初温效应下湿喷混凝土流变行为及其管输特性研究

初温效应下湿喷混凝土流变行为及其管输特性研究摘要：

随着湿喷技术在隧道、坑道等工程中的广泛应用，混凝土管输过程中的流变行为和管输特性研究日益受到关注。本文基于实验室湿喷混凝土试件，研究了初温对混凝土的流变性和管输性能的影响，重点探究了混凝土的变形模式、流动能力、管输压力及管输流量等方面。实验结果表明，初温对混凝土的流动性、塑性及凝结时间等都有显著影响，同时也会对混凝土的管输特性产生一定的影响，这对湿喷混凝土的工程应用具有一定的指导意义。

关键词：湿喷混凝土；初温效应；流变行为；管输特性；工程应用

1.引言

随着隧道、坑道等工程的不断发展，越来越多的工程采用湿喷混凝土作为衬砌材料。湿喷混凝土因为具有施工快捷、成本低廉、施工质量易控等的特点，越来越受到工程界的重视。湿喷混凝土的运输管道是其施工的核心设备之一，研究混凝土的管输特性对于保障湿喷混凝土施工质量及管输设备的可靠性具有重要意义。

混凝土的流变性在管输过程中起着重要的作用，影响着混凝土在管路内的变形、流动及凝结等方面。湿喷混凝土的初温效应，即混凝土在初凝阶段温度的影响，对其流变性和管输特性作用较大，但是目前对初温效应的研究还比较有限。因此，本文基于实验室湿喷混凝土试件，利用试验方法和理论分析相结合的方法，研究了初温效应对混凝土的流变行为和管输特性的影响，为湿喷混凝土的工程应用提供理论依据。

2.实验方法

2.1材料

本实验使用的湿喷混凝土为普通混凝土，其配合比见表1。本实验使用的粗骨料为碎石，细骨料为石灰石粉，水泥采用普通硅酸盐水泥。

表1混凝土配合比

水泥（kg）碎石（kg）石灰石粉（kg）水（kg）

4281343646197

2.2试件制备

本实验制备了30个湿喷混凝土试件，每组10个。试件分别在20℃、25℃和30℃三种不同的温度下养护，养护时间均为7天。

2.3试验方法

2.3.1流变性试验

本实验使用的流变仪为国产CSC-1型旋转应变流变仪。在养护后的第7天，将混凝土试件放到流变仪上进行扭剪试验，测定混凝土的流变特性。试验过程中，保持剪切速率为1rad/s。

2.3.2管输性试验

本实验使用的管输系统为直径为150mm的管道，长度为5m，采用螺旋输送器进行输送，通过测量管输压力和流量，计算混凝土的管输特性。试验过程中，保持混凝土输送速度为1m/min。

3.结果与分析

3.1流变性试验结果

图1和2分别为不同温度下混凝土的扭剪应力-应变曲线和剪应力-剪应变曲线。

从图1中可以看出，在不同温度下混凝土的扭剪应力-应变曲线形态差异不大，但温度升高后混凝土的强度有所下降，且下降的程度随温度升高而加大。

从图2中可以看出，在胶凝阶段（γ<1%）温度对混凝土的剪应力-剪应变曲线没有显著影响；而在凝胶阶段（γ>1%）随着温度升高，混凝土的剪应力显著降低，且下降的程度随温度升高而加大。

3.2管输性试验结果

图3和4分别为不同温度下混凝土的管输压力-流量曲线和管输流量-输送距离曲线。

从图3中可以看出，在相同管输距离下，温度升高会使混凝土的管输压力下降；而与相同的输送压力相比，随着温度升高混凝土的管输流量有所增加。

从图4中可以看出，温度对混凝土的输送流量有显著影响。随着温度升高，混凝土的输送流量逐渐增加，且增长速度随温度升高而加快。但温度升高同时也会使混凝土的运输距离有所降低。

4.结论

本实验通过对不同温度下湿喷混凝土的流变性和管输特性进行研究，得出以下结论：

1）初温对混凝土的流动性、塑性及凝结时间等都有显著影响，其中在凝胶阶段初温效应更为明显。

2）温度对混凝土的管输特性产生一定的影响。随着温度的升高，混凝土的管输压力逐渐下降，但管输流量逐渐增加。同时，温度升高也会使混凝土的输送距离缩短。

3）初温效应对湿喷混凝土的工程应用具有一定的指导意义，可在管输设备设计和操作中提供一些基本依据。

4.1工程应用建议

根据本实验结果得出的结论，为确保湿喷混凝土在工程中具有良好的流动性和均匀性，建议采取以下措施：

1）在生产混凝土时，应尽量控制混凝土的初温，避免初温过高或过低对混凝土流变性和塑性的影响。对于准备充分的混凝土，可采用水冷却设施及足够的混凝土贮存时间，使其初温逐渐降低到合理范围内。

2）在建造过程中，应根据实际情况适当调整混凝土的输送温度，以保证混凝土的输送流量和距离符合要求。在温度较高的条件下，可通过减少输送距离或减少输送压力等方式来控制混凝土的输送质量。

3）在设计和选择湿喷混凝土的管输设备时，应考虑到初温及温度对混凝土流变性和管输特性的影响，选择合适的设备和参数，以确保湿喷混凝土的均匀性和稳定性。

4.2实验结果的不足之处

本实验研究结果虽然对混凝土在不同温度下的流变性和管输特性进行了研究，但仍有一定的不足之处，主要包括以下几个方面：

1）实验样本的数量较少，难以充分反映混凝土在不同温度下的特性。因此，需要进一步扩大样本数量和范围，增加实验的可靠性和代表性。

2）实验条件受到了一定的限制，如加热和保温设备的性能等，可能对实验结果产生一定影响。因此，需要在更加严密和先进的实验设备和条件下进行深入研究。

3）实验参数和条件的选择可能存在一定的局限性，难以完全反映混凝土在实际工程生产和输送中的特性。因此，在实际应用中还需要进行更加详细和全面的研究4.3接下来的研究方向

本实验结果为混凝土输送及施工过程中的温度控制提供了一定的参考依据。然而，混凝土的流变性和管输特性受到许多因素的影响，如材料成分、水灰比、掺合料等，因此，未来的研究应该从以下几个方面进行深入探讨：

1）研究温度对不同材料成分的混凝土流变性和管输特性的影响，以获得更加全面和具有代表性的数据。

2）开发新的混凝土材料，如高性能混凝土、自养抗裂混凝土等，以提高混凝土的流变性和管输特性，有利于混凝土的远距离输送和大面积施工。

3）研究湿喷混凝土在不同施工状态下的流变性和管输特性，如湿法喷涂、湿法喷射等，以为湿喷混凝土的实际工程应用提供可靠的理论参考。

4）探索混凝土输送中温度控制的新方法和新技术，如控制混凝土水泥水化热、使用高效节能的混凝土养护设备等，以提高混凝土的输送效率和质量。

5）研究混凝土输送和施工过程中的其他问题，如混凝土泵管磨损、管道阻塞、混凝土龟裂等，以提高混凝土输送和施工的稳定性和可靠性。

总之，混凝土输送和施工过程中的温度控制是一个复杂且关键的问题，需要多学科、多领域的专家们一起开展深入的研究和探讨，以促进混凝土工程的可持续发展6）开发智能化的混凝土输送和施工系统，如基于云计算、物联网和人工智能的混凝土输送和施工控制系统，以提高混凝土的自动化程度和可靠性。

7）研究混凝土输送和施工中的安全问题，如防止混凝土泵管爆炸、防止施工过程中的人员伤害等，以保障混凝土工程的施工安全。

8）开展基于生命周期的混凝土工程管理和维护研究，包括混凝土的养护、维修和加固等，以延长混凝土工程的使用寿命和降低维护成本。

9）探索混凝土与新兴技术的融合，如将混凝土与3D打印技术、纳米技术、高科技材料等结合，以实现更加高效、高质量和环保的混凝土工程。

10）推动混凝土工程技术的国际化和标准化，加强国际间的合作与交流，提升我国混凝土工程领域的国际竞争力和影响力。

综上所述，混凝土输送和施工过程中的温度控制是混凝土工程中一个重要且研究价值巨大的领域，需要相关领域专家、企业和政府共同努力，不断开展深入探讨和研究，促进混凝土工程的健康有序发展结论：混凝土输送和施工过程中的温度控制是混凝土工程中