浆液的流变特性是指浆液在外力驱使下发生流动时所表现出来的特性。根据其特性可将浆液分成两类:①纯粘性流体:影响其流动的,只是其粘度,它的流动规律服从于牛顿定律,故通称为牛顿流体;②粘塑性流体:影响其流动的,不仅有浆液的粘度,还有浆液的粘聚力或称抗剪断强度,它只有首先克服了粘聚力之后才能发生流动,这种流动称为宾汉(Bingham)塑性流动,故通称为宾汉流体。显然,要使后一种流体发生流动,必须施加更大的外力。
图9-4所示为典型的牛顿流体与宾汉流体的流变特性示意图。它示出剪应力与剪切速率(即流速梯度)的关系。
图9-3 几种典型浆液粘度随时间的变化
1—铬水素;2—水玻璃;3—一般水泥浆;4—尿素系;5—丙烯酰胺系
图9-4 两种流体的流变学定律
(引自G·隆巴迪,1985年)
Ⅰ—牛顿体(仅有粘度),τ=;Ⅱ—宾汉体(粘度和粘聚力都有),τ=C+
水是典型的牛顿流体。水灰比大于2的水泥浆,刚刚制备好的稀薄粘土浆以及某些化学浆液,都具有牛顿流体的性质。
悬浮型浆液随着其浓度的增大,其中固体颗粒愈来愈靠近,以致能形成结构,使浆液获得一定的抗剪强度和“固性”。某些溶液型浆液也具有此种特性。这种浆液在静置时,会同固体一样不容易流动。对它施加很小的应力,只会产生类似于固体的弹性;只有当施加的应力超过C时,它才能发生类似于牛顿流体的流动(图9-4)。我们把浆液的这种性质称为塑性,把极限值C称该塑性浆液的粘聚力或抗剪强度,将具有此种性质的浆液定名为宾汉流体。它的流动定律用下式表示:
宾汉流体比牛顿流体具有较高的流动阻力,这使它只有在更大的压力下才能扩展到较远的距离,而且很难进入细小缝隙。这是它不利的一面。但在大裂隙中需要限制浆液的扩散距离时,使用这种浆液却较为有利,它能降低浆液中的粗颗粒(例如砂子)下沉和分离的速度,并能保持浆液在较长时间内具有良好的可泵性。
水泥浆由牛顿流体转变为宾汉流体的临界水灰比,与水泥的种类、细度、颗粒形状、在浆液中的分散程度和搅拌时间等许多因素有关[26]。以图9-5为例,它发生在W/C接近1时。多数的粘土浆都属于宾汉流体。(www.xing528.com)
宾汉流体具有一种触变特性,或称“摇溶现象”。特别是粘土浆,这种特性表现得最为明显。即,这种浆液的流动阻力在遭受快速搅拌和大力驱散的情况下会受到破坏,在净置后又重新建立的特性;其被破坏和又重新建立的程度,随施加外力的大小和静置时间的长短而异。图9-6是触变现象的典型例子。图中向上曲线AB表示流动速率渐增的情况;向下曲线BC表示流动速率渐减的情况。如果达到B点之后不立即降低流动速率,流动阻力将遭到更大的破坏,如BE曲线所示。这样,BC曲线就表示了剪切破坏效应,DE曲线则为时间附加效应;各曲线间的环状面积是触变破坏的程度。
图9-5 纯水泥浆流动曲线
(引自B.E.克拉克.1955年)
A—水;B—W/C=1;C—W/C=0.75;D—W/C=0.66;E—W/C=0.55;F—W/C=0.45
图9-6 宾汉流体的触变性试验
图9-7所示是触变现象的时间效应。水灰比同为0.65的水泥浆,曲线A曾被静置10min,显示出流动阻力最大;曲线D是在刚搅拌后进行的试验,流动阻力最小。能用相同的重复试验,得到相似的结果,从而表明上述现象是可逆的。
实际上,触变现象是所有宾汉流体的共同特性。它的这种特性,为必要时使用稠浆灌浆提供了依据。例如可以采用高速搅拌尽量减小流动阻力,获得更大的充填范围;当需要缩小范围时,采用灌灌停停的办法,使灌进的浆液获得更大的阻力。
图9-7 触变现象的时间效应
(引自B.E.克拉克1955年)
A—静置10min;B—正常搅拌;C—正常搅拌后加提锤15次冲击;D—高速搅拌
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