混凝土和水泥漿的屈服應力測試——塌落度實驗
簡介
混凝土是世界上應用最多的人造材料。這類材料最重要的一個性能被稱為“可使用性”，其概念是指新鮮的（塑性）混凝土可以通過適當的方法（比如振動）填充到模具中而不降低其質量的能力。可使用性取決于很多條件，比如其他物質在水中的濃度，聚集情況（形狀和尺寸分布），水泥的含量及水化時間，并且可以通過化學添加劑進行調控，比如使用高效增塑劑或者增加水含量。然而，過多的水會出現很多問題，比如表面出現水紋，強度下降或者砂石分離等，導致質量下降 [1]。其使用性可以通過混凝土塌落度實驗來進行測試，這是一種非常簡單的測試新鮮混凝土塑化能力的方法，符合 ASTM C 143 [2]或者 EN12350-2 [3] 測試標準。這個實驗的通常將新鮮混凝土放入喇叭狀的塌落度桶里來進行評價。首先將桶的大口朝下放在一個平整的，非吸附性表面，分三次填裝新鮮混凝土，每次填裝后用搗錘搗實后 , 抹平。然后拔起桶 , 混凝土因自重而產生塌落。然而，近年來的工作表明通過流變的方法測試新鮮混凝土的屈服應力是最快最簡單與其塌落度相關聯的方法 [4]。這類樣品很難通過旋轉流變儀用常規平行板或者同軸圓筒夾具來測量，因為在測量過程中很有可能出現壁滑以及在細小測量間隙的加樣過程中出現過多樣品破壞。

因此，對于此類流變測試，通常推薦使用賽默飛HAAKE Viscotester iQ智能流變儀配合槳葉式夾具。當槳葉式夾具完全浸沒在樣品中后，樣品的屈服應力可以通過 Boger[5] 下面公式計算 :


其中 T 為扭矩，K 是槳葉夾具的參數，由其高度（H）及直徑（D）決定：


實驗結果與討論
圖 1是賽默飛哈克 Viscotester iQ 智能流變儀配備槳葉式夾具配置圖。在本次實驗中使用典型濃度比例將一種波特蘭水泥與水進行混合，然后加入三種不同質量分數的細砂石，表 1 中給出了詳細的樣品組成。當樣品完全混合后，等待 5 分鐘后進行測試。整個測試過程如下：當槳葉轉子完全浸沒到樣品中后，儀器開始施加一個恒定的 0.05rpm 的轉速，然后觀察剪切應力隨著時間的變化。當觀察到一個明顯的彈性響應區后，樣品的結構開始破壞，剪切應力開始下降。因此，剪切應力曲線上的最大值就對應了樣品的屈服應力。


所得結果如圖 2 所示。可以看到，在 25℃測試條件下，純的水泥漿體系的屈服應力為 375Pa，而含有 75 克和 125 克增塑劑的樣品的屈服應力分別為 890Pa 和 1630Pa。然后這些樣品的屈服應力就可以通過經驗公式轉變為混凝土塌落實驗標準數 [6]:

其中 s 表示塌落度，以 mm 表示，with s being the slumpin mm, τ0 為屈服應力， ρ 是樣品密度。

結論
賽默飛哈克 Viscotester iQ 智能流變儀提供的槳葉式測量方式向用戶提供了一種快速，簡單，準確的方法來評估混凝土和水泥漿的屈服應力，并將其與標準塌落實驗數據相關聯。