自密实混凝土流动性试验的数值模拟

作     者：段化垒 

作者单位：北京交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：潘雨

授予年度：2011年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：自密实混凝土 宾汉姆模型 流动性试验 计算流体力学 数值模拟 FLOW-3D 

摘      要：自密实混凝土自二十世纪八十年代诞生以来,由于其优良的工作性能,已经得到了非常广泛的应用。实际工程中,为了施工的方便,往往会采用比实际所需更高的流动性,这样会降低混凝土的强度,并且会提高造价。造成这种状况的原因在于,混凝土是多种材料的混合物,各种组分都对其强度和工作性能有影响,通过试验,我们可以对各种因素的影响进行分析。但是,试验往往费时费力,而且对试验条件的控制是一项棘手的工作,往往导致试验结果的偏差。数值模拟方法可以很好地控制影响因素,方便地对单一因素的作用进行研究,获得各组分对自密实混凝土的工作性能的影响。 本文采用计算流体力学商业软件FLOW-3D对自密实混凝土的工作性能进行研究。将自密实混凝土拌合物看作均匀单一流体,其本构关系采用宾汉姆模型,流变性能由屈服应力和塑性黏度两个参数控制。通过对坍落度试验、L型仪试验和U型箱试验的数值模拟,并且结合相应的试验,考察水胶比、砂率和减水剂三种因素对自密实混凝土的工作性能的影响。 通过选取合理的屈服应力和塑性黏度两个流变参数,数值模拟结果可以与试验结果较好的吻合。并且,数值方法还可以对流动性试验的发展过程进行直观地描述,这样可以综合考虑组分和试验条件(如仪器壁面的摩擦影响、钢筋栅的影响等)对工作性能的影响。 通过数值分析结果与试验结果的对比分析可以发现,水胶比、砂率、减水剂等因素的变化均会导致自密实混凝土的工作性能的改变,且流变参数与这些影响因素间也存在一定的关系。 数值模拟可以大大减少试验工作量,节省人力、物力和财力,通过与试验相结合,可以更方便地对自密实混凝土的工作性能进行研究。