灌浆料流变性能的时变特性与屈服应力演化模型

为研究灌浆料流变性能的时变特性,厘清流变性能随时间变化的机理,通过流变试验研究灌浆料的流变模型和流变参数随时间的变化规律。结合灌浆料的冷冻扫描电镜微观结构随时间的变化过程和流体力学理论,研究屈服应力的时变机理,并建立考虑絮凝效应、水化反应和骨料颗粒-水泥浆体相互作用三者共同影响的新屈服应力演化模型。结果表明:灌浆料的流变模型符合Herschel-Bulkley模型,屈服应力随时间增加而增加。水化产物在网状絮凝结构上不断堆积,网状絮凝结构逐渐变大,这不仅增强了水泥浆体的抗剪切能力,也导致浆体表现更高的黏度,使得骨料颗粒-水泥浆体的相互作用力增大。因此,灌浆料的屈服应力增大。提出的新屈服应力演化模型能更好地描述含骨料颗粒水泥基材料的屈服应力随时间的变化规律。研究结果可为灌浆料的流动扩散研究和深入理解水泥基材料流变性能的时变性提供理论基础。

矿物掺合料对复合胶凝材料浆体静态屈服应力的影响

复合胶凝材料浆体的静态屈服应力可用于表征浆体内部微观结构建立的特性,且对新拌水泥基材料的施工与3D打印过程有很大影响。本文研究了矿物掺合料的种类和掺量对复合胶凝材料浆体静态屈服应力变化规律的影响。研究发现,矿物掺合料的细度增大使颗粒表面的水膜层厚度减小,导致浆体的静态屈服应力增大。复合胶凝材料浆体的静态屈服应力在加水搅拌后的一段时间内缓慢增加,浆体结构建立速率较小。在加水搅拌后大约1.5 h,复合胶凝材料浆体的静态屈服应力迅速增大,表明浆体内部结构的连接程度已接近不可破坏的程度,浆体开始凝结,向固体状态转变。

羟丙基双淀粉磷酸酯糊液的屈服应力及触变性研究

为研究羟丙基双淀粉磷酸酯(Hydroxypropyl distarch phosphate,HPDSP)糊液的屈服应力和触变性行为,本文以不同链支比的玉米淀粉(CS)和蜡质玉米淀粉(WS)为原料的HPDSP为研究对象,讨论了HPDSP糊液在不同温度条件下的临界质量分数、屈服应力及触变特性。结果表明,HPDSP在5℃时的稀溶液-半稀溶液、半稀溶液-浓溶液临界质量分数分别为3wt%和6wt%。5wt%时玉米淀粉-羟丙基双淀粉磷酸酯(CS-HPDSP)和蜡质玉米淀粉-羟丙基双淀粉磷酸酯(WS-HPDSP)的屈服应力与温度相关性较低,而6wt%时两者屈服应力随温度升高(至85℃)显著下降了69.52%和77.95%(P<0.05)。HPDSP的触变性受质量分数和温度影响,5℃时,5wt%的CS-HPDSP和WS-HPDSP几乎无触变性,6wt%时触变环面积分别为163.49和85.00 Pa/s,随温度升高至85℃,两者分别降低86.38%和92.18%。WS-HPDSP的三段式触变性测定(Three interval thixotropy test,3iTT)展示出的触变性均小于CS-HPDSP,具有较好的稳定性。综上,与CS-HPDSP相比,WS-HPDSP的屈服应力和触变性更小。本文为HPDSP在食品中作为增稠剂的实际应用提供了理论依据。

基于微型塌落筒实验的充填料浆屈服应力表征

充填料浆的管道输送是充填采矿法的一个重要环节,而充填料浆的流变参数是评价充填料浆管输特性的重要指标,目前主要采用流变仪进行测定,但矿山现场通常不具备流变实验条件,主要通过塌落度实验来评价充填料浆的流动性能.本文采用微型塌落筒进行不同质量分数、灰砂比的充填料浆塌落度实验,建立微型塌落筒扩展度与屈服应力之间的解析模型,根据料浆停止流动后的形态得到简化计算模型,基于简化模型理论计算料浆的屈服应力,并将理论值与流变仪测试同等配比条件下得到的屈服应力实验值进行对比分析,同时通过双因素方差分析研究了不同质量分数、灰砂比对充填料浆扩展度的影响规律.结果表明,扩展度主要受质量分数的影响,灰砂比对其影响不显著,充填料浆的屈服应力随质量分数的增大而增大.在质量分数较低时,理论值与实验值的相对误差范围较大,二者的相对误差在25%以内,平均误差为16.79%;随着质量分数增大,误差逐渐减小至15%以内,平均误差为8.81%.综合考虑质量分数的影响,提出基于质量分数的修正系数,修正后的屈服应力理论值与实验值的相对误差降至10%以内,平均误差为3.54%.本研究微型塌落筒实验较传统塌落度实验不仅节省实验用料和劳动强度,还可有效表征料浆屈服应力,对于矿山充填料的流动性能评价具有实际指导意义.

减水剂作用下再生微粉对水泥浆体屈服应力的影响及机理

为提高再生微粉的工作性能,探究了减水剂作用下再生微粉对水泥浆体流变性能的影响规律及机理.利用流变仪分析2种再生混凝土粉和1种再生黏土砖粉对浆体屈服应力的影响,并基于Yodel模型,从减水剂平均颗粒表面覆盖率、颗粒最大堆积分数和颗粒分布的角度,分析了再生微粉影响水泥浆体屈服应力的作用机理.结果表明,与基准水泥相比,再生微粉具有较高的吸水性.在相同流动度的条件下,再生微粉的质量分数从10%提高至30%时,相比于水泥浆体,再生微粉浆体的减水剂需求量提高11.67%~71.72%,屈服应力下降17.77%~83.23%.再生微粉的掺入虽然增加了浆体的体积分数,使颗粒接触作用增强,但由于减水剂用量增加,致使平均颗粒表面覆盖率提高,颗粒间胶体作用减弱,最终导致浆体的屈服应力降低.

微通道内屈服应力型流体的流变特性及多相流研究进展

屈服应力型流体(YSFs)是一种典型的非牛顿流体,因其丰富的流变特性被广泛关注。屈服应力是高浓度的粒子分散系统和凝胶状物质(多相乳液、微胶囊、3D打印复杂结构、药物输送凝胶等)的基本特征。本文对微通道内简单屈服应力型流体的流动特征和流变行为,及其流变性对多相流系统的影响进行了综述,剖析了受限空间内流体流动与流体流变性,及多相流动力学和界面现象的耦合机制,并对亟需推进的研究方向进行了展望。为微通道内屈服应力型流体的数值模拟、实验研究和应用提供参考。

胶凝原油临界损伤屈服应力计算模型研究

含蜡原油管道停输再启动压力与原油结构强度密切相关。为了理论上描述胶凝原油屈服应力,以胶凝原油微元强度服从Weibull分布为基础,结合统计力学理论及重正化群模型,建立了胶凝原油临界损伤屈服应力计算模型,并利用胜利及苏丹原油在胶凝点附近不同温度条件下的屈服应力对所建立模型进行可靠性验证。结果表明:在胶凝点附近温度条件下,随着测试温度的降低原油屈服应变呈下降的趋势;在测试范围内随着油温的升高,胶凝原油屈服应力越来越小,油温与屈服应力整体呈现幂律关系;相同温度条件下,随着剪切速率的增加,胶凝原油屈服应力逐渐增大;利用所建立的胶凝原油临界损伤屈服应力计算模型对不同温度条件下胜利原油屈服应力进行拟合,该模型能较好地描述原油屈服应力,计算结果可为含蜡原油管道停输再启动提供参考。

基于非触变性屈服应力流体的不同粒径填料分离方法

提供了一种可对不同粒径填料进行精准分离的方法,引入具有不同屈服应力值的简单屈服应力流体卡波姆(Carbopol)凝胶作为离心介质,并通过差速离心法分离。采用流变学方法,选择蠕变测试模式确定Carbopol凝胶体系的屈服应力值。根据屈服应力值计算出不同粒径填料粒子在Carbopol凝胶介质中发生离心沉降的临界转速值,再根据临界转速值设置离心机转速,可实现不同粒径填料的逐步分离。该分离方法仅需通过调控Carbopol凝胶介质的屈服应力值及离心转速值对填料进行精准分离,解决了不同粒径填料的分离困难问题。

泥石流浆体屈服应力综合表达式的研究

根据野外泥石流浆体观测试验分析，通过对不同粒径沙颗粒的甘油沙浆流变试验，以及动摩擦临界浓度（Cvos）和极限浓度(Cvm)的实验研究，导出了反映泥石流浆体结构强度的屈服应力综合表达式，以便为泥石流高浓度、高速运动机理的探讨和泥石流防治工程的设计提供有科学依据的参数．

金属矿尾砂浆压缩与剪切屈服应力的关系

膏体流变学的研究是矿业浆体流变学的热点和难点。膏体技术包括脱水、搅拌、输送、堆存(充填)4个阶段,均涉及到非牛顿流体流变特性。在脱水阶段,全尾砂的压缩屈服应力影响了尾砂浆的脱水浓度,浓度是剪切屈服应力的宏观表现,继而影响了混合搅拌和管道输送过程中浆体的剪切屈服应力。所以,压缩屈服应力和剪切屈服应力之间的关系成为了膏体充填技术领域中的关键问题。在压滤理论指导下,开展相关实验,提出了全浓度范围内床层脱水阻力和浆体输送性能表征方法,以表征全尾砂浆的可浓密性能。对全尾砂高压力作用下的可浓密性能进行测试,得到高压力下全尾砂浆体的压缩屈服应力;使用控制剪切速率法(CSR)操作桨式流变仪检测剪切屈服应力;继而得到两者之间的关系为:浆体屈服应力为剪切应力,压缩屈服应力为压缩应力;浆体的压缩屈服应力、剪切屈服应力与浓度指数均呈指数关系。并且压缩屈服应力远大于剪切屈服应力,因此剪切作用更易破坏絮团,是脱水的主要外部动力,从而解释了搅拌脱水的力学机理。

膏体尾矿屈服应力检测及其优化

屈服应力是高浓度非牛顿膏体的关键流变参数,是管道输送系统设计的基础,但目前该参数的实验获取不准确。针对桨式流变仪操作方法不同带来的屈服应力检测结果差距较大的问题,引入塌落度屈服应力理论对上述差异进行检验和校正,从而得到较为准确的浆体屈服应力和仪器操作方法。首先用控制剪切应力法(CSS)和控制剪切速率法(CSR)操作桨式流变仪检测屈服应力,然后利用塌落度流变理论所得屈服应力对桨式屈服应力进行对比分析。研究结果表明:塌落度法所得结果为浆体的动态屈服应力,CSS法流变曲线回归所得的宾汉姆屈服应力为静态屈服应力,并推荐恒定剪切速率的CSR法所得动态屈服应力能够反映物料性质,且剪切速率越低(<0.05s 1),检测结果越准确。

尾矿膏体屈服应力演化规律

以谦比希铜矿的尾砂作为试验样品,对质量分数为64%~73%的尾砂浆体进行流变试验,研究其流变特性,预测该矿膏体的临界浓度。传统测量方法认为流动性指数为1时的料浆浓度即为临界浓度,试验发现,该方案得到的数值较为保守。研究料浆浓度与其屈服应力之间的关系,发现两者呈显著的Dose Resp函数关系,为精确预测料浆特性提供有效方法。得到屈服应力随料浆浓度变化的演化规律,基于屈服应力增长速率,演化分为两个阶段:单调递增阶段和单调递减阶段。屈服应力在浓度变化范围内具有极大值和极小值,可以通过Dose Resp函数精确预测,而屈服应力变化速率的"极大值点"即为"临界浓度"。因此,确定谦比希铜矿膏体临界浓度为70.73%,与试验结果吻合。

温度对2519A铝合金高应变速率下动态屈服应力及显微组织的影响

采用分离式霍布金森(SHPB)压杆装置进行2519A-T87铝合金动态压缩试验,获得温度T为293、423、573、723K,名义应变速率ε为(1250±100)、(2400±100)、(5600±220)、(7050±100)s-1条件下2519A铝合金动态屈服应力σs-T关系曲线,并利用TEM对293和723K2个温度条件下压缩试样中析出相演变进行显微组织观察。分析研究了不同ε条件下T对试样σs和微观组织的影响规律。结果表明:在573K,5610s-1下2519A铝合金经受高应变速率冲击后组织中出现明显的绝热剪切带组织。由于2519A铝合金材料具有动态应变时效特性,导致Portevin-LeChatelier效应产生。当加载T一定时,ε越高,冲击后材料内部位错密度越高,致使σs越高;当加载ε一定时,加载T越高,材料软化效应越明显,σs下降越显著。高ε条件下,材料的显微组织产生显著变化,θ′析出相增厚效应严重,在723K下ε为5380s-1冲击时,θ′析出相部分会转变为长方体状相;当ε达到6950s-1时,θ′析出相完全转变为不共格相。

疏浚淤泥固化土的压缩特性与结构屈服应力

河道疏浚拓宽以及港口新建扩建等不可避免地产生大量疏浚淤泥,如何处置大量废弃淤泥是工程界关注的一个重要研究课题。固化方法是目前处理疏浚淤泥的常用方法,其目的是将废弃淤泥处理成土工材料加以利用。处理后的淤泥固化土作为工程建设用土必须考虑其工程力学性能。为了研究疏浚淤泥固化土的压缩性状与结构屈服应力,进行了多组不同配比下淤泥固化土的压缩试验。通过室内一维压缩试验,研究了高含水率疏浚淤泥固化土的压缩性状,探讨了固化材料掺量、初始含水率、龄期等对固化土压缩变形特性和结构屈服应力的影响。压缩试验结果表明:与许多天然沉积结构性土及水泥土类似,疏浚淤泥固化土的压缩曲线均存在一个明显的结构屈服点。当上部荷载小于结构屈服应力之前,固化土的压缩性很小;一旦上部荷载超过结构屈服应力之后,固化土的压缩性急剧增大。分析了淤泥固化土结构屈服应力的影响因素,并将由一维压缩试验得到的结构屈服应力(Py)与由无侧限抗压试验确定的抗压强度(qu)进行了比较,给出了两者之间的定量关系。疏浚淤泥固化土在屈服前后的压缩性状差异很大,这一研究成果对工程应用很有指导意义,当上部荷载较低时,可以充分利用其屈服前的低压缩性,但应确保上部荷载不能超出其结构屈服应力,以避免固化土在缺乏预兆的情况下发生突然破坏。

磁流变液剪切屈服应力的数值计算

利用Maxwell应力张量 ,考虑颗粒的磁化饱和过程和非线性磁化过程 ,使用AN SYS软件三维有限元单元建立了基本力学模型 ,计算结果和实验取得了良好的一致 .并就颗粒的体积浓度、磁化饱和强度等对磁流变液性能的影响进行了计算和比较 .还构建了体心立方结构模型 ,初步计算了这种模型下磁流变液的剪切屈服应力 .

磁流变液屈服应力的管道流测试方法研究

设计加工了一套磁流变液测试设备，并对由不同组分的铁粉／硅油组成的磁流变液进行了一系列的实验测试，结果表明：用钴纳米粒子修饰铁粉可以提高此种磁流变液的屈服应力，而用醋酸处理铁粉会严重减弱其屈服应力。

磁流变液剪切屈服应力的数值分析

为了改善单链模型的准确性,从颗粒间的磁相互作用能出发,建立了磁流变液多链计算模型.考虑链内颗粒和相邻链中颗粒的影响,利用磁能密度的变化,得到了磁致剪切应力应变关系,由剪切应力应变曲线的最大值来确定磁流变液的剪切屈服应力.对于链状结构,研究了链间距与链内相邻颗粒距离之比对磁流变液剪切屈服应力的影响;对于柱状结构,通过确定柱的大小及相邻柱的间距,构建了BCT结构计算模型,对含柱状结构的磁流变液的剪切屈服应力进行了分析.计算结果表明,当比值较大时,多链模型与单链模型趋于一致;比值较小时单链模型的误差不能忽略.传统的单链模型高估了磁流变液的剪切屈服应力,铁磁颗粒体积比浓度较小时,链状结构有比柱状结构更高的剪切屈服应力;而当颗粒体积比浓度较大时,柱状结构优于链状结构.

颗粒失效对SiC增强铝基复合材料屈服应力的影响模型

基于修正的剪切滞后模型、Eshelby等效夹杂理论以及Weibull统计分布,发展SiC增强铝基复合材料屈服应力的本构模型。选取多种铝合金,包括工业纯铝、Al-Mg-Si合金、Al-Cu-Mg合金以及Al-Zn-Mg合金,作为复合材料的基体材料进行屈服应力的测试,以验证模型的准确性。模型考虑变形过程中SiC颗粒失效(包括颗粒脱粘和颗粒断裂)对复合材料屈服应力的影响。结果表明:复合材料的屈服应力随着SiC颗粒体积分数的增加而增加,但随着SiC颗粒尺寸的增加而降低;该力学模型比传统的修正剪切滞后模型更加准确,这表明SiC颗粒失效对复合材料的屈服应力产生重要的影响。

用于钻井堵漏的特种凝胶屈服应力研究

特种凝胶是一种处理钻井恶性漏失的堵漏剂,其屈服应力与凝胶的可泵性、施工管线的安全性和在地层的堵漏效果等密切相关。为此,采用先进的HAKKE RS6000流变性锥板系统及锯齿板系统研究了特种凝胶(ZND-2)的屈服应力,分析了稳态方法和动态方法测试之间的关系,并与钻井液常用屈服应力评价方法的结果进行了对比,还分析研究了屈服应力恢复与时间的关系。结果表明,选用控制应力模式的应变—应力双对数曲线拐点和应力扫描测试的线性黏弹区与非线性黏弹区界限能够准确的获取凝胶的屈服应力,凝胶屈服应力在温度低于50℃时随温度增加而小幅增加,屈服应力在剪切作用停止后恢复速度快,是有利于堵漏成功的因素。

膏体尾矿屈服应力的塌落度试验研究

屈服应力是高浓度非牛顿膏体的关键流变参数,是膏体充填输送系统设计的基础。工程应用中采用塌落度这一经验参数评判其流动性,却无法获取准确的屈服应力参数值。通过构建圆柱和圆锥2种理论模型并利用模型与流变仪的测试结果对比,明确塌落度与屈服应力的反比例关系;通过模型计算屈服应力,在较低屈服应力,圆柱比圆锥模型计算结果准确。尾砂膏体塌落度试验表明增大塌落筒的尺寸可以提高模型计算结果的准确性。添加胶结剂的塌落度试验,因胶结剂的物理化学作用,颗粒间产生絮网结构形成悬浊液,料浆更加均质,却增加了料浆的内摩擦力,屈服应力升高。不同粗砂比的塌落度试验显示:因添加的粗颗粒降低了物料整体的比表面积,物料吸附水的能力下降,使大量水分子由吸附态转变为游离态,增强料浆的可流动性使料浆屈服应力显著降低。