泵時(shí)，應(yīng)設(shè)法使混 凝土的流動保持層流狀態(tài)，以防止泵送過程中發(fā)生流動狀態(tài)變化而導(dǎo)致堵管。怎樣保持泵送混凝土的層流呢？由流體力學(xué)得知，根據(jù)“雷諾數(shù)”可判別流體的流態(tài)，因?yàn)樗芊从吵?擾動力與流體粘性的對比關(guān)系。使流體運(yùn)動狀態(tài)改變的雷諾數(shù)，稱為“臨界雷諾數(shù)”（Re），Re 2 0