浆体流变性
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泥浆护壁造浆比例
泥浆护壁造浆比例通常根据具体的工程要求、土体性质和施工条件而定。
一般来说,造浆比例包括以下几个关键因素:
1. 固相掺量:固相掺量是指泥浆中固体颗粒(如黏土、沙子)的含量。
固相掺量可以根据土壤类型、稳定性要求和工程环境等因素进行调整。
较高的固相掺量可提供更好的支护效果,但也会增加泥浆的黏稠度和流动阻力。
2. 液相成分:液相成分包括水和添加剂(如聚合物)。
适当的液相成分可以提供足够的浆体流动性和黏稠度,以满足施工需求。
添加剂的类型和用量应根据土壤特性和预期的支护效果进行选择。
3. 浆体性能:泥浆的流变性能对于支护效果至关重要。
流变性能包括黏度、流动性和稳定性等。
通过调整浆体的造浆比例,可以控制泥浆的流变性能,以适应具体施工要求和土壤条件。
溶剂种类对银浆挥发性能和流变特性的影响樊明娜;田相亮;熊智;张杨;幸七四;李俊鹏;赵玲【摘要】Effect of solvent type on the volatility characteristics and rheological properties of silver paste was studied. The drying curve of silver paste was simulated. The organic vehicle with stepped volatility was obtained by comparing the volatility characteristics of pure solvents and mixed solvents; then silver paste for screen printing and production needs was gained by preparing silver paste with the above- mentioned organic vehicle and testing the rheological properties with rheometer.%研究了溶剂种类对银浆挥发性能和流变特性的影响。
通过模拟银浆烘干曲线进行对比实验测试,比较了单一溶剂和混合溶剂体系的挥发特性,得到了具有层次挥发性的有机载体;用层次挥发性优良的有机载体制备银浆,用流变仪对其流变性能进行检测,得到适合丝网印刷、满足生产需求的银浆。
【期刊名称】《贵金属》【年(卷),期】2015(000)0z1【总页数】4页(P104-107)【关键词】复合材料;溶剂;挥发性;流变性【作者】樊明娜;田相亮;熊智;张杨;幸七四;李俊鹏;赵玲【作者单位】贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室,昆明 650106;贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室,昆明 650106;贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室,昆明 650106;贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室,昆明 650106;贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室,昆明 650106;贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室,昆明 650106;贵研铂业股份有限公司稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室,昆明 650106【正文语种】中文【中图分类】TM914.4+1;TM241银浆由功能相、(无机)粘结相和有机载体[1]3个部分组成,其中有机载体由树脂、有机溶剂及触变剂等组成,主要作用是分散功能相和粘结相,是电子浆料中的重要组分,决定了电子浆料的挥发性能和涂覆性能(如丝网印刷等),这就要求有机载体应具有以下特点:① 挥发性[2],具有层次性而不是集中在某一温度范围以避免出现孔隙或裂痕;② 粘度适中,保证浆料有一定的流动性适合丝网印刷;③触变性[3],受到剪切时粘度变小,停止剪切时粘度又增加,保证印刷后能使浆料保持好的形态;④ 润湿性,均匀地分散粘结相和功能相而不产生团聚和沉淀[4-5]。
泥浆性能及其测试方法泥浆的性能是泥浆的组成以及其各组分间相互物理化学作用的宏观反映.泥浆的主要性能有泥浆的比重和固相含量、泥浆的流变特性(粘度和切力)、泥浆的滤失性能(泥浆的失水量和泥饼厚度)、以及泥浆的含砂量、润滑性、胶体率和 pH 值等。
一、比重、固相含量与含砂量泥浆的比重是指泥浆的重量与同体积水的重量之比。
泥浆比重的大小主要取决于泥浆中固相的重量(造浆粘土重量和钻屑重量)。
泥浆的含砂量指泥浆中砂粒占的重量或体积百分数。
1. 地层压力的控制钻井中防止漏失,涌水和维持孔壁的稳定,重要的一点是要维持钻孔—地层间的物理力平衡。
而孔内静液柱压力的大小决定于孔内液柱的单位重量或比重以及垂直深度,即:( 4-6 )式中P s——静液柱压力, N ;γ——单位体积的重量或比重, Kg/m 3 ;H——液柱垂直高度, m 。
若把每单位高度(或深度)增加的压力值叫压力梯度。
用G s表示静液压力梯度,则:( 4-7 )因此静液柱压力梯度Gs决定于泥浆的比重,可以调节泥浆的比重使Gs与地层压力梯度Gp相适应以求得钻孔—地层间的物理力的平衡。
2. 对钻速的影响近年来进行的泥浆比重、固相含量对钻速影响的研究得出如下的结论:(1)随着泥浆比重的增加,钻速下降,特别是泥浆比重大于1.06~1.08时,钻速下降尤为明显。
(2)泥浆的比重相同,固相含量愈高则钻速愈低。
由此泥浆比重相同时,加重泥浆的钻速要比普通泥浆高,因为加重泥浆的固相含量低。
(3)泥浆的比重和固相含量相同,但固相的分散度不同,则固相颗粒分散得愈细的泥浆钻速愈低。
由此,不分散体系的泥浆其钻速要比分散体系的泥浆高,如图4-9所示。
甚至有些研究者得出小于1μm 的颗粒对钻速的影响比大于1μm颗粒的影响大12倍。
因此,为提高钻进效率,不仅应降低泥浆的比重和固相含量,而且应降低固相的分散度,即应采用不分散低固相泥浆。
3. 含砂量的影响泥浆中的无用固相(主要为岩屑)含量会给钻进造成很大的危害。
石油焦的成浆性及水焦浆的流变性和稳定性高夫燕;刘建忠;王传成;虞育杰;程军;张彦威;周俊虎;岑可法【摘要】对某石油焦在加入不同添加剂后的成浆特性以及水焦浆的温升特性、流变特性和稳定性进行了实验研究.加入不同添加剂后各浆样的定黏浓度均在70%左右,石油焦成浆性良好;水焦浆的表观黏度随温度的升高而降低,随浓度的升高而增大;水焦浆的流变特性和稳定性在不同的添加剂下呈现出较大的差别,当使用亚甲基萘磺酸钠-苯乙烯磺酸钠-马来酸钠(NSM)和亚甲基萘磺酸盐甲醛缩合物(NC)添加剂时,水焦浆呈胀流性,且稳定性差.当使用木质素磺酸盐(LS)和石油磺酸盐(PS)时,水焦浆在较高浓度下呈假塑性,且稳定性较好.浆体浓度越大,稳定性越好.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2010(061)011【总页数】7页(P2912-2918)【关键词】石油焦;水焦浆;成浆特性;流变特性;稳定性【作者】高夫燕;刘建忠;王传成;虞育杰;程军;张彦威;周俊虎;岑可法【作者单位】浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学宁波理工学院,浙江,宁波,315100;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江,杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】TQ517.4石油焦是原油经蒸馏将轻、重质油分离后,重质油再经热裂的过程转化而成的产品。
从外观上看,石油焦为形状不规则的黑色块状 (或颗粒),具多孔隙结构,有金属光泽。
石油焦含碳量约在90%左右,具有热值高的特点,可用作燃料[1-4]。
废石尾砂混合料浆流变特性及充填采场流动性试验杨志强;高谦;王永前;王虎【摘要】For the purpose of achieving waste′s resource utilization in filling mining for Jinchuan mine,the test study on rheological characteristic for mixed filling slurry including waste rock and tailings and its liquidity in the stope carried out.First,two kinds of particle sizes of aggregate gradation based on field sampling are analyzed.Results show that the reasonable ratio for both the waste rock and full tailings are 6∶4 and 5∶5,which,for mixed filling materials,meet the filling aggregate gradation.Then the slump test of high concentration of filling slurry using the two mixed filling aggregate is implemented.Results show that two kinds of hybrid slump of the filling pulp are greater than 20 cm,which meet the pumping filling pulp conveying conditions in Jinchuan mine.Upon comparing two mixed slurries of liquidity,the ratio of 6∶4 is slightly better than the ratio of 5∶5,and the mixed filling slurry for mass fraction in the range of 78%-80% belongs to high flow slurry.Third,reasonable filling pulp pipeline parameters,of which the ratio of the waste stone and full tailings is 6∶4,pipe diameter is 130 mm and the mass fraction of 78%,are determined based on the circular canal filling pulp.According to the filling stope intensity of field investigations and analyses,we find that flow-in-stope-slope angles of two mixed slurries (the mass ratio of waste rock and full tailings are 6∶4 and 5∶5) are 0.55° to 1.19° and 0.38° to 1.26°,respectively.But the "cone heap" phenomenon in material point is not obvious,indicating that the liquidityof filling pulp is better on the whole.The up strength of cementing filling body in stope is higher than the low strength,demonstrating that filling pulp there is mild segregation.%为了在金川充填采矿中实现废弃物资源化利用,开展了废石和尾砂两种骨料的混合充填料浆流变特性以及在采场中的流动性研究.首先基于现场取样进行废石和尾砂两种骨料的粒径级配分析,获得了满足充填骨料级配的废石与尾砂的质量比分别是6∶4和5∶5.然后针对这两种混合充填料,进行高浓度充填料浆坍落度试验.结果表明,两种混合充填料浆的坍落度大于20 cm,满足金川矿山充填料浆泵送输件的要求;其质量分数在78%以上时属于高流态料浆,但废石与尾砂质量比为6∶4的混合充填料浆的流动性略优于质量比为5∶5的.通过混合充填料浆环管试验,确定了废石与尾砂质量比为6∶4、管径为130 mm和质量分数为78%的混合充填料浆为合理管输参数.最后根据充填采场现场调查和强度分析,发现废石与尾砂质量比为6∶4和5∶5的混合充填料浆在采场中流动的坡面角分别为0.55°~1.19°和0.38°~1.26°,但料浆在下料点存在不明显的"锥堆"现象.采场中胶结充填体强度呈现"下高上低"现象,说明废石尾砂混合充填料浆仍存在轻度的沉淀离析.【期刊名称】《厦门大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2017(056)002【总页数】6页(P294-299)【关键词】废石;尾砂;混合充填料;粒径级配;流变特性;管道阻力;工业充填试验【作者】杨志强;高谦;王永前;王虎【作者单位】北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083;金川集团股份有限公司,镍钴资源综合利用国家重点实验室,甘肃金昌737100;北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083;金川集团股份有限公司,镍钴资源综合利用国家重点实验室,甘肃金昌737100;北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083;金川集团股份有限公司,镍钴资源综合利用国家重点实验室,甘肃金昌737100【正文语种】中文【中图分类】TD863矿产资源开发伴随着大量废石、尾砂、废渣和废水等废弃物排放.废弃物在充填采矿中资源化利用,不仅可以保护环境,而且还能够降低充填采矿成本,由此获得显著的经济效益和社会效益.因此,充填采矿中废弃物应用技术已成为采矿工程的重要研究课题.人们针对不同矿山的废弃物类型和物化特性,已经开展了理论和应用技术研究.朱梦良等[1]开展了骨料粒径级配对混凝土强度和流变特性影响研究,丁新榜等[2]进行了石屑混凝土骨料级配应用研究.根据颗粒的填充作用和粒径级配理论,鲁华征[3]和黑川大亮等[4]开展了粗骨料混凝土优化设计研究.王洪江等[5]评价了粗粒级骨料的膏体充填技术研究进展以及存在的问题,明确了粗骨料充填法采矿亟待解决的关键技术难题.离析是废石粗骨料充填料浆存在的主要问题之一,而充填料浆的流动性直接关系到长距离采场充填接顶率以及充填采场的安全生产.为了解决废石粗骨料充填料浆分层离析和充填接顶问题,针对金川矿山充填系统,开展了废石尾砂混合充填料浆的工业充填试验,为废弃物在金川矿山实现工业化应用奠定基础.金川镍矿是一座大型硫化铜镍矿床,采用下向分层进路胶结充填法采矿,以-5 mm棒磨砂作为充填料和水泥作为胶凝材料,充填材料成本高达147元/m3.为了降低充填采矿成本,金川矿山开展了废弃物替代棒磨砂的充填采矿技术研究[6-12],为此进行了降低充填胶凝材料成本的技术攻关[13-20].刘同有等[6]开展了镍闪速炉水淬渣作为充填骨料的胶结充填配比研究,结果表明,在水泥耗量为200~240 kg/m3的条件下加入一定量的粉煤灰,充填料浆不仅不分层离析,而且充填料浆的流动性较好,胶结充填体强度满足下向分层充填法采矿的强度要求.目前,金川矿山的废石粗骨料在充填采矿中的应用研究也取得了进展[8-12],试验结果表明,废石与尾砂质量比为6∶4和5∶5的两种混合骨料,灰砂比为1∶4~1∶5的水泥胶结充填体强度达到金川矿山对胶结充填体强度要求.近年来,金川矿山将开发低成本新型充填胶凝材料作为攻关重点,已经取得了显著成效,被称之为“固结粉”的新型胶凝材料已经实现工业化生产[13-20].结合金川新型充填胶凝材料的开发应用,废石尾砂混合充填骨料的工业化试验研究也取得了进展,该研究为金川矿山无废或少废和低成本安全高效开采奠定了基础.本研究采用废石和尾砂作为骨料,采用固结粉作为胶结材料,用以开发金川新型充填材料,并加以应用,该研究由于采用了矿山固废,不仅降低了生产成本,而且还解决了矿山固废的堆存问题.1.1 破碎废石粗骨料工业充填试验采用的废石粗骨料是由一选厂破碎成-16 mm的碎石骨料,试验共破碎废石7 073 t.图1给出了废石粗骨料粒径级配分布曲线.可以看出,3次取样的废石粗骨料粒径级配分布曲线存在差异,说明废石粗骨料的粒径分布具有很大程度的不确定性.1.2 选矿尾砂细骨料试验尾砂细骨料取自一选厂与二选厂全尾砂的混合物.根据全尾砂微观分析,发现金川全尾砂呈不规则状,以片状与块状居多,似圆形仅占很小部分,且粒径分布不均匀,极细粒级絮状物质粘附在粗粒表面.尾砂平均粒径小,渗透系数小,直接作为采场充填料浆存在脱水困难.全尾砂粒径分析结果见表1.根据土力学理论,当土颗粒不均匀系数Cu>10且曲率系数Cc在1<Cc<3范围内,土颗粒粒径级配良好,相应的Fuller级配函数幂指数约为0.5.表2给出了金川废石和尾砂粒径分布特征值和Fuller级配函数.由此可见,废石和尾砂的粒径级配均属于间断级配充填料,需要将两种骨料混合才能配制出级配良好的充填骨料.图2为废石和尾砂两种骨料的混合料堆积密实度Φ与废石质量分数x的关系曲线.由图可见,当废石与尾砂质量比为6∶4和7∶3时,两组混合骨料的堆积密实度最大,当废石与尾砂的质量比为6.6∶3.4,即x=0.667时堆积密实度达到最大值0.773.实际上x在0.618~0.722的范围内,混合骨料均可获得满意的堆积密实度.当废石粗骨料掺入比例过高时会造成充填料浆的严重离析,因此,针对废石与尾砂质量比为6∶4和5∶5的两种混合骨料,开展充填料浆的工业充填试验.1.3 试验胶凝材料金川矿山利用酒钢矿渣为主要材料,采用脱硫石膏、生石灰和水泥熟料以及工业芒硝作为复合激发剂,对矿渣微粉进行复合激发,获得了满足金川矿山早期强度要求的新型充填胶凝材料,并由甘肃金昌熙金节能建材有限公司进行工业化生产.本次工业试验采用由该公司生产的固结粉新型充填胶凝材料,该充填胶凝材料为超细粉体,其中+45 μm细颗粒筛余量仅为4%,比表面积达到510~530 m2/kg.2.1 充填料浆坍落度试验表3为废石与尾砂质量比为6∶4和5∶5的两种混合充填料浆的坍落度试验结果.由表可知,两种质量比的混合充填料浆的坍落度均大于20 cm,满足金川矿山泵送充填要求.结果发现,废石与尾砂质量比为6∶4的混合充填料浆的坍落度略大于质量比为5∶5的混合充填料浆.2.2 混合充填料浆输送特性环管试验2.2.1 料浆流变模型与试验结果根据ASTM A488/A488—2007混凝土稠度等级与坍落度范围,混合充填料浆的坍落度试验结果表明,质量分数在78%以上的混合充填料浆属于高流态混凝土,可以采用宾汉姆(B-H)模型建立混合充填料浆流变方程为τ=τ0+ηun,式中:τ为管道阻力,Pa/m;u为管道料浆平均流速,m/s;τ0,η,n为B-H模型中的回归参数,由环管试验的管道阻力试验数据回归分析确定,如表4所示.2.2.2 管道阻力与管径的关系图3给出了废石和尾砂两种配比的混合充填料浆的管道阻力与管径的关系.由图可知,总体上两种配比的混合充填料浆的管道阻力随管径增大呈近似线性规律降低.但对于废石与尾砂质量比为5∶5的混合充填料浆,当管径大于130 mm后,增大管径对减小管道阻力的作用有所减弱.由此可见,130 mm管径是混合充填料浆管道输送的合理选择.2.2.3 管道阻力与料浆质量分数的关系图3给出了废石和尾砂两种配比的混合充填料浆的管道阻力与其质量分数的关系曲线.由图可知,当废石与尾砂质量比为6∶4和5∶5的混合充填料浆的质量分数分别增大到78.0%和78.3%后,随着料浆质量分数的提高,管道阻力显著增大.由此可见,两种配比的混合充填料浆的合理输送料浆质量分数应约为78%.2.2.4 B-H模型参数与料浆质量分数的关系图4给出了废石和尾砂两种配比的混合充填料浆B-H模型中的幂指数n与料浆质量分数的关系曲线.图中,幂指数n随着料浆质量分数的提高而趋近于1(牛顿体).废石与尾砂质量比为6∶4和5∶5的混合充填料浆成为牛顿体的质量分数分别为77.5%(管径110 mm)和78.2%(管径150 mm).2.2.5 管道阻力与废石尾砂质量比的关系由表4中废石尾砂混合充填料浆的管道阻力与料浆质量分数的关系可知,当料浆的质量分数小于78%时,废石与尾砂质量比为6∶4的料浆管道阻力大于5∶5的.当料浆的质量分数大于78%时,废石与尾砂质量比为6∶4的料浆管道阻力小于5∶5的.质量分数大于78%的高浓度料浆管道输送宜采用废石与尾砂质量比为6∶4的混合充填料.在废石尾砂混合料浆的工业充填试验中,通过工业试验充填采场,测量3条进路内废石尾砂充填体的流动状态来研究充填料浆在采场中的流动情况.先冲洗充填体,画一条水平线;然后按5 m间距布置测条,用锤击和目测判断充填体的均匀性.根据现场观察并结合试块压裂后混合骨料的分布情况,分析充填料浆的均匀层、粗砂层、细砂层和细浆层.根据现场测定结果绘制采场废石尾砂混合充填料浆的流动状态,如图5所示,充填体底顶部和中间部位均不同程度出现细浆层.进路底板细浆层属于流层,充填体顶部细浆层是由洗管水进入造成浓度降低而引起离析分层;充填体中间的细浆层是由于供料不稳甚至骨料中断,造成短时间的浓度降低或配比不稳定,但细浆层厚度较小.充填体的均匀层占充填体总厚度的70%以上,充填体未呈现“锅底”状离析现象.工业充填试验现场测试结果表明,废石与尾砂质量比为6∶4和5∶5的混合充填料浆在进路中流动性较好,其流动坡面角分别为0.55°~1.19°和0.38°~1.26°,下料点处存在不明显的“锥堆现象”,混合骨料的胶结充填体强度呈现“下高上低”的现象.由此表明,废石尾砂混合充填料浆在采场流动中仍存在轻度的沉淀离析.针对6∶4和5∶5两种质量比的废石尾砂混合充填料,开展了充填料浆流变特性试验,获得以下结论:1) 废石和尾砂两种骨料的粒径级配不良,不能单独作为金川矿山充填骨料,需要将废石和尾砂进行混合才能作为金川充填法采矿的充填骨料.2) 废石与尾砂质量比为6∶4和5∶5两种混合骨料的堆积密实度较大,其不均匀系数和曲率系数满足良好级配的条件.3) 对废石与尾砂质量比为6∶4和5∶5的混合充填料浆,当料浆质量分数大于78%时属于高流态浆体,符合B-H流体模型.两种混合料浆质量分数分别达到77.5%和78.2%时,料浆流体模型转变为牛顿体.4) 工业充填试验现场测试结果表明,废石与尾砂质量比为6∶4和5∶5的混合充填料浆在进路中流动性较好,其流动坡面角分别为0.55°~1.19°和0.38°~1.26°.混合骨料胶结充填体强度呈现下高上低.由此表明,充填料浆仍存在轻度的沉淀离析分层.工业试验表明,废石与尾砂质量比为5∶5和6∶4的混合骨料均满足金川矿山充填骨料的要求,但废石与尾砂质量比为6∶4的混合充填料性能略优于5∶5的.两种配比的混合料均可在金川矿山生产中推广应用.【相关文献】[1] 朱梦良,唐小林,刘伟.粗集料对水泥稳定碎石骨架结构形成的影响[J].交通科学与工程,2010,26(1):1-5.[2] 丁新榜,谭世霖,蒋雪琴,等.规划求解在石屑混凝土集料级配中的应用研究[J].广东公路交通,2011(3):49-51.[3] 鲁华征.级配碎石设计方法研究[D].西安:长安大学,2006:6-10.[4] 黑川大亮,久保田修,平尾宙,等.根据颗粒填充性设计高强混凝土用水泥[J].混凝土世界,2011(9):34-39.[5] 王洪江,吴爱祥,肖卫国,等.粗粒级膏体充填的技术进展及存在的问题[J].金属矿山,2009(11):1-5.[6] 刘同有,韩斌,王小卫.镍闪速炉水淬渣胶结充填配合比优化选择与分析[J].中国矿业,2000,9(6):19-22.[7] 乔登攀,程伟华,张磊,等.现代采矿理念与充填采矿[J].有色金属科学与工程,2011,2(2):7-14.[8] 郭慧高,辜大志,邹龙,等.浅析废石胶结充填技术在金川二矿区应用前景[J].采矿技术,2011,11(4):39-41.[9] 王晓宇,乔登攀.废石全尾砂高浓度充填料浆管输阻力影响因素分析[J].有色金属(矿山部分),2010,62(4):61-65.[10] 张磊,乔登攀,程纬华,等.金川粗骨料级配与强度分析[J].矿冶,2012,21(3):12-15,20.[11] 苑雪超,乔登攀.金川二矿废石胶结充填料浆搅拌方式的研究[J].有色金属(矿山部分),2010,62(4):6-10.[12] 李云武,陈闻舞.全尾砂碎石膏体充填材料试验研究[J].中国矿山工程,2004,33(2):4-6.[13] 杨志强,陈得信,高谦,等.粉煤灰在下向分层胶结充填采矿中的应用试验[J].辽宁工程技术大学学报,2014,33(2):152-156.[14] 杨志强,高谦,董璐,等.基于脱硫灰渣的新型充填胶凝材料关键技术[J].采矿技术,2013,13(3):20-27.[15] 杨志强,肖柏林,高谦,等.基于金川棒磨砂充填料开发新型充填胶凝材料的试验研究[J].有色金属(矿山部分),2014,66(5):65-68.[16] 王有团,杨志强,王永前,等.金川棒磨砂新型充填胶凝材料的正交试验研究[J].矿业研究与开发,2014,34(4):27-31.[17] 肖柏林,杨志强,高谦,等.甘肃某矿山基于粉煤灰-水淬渣的新型胶凝材料开发[J].有色金属工程,2014,4(5):61-64.[18] 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教学设计【导入新课】上节课我们介绍了钻井液流变性相关的几个基本概念,那么这节课,我们来学习钻井液流变性相关的几个参数。
钻井液一般为非牛顿流体,而非牛顿流体一般分为塑性流体、假塑性流体和膨胀性流体。
下面我们详细介绍这几种流体的相关知识。
【授课内容】一、塑性流体一般的钻井液属于这种流型。
图2・4四种基本流暇的曲线∣TH.体-你.性糠体港_熨性假体宴窿悔体塑性流体的剪切速率为零时,剪切应力不为零。
也就是说,施加的力超过一定值得时候才开始流动,这种使流体开始流动的最低剪切应力τs称为静切力。
钻井液的静切应力又称凝胶强度。
其物理意义是钻井液静止时破坏其内部单位面积上的网架结构所需要的剪切力,单位是Pa。
剪切力超过τs时,在初始阶段剪切速率随剪切应力增大不成直线,此时塑性流体不被均匀剪切,黏度逐渐降低。
剪切应力继续增加,当数值大到一定程度,黏度将保持不变,此时流变曲线成直线。
而直线斜率称为塑性粘度ηp(或PV),这是塑性流体的性质,表明在层流情况下,钻井液中网架结构的破坏与恢复处于动平衡时,流体中各种质子之间的内摩擦作用强弱。
τθ (或YP)称为动切力(或称屈服值),它是钻井液在层流流动时形成结构的能力,其大小是塑性流体流变曲线中的直线段在τ轴上的截距。
由于动切力的引入,塑性流体流变曲线中直线段可用直线方程进行描述。
即为T0---- 动切力,Pa;ηp——塑性粘度,Pa-So此式为塑性流体的流变模式,称宾汉公式;塑性流体也叫宾汉塑性流体。
塑性流体流动特性与其内部结构有关。
一般情况下,钻井液中黏土颗粒处于一定的絮凝状态;因此,要使钻井液开始流动,就必须施加一定剪切应力, 破坏絮凝时形成的连续网架结构。
这个力即静切应力,它反映了所形成结构的强弱,也叫作凝胶强度。
二、假塑性流体某些钻井液、高分子化合物的水溶液以及乳状液等均属于假塑性流体。
从假塑性流变曲线可以看出,这条曲线是通过原点并凸向剪切应力轴的曲线。
符合该特性的流体,它的流动特点是施加极小的剪切应力就能产生流动,不存在静切应力,它的粘度随剪切应力的增大而降低。
水泥净浆流动度水泥净浆是指水泥加水拌和而成的具有一定的可塑性能的混合物。
水泥经水化硬化而形成的一种人造石成为水泥石,或称为硬化水泥净浆,有时也简称为水泥浆体。
影响水泥净浆流动性的因素:1、熟料:熟料矿物C3A的需水性最大,C2S 最小;所以当熟料中C3A含量增加,或者C2S含量减小时,将使水泥的需水量增大;反之,需水量减小。
当熟料中含碱(K2O、Na2O)量及f-Ca0增加时,也会使用水量增大。
当水泥需水量变大净浆流动性变小。
2、细度、水泥<5um颗粒增加,水泥早期水化速度加快,导致水泥需水量上升、凝结时间缩短、净浆流动降低。
3、水泥颗粒、形状:分布窄,其颗粒堆积空隙车相应要大,需要更多的自由水来填充这些空隙,导致水泥需水性增加,水泥流变性随之变差,表现为水泥净浆流动度降低。
4、石膏:作为水泥组分之一起调凝作用的石膏。
浆体中石膏与C3A、水泥微细颗粒争夺水的现象显得突出,SO3浓度的高低,对抑制水泥中C3A作用大小有明显影响,也会影响预拌混凝土的凝结时间、流动性。
由于不同形态石膏(二水石膏、半水石膏和无水石膏)的溶解度和溶解速率不同,对浆体流动性影响极大。
硬石膏溶解度低,使水泥浆体中可溶性SO3含量不足,出现“欠硫”现象,使拌和物的凝结时间缩短,浆体很快失去流动性;如果水泥中SO3多,多余的S03在水泥浆体硬化后会与C3A的水化物形成钙矾石,产生膨胀应力。
5、粉磨工艺,粉磨温度、磨况会对水泥的颗粒级配、形状、细度和石膏的形态造成影响,进而水泥流动性。
6、水泥的新鲜程度:水泥经定时间的陈化有利于改善同减水剂的适应性。
这是因为相对于存放定时间的水泥来说 ,新鲜水泥的正电性较强,对减水剂吸附大,降低了减水剂对其的塑化效果,使水泥浆体流动性降低。
硫铝酸盐水泥主要成份3CaO ・3Al 2O 3・CaSO 4[1],遇水后迅速反应生成钙矾石,使之具有早强、高强、耐蚀和低碱度等优越性能[2,3,4],在冬季施工、水工工程和修补工程中被大量使用。
但是,由于硫铝酸盐水泥水化速度快、凝结时间短,限制了该品种水泥的推广应用。
而且随着各种外加剂的大量使用,解决好水泥浆体的流变性成为制备高性能混凝土的基础,本文试验分析了掺有聚羧酸、氨基和萘系高效减水剂的硫铝酸盐浆体的流动度和流动度经时损失,采用引入小组分进行改善,让小组分适就大组分,使掺有不同高效减水剂的浆体都具备了良好的流变性。
同时对硫铝酸盐混凝土的微观结构性能进行了分析。
深入了解外加剂在硫铝酸盐水泥中的作用机理,对于更好的使用外加剂,充分发挥硫铝酸盐水泥混凝土的性能是十分重要的,这涉及到水泥化学、高分子材料学、表面物理化学和电化学等多方面的知识,是一个极其复杂的问题,有待于进一步研究。
1 原材料与实验方法1.1 原材料实验所用的主要原料:快硬硫铝酸盐水泥(42.5R):淄博产;掺和料:Ⅰ级矿粉,济钢产;硫铝酸盐水泥和矿粉的化学成见表1;砂:细度模数2.78,济南市郊产;碎石:5~20mm 连续级配,济南市郊;外加剂:聚羧酸系减水剂,上海产;氨基磺酸盐高效减水剂,济南产;萘系减水剂,济南产;缓凝剂:某无机缓凝剂,分析纯,天津产。
1.2 实验方法浆体流动度试验按外加剂检测标准进行[5],SEM 采用日立S-2500扫描电镜测试,孔结构分析采用康塔Poremaster-60测孔仪测试。
2 实验结果与分析2.1 SAC 浆体的流变性分析2.1.1 外加剂对浆体流变性的影响分析硫铝酸盐水泥混凝土流变性与微观结构分析重点实验室 深圳5180603.北京大兴区水务局 北京1026001.济南大学材料学院 济南 250022 2.深圳大学深圳市土木工程耐久性■ 张德成1王鸣珂2 丁铸2白雪梅3张鸣2【摘要】本文研究了工程上常用的聚羧酸、氨基磺酸盐、萘系高效减水剂(FDN)与硫铝酸盐水泥(SAC)的浆体流变性以及改善方法,即利用某无机缓凝剂有效控制硫铝酸盐水泥的凝结时间,增粘剂解决浆体流动度较大时造成的板结、泌水问题。
泥浆三大指标参数范围介绍如下:
泥浆是石油钻井中重要的钻井液之一,其三大指标分别是密度、粘度和流变性。
它们的参数范围如下:
1.密度:泥浆密度是指单位体积泥浆的重量,通常使用重度或泥浆密度计来进行测量,
单位为g/cm³或lb/gal。
泥浆密度要根据井深、井壁地层的稳定性、钻头进给速度、钻柱稳定性等因素来确定,一般应该控制在1.1~2.6g/cm³之间。
2.粘度:泥浆的粘度是指泥浆的流动阻力大小,常用的粘度计有漏斗粘度计和旋转粘
度计等。
泥浆粘度大小直接影响泥浆携带钻屑的能力,因此需要根据钻井条件和井壁稳定性来控制粘度,一般范围在15~100s之间。
3.流变性:泥浆的流变性是指泥浆在剪切作用下的变形性能,通常用流变仪来进行测
量,主要包括切变应力、切变速率、粘弹性等参数。
泥浆的流变性可以帮助控制钻井液在井壁上的切削力和稳定性,一般应该根据不同的钻井阶段和地层条件进行调整。
以上是泥浆三大指标参数范围的基本介绍,实际的控制范围还需根据具体情况进行细致的调整和监测。
聚合物-水泥基注浆材料早期流变及水化特性宋国壮;王连俊;张艳荣;郭颖;曹元平【摘要】为制备满足复杂地层加固工程需求的高性能水泥基注浆材料,探究以偏铝酸钠(SA)、聚羧酸(Sp)及高吸水性树脂(SAP)为组分的聚合物体系及其掺量对新拌水泥浆体流变特性与泌水率的影响,并采用水化放热监测与倒置荧光显微技术,对不同体系下水泥浆体早期水化进程及微米级颗粒的悬浮分散形态进行分析.结果表明:新拌水泥浆液流动性和泌水率与SA、SAP掺量呈负相关,随Sp掺量增加而提高.Sp及SAP延缓了水泥早期水化进程,改性样延迟近1 h进入水化诱导期,诱导期内水化放热速率显著降低.在不同掺量SA的促凝效应、Sp的分散效应以及SAP的\"水库\"作用下,新拌水泥浆液表现为初始及经时流动度大于200 mm的高流态期可分别被控制在10、20、30 min内且析水率小于5%(稳定性浆液),接近临界期时流动度陡降、流变参数突增并迅速凝结的流变特性.结合微观结构观测结果,建立了新拌水泥浆体流变演化模型,揭示多聚合物协调效应下水泥浆体呈现分散-储水-流变-水化的早期流变机制.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2018(050)009【总页数】5页(P31-35)【关键词】注浆材料;聚合物体系;流变特性;水化;微观结构【作者】宋国壮;王连俊;张艳荣;郭颖;曹元平【作者单位】北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安710043【正文语种】中文【中图分类】U213.14;TU528.2注浆技术已发展成为针对岩溶发育等复杂地层应用最为广泛的加固手段. 目前常用的传统注浆材料普遍存在高析水、流动度不可控、可泵期不易调节等流变性能方面的缺陷,并导致冒浆、注浆管堵塞等工程问题[1]. 以上工程问题出现的实质在于无法实现对注浆浆液运移过程中流变性能的定量控制.混凝土外加剂中,速凝剂的促凝效应[2-3]、减水剂的分散效应[4-6]以及保水剂的“储水”作用[7-8]决定了新拌水泥浆体流动度、流变参数、析水率等流变性能,并显著影响水泥浆体分散相及早期水化放热特性[9]. 目前针对分别单掺速凝剂、减水剂、保水剂的作用机理已有较多研究[10],但将上述3种加剂作为三元聚合物体系复合应用于注浆材料制备并对其协调效应下水泥浆体早期流变机制及水化行为的研究鲜有报道.基于此,本文通过大量室内样本试验,对速凝剂、聚羧酸减水剂及保水剂复合影响下水泥浆液流变特性展开试验研究;并对水泥浆体早期水化放热特征展开跟踪监测;最后利用显微技术对新拌水泥浆体微观结构进行细致观察. 旨在从放热和微观结构角度探究聚合物体系的协调效应对新拌水泥浆体微观结构、宏观流变性能及两者间关联的影响机制,为新型水泥基注浆材料的研发提供参考.1 试验1.1 原材料本研究采用混凝土外加剂性能检测专用基准水泥(细度为0.5%,比表面积为341m2/kg),其化学及矿物组分见表1.表1 基准水泥化学成分组成Tab.1 Chemical composition of cement成分SiO2Al2O3CaOMgOSO3Na2OeqCaOCl-Fe2O3C3SC2SC4AFC3Aw/%21.584.0361.492.602.830.510.670.013.4657.341 8.9011.256.47本研究采用的速凝剂主要成分为偏铝酸钠(SA),质量浓度为65%;聚羧酸高效减水剂(Sp)采用3种单体共聚合成,固体含量占40%. 保水剂主要成分为高吸水树脂(SAP),粒径为180~420 μm.1.2 试验方案试验方案中聚合物掺入方式为分别单掺偏铝酸钠速凝剂(SA1)、聚羧酸减水剂(Sp1)、高吸水性树脂(SAP1、SAP2),复掺偏铝酸钠和聚羧酸(SA1Sp1)、偏铝酸钠和高吸水性树脂(SA1Sp1)以及复掺偏铝酸钠、聚羧酸和高吸水性树脂(SA1Sp1SAP1、SA2Sp1SAP1、SA2Sp2SAP1),试验所用各聚合物体系及其掺量见表2. 其中,3种聚合物外加剂配合比分别为偏铝酸钠、聚羧酸及高吸水性树脂的折固含量与水泥质量之比;试样水灰质量比均为1∶1,水的质量为各聚合物所含水与拌合水质量之和.表2 各聚合物体系组成及其配合比Tab.2 Formulationand mix proportion of different polymers system样品名mSA/mcmSp/mcmSAP/mcblankSA15Sp10.25SAP10.25SAP20.50SS(SA1Sp1 )50.25AA(SA1SAP1)50.25S1(SA1Sp1SAP1)50.250.25S2(SA2Sp1SAP1)80.250. 25S3(SA2Sp2SAP1)80.500.251.3 试样制备及测试1) 试样制备.聚合物-水泥浆液试样按下述试验步骤制备成型:向水泥搅拌机内分别加入水泥、拌合水和称量完毕的速凝剂、减水剂,以120 r/min的转速快速搅拌2 min;加入保水剂(折固质量∶水质量=1∶30),慢速搅拌2 min,转速为60r/min. 由于SAP高分子具有引气功能,导致搅拌后混合液中含有少量气泡,需对试样进行多次振捣至试样达到稳定状态. 试样制备流程如图1所示.图1 聚合物-水泥浆液制备流程Fig.1 Preparation process of polymers-cement paste2) 流动性测试.将制备完毕的试样倒入圆锥试模中,注满后匀速提起试模,使浆体在玻璃板上自由流动;待浆液达到稳定状态后,测量圆饼的平均直径并记录数据. 3) 流变参数测定.采用 Brookfield RV-III 型流变仪对新拌水泥浆体的流变参数进行测试. 其中,不同量程的原盘转子和桨式转子用以测定塑性粘度和屈服应力. T时刻测得的塑性粘度和屈服应力分别记为η(t)、τ0(t).4) 泌水率.按照普通混凝土拌合物性能试验方法[11],将水泥浆体置于250 mL标准量筒内,为减小试验误差,防止水分蒸发,对该容器进行密封放置. 浆体析水后,用移液管将析水吸出并测量其体积,试验观察时间为60 min,测量间隔为10 min. t时刻泌水率即为t时间内析出水总体积与原浆体体积之比.5) 水化热监测.采用清华大学建筑材料研究所自主研制的八通道温升测试仪对不同聚合物体系下水泥浆体水化放热特征进行跟踪监测. 数据采集间隔为1 min,监测时间为2 h.6) 显微结构观察.采用Olympus倒置荧光显微镜对新拌水泥浆体微观结构进行观测. 为保证浆体中各颗粒充分分散,将水泥与掺有聚合物的水溶液按1∶200的质量比拌合均匀后滴加至载玻片上,置于显微镜下对浆体分散相的演化发展进行原位观察.2 结果与讨论2.1 新拌聚合物-水泥浆液流动性不同聚合物体系下新拌水泥浆体流动度经时变化规律如图2所示,水泥浆体初始及经时流动度均随Sp的掺入而显著提高,其中,初始流动度较水泥净浆提高108%;而对比S2体系与S3体系发现复掺3种聚合物时,单一提高Sp掺量对新拌水泥浆体初始及经时流动性的改善效应与上述规律相近. 而速凝剂则大幅降低了水泥浆体的初始流动度,并使经时流动度显著衰减,10 min时流动度损失率高达65%. 而SA1与AA体系下的试验结果对比表明,由于具有高吸液能力的SAP分子吸附了一定量的自由水,导致AA体系新拌浆体流动度低于SA1体系.图2 不同聚合物影响下新拌水泥浆体流动度-时间曲线Fig.2 Spread diameter-time curves of fresh cement paste under the influence of different polymers2.2 流变参数时变特性图3为复掺3种聚合物作用下水泥浆体流变参数随时间演变曲线. 由图3可知,水泥浆体塑性粘度及屈服应力随着Sp掺量的增加呈逐渐减小;这是由于Sp的“解絮-分散”使材料内部固相分布率显著降低,从而降低了水泥浆体的塑性粘度及屈服应力. 由图3可看出,各聚合物体系下水泥浆体流变参数在一定时间内呈稳定状态,t1、t2、t3分别对应S1、S2、S3体系下浆体流变参数的稳定期,稳定期内浆体塑性粘度及屈服应力均较低,故具有高流态;而接近临界稳定期时,浆体表现为塑性粘度及屈服应力突增的流变特性,这与水泥浆体流动度的研究结论基本一致,其中η(t1)、η(t2)、η(t3)与τ0(t1)、τ0(t2)、τ0(t3)分别为各体系下水泥浆体的塑性粘度突变值及屈服应力突变值. 研究表明,SA、Sp、SAP3种聚合物的协调效应实现了对水泥浆体流态期的定量控制:即在流态期内,水泥浆液初始流动度较大、经时流动性保持良好;接近可控期临界时流变参数突增、流动度陡降、浆液逐渐丧失流动性并迅速凝结硬化.(a)塑性粘度(b) 屈服应力图3 聚合物作用下水泥浆体流变参数时变曲线Fig.3 Time-dependent behavior of cement paste rheological parameters with different polymers system2.3 新拌聚合物-水泥浆液体积稳定性泌水率是评价水泥基材料均匀性及稳定性的重要指标,用以定量表征水泥基注浆材料在颗粒重力作用下自由水分析出的难易程度[12-13]. 由于传统注浆材料的高水灰比和地下水冲刷作用,往往导致新拌浆液在介质注浆运移过程中存在较严重的泌水. 其由于析水损失而引起的体积失稳机制如图4所示.图4 传统注浆材料早期体积失稳机理Fig.4 Schematic diagram of traditional grouting materials with dimensional instability at early stage图5揭示了不同聚合物体系下水泥浆体泌水率经时演变趋势. 由图5可知,随着SAP掺量的提高,浆体析水率显著降低;当mSAP为0.5%时,泌水率由空白试样的23%降至7.3%,浆体均匀性及稳定性得到明显改善. 而复掺SA、Sp、SAP 时,随着SA速凝剂及Sp减水剂掺量的单一提高,浆体泌水率分别呈下降和上升趋势. 通过对聚合物体系掺量的调配,3种体系下浆体由稳定状态向初凝状态转化过程中析水率均小于5%,达到稳定性浆液标准[13].图5 不同聚合物体-水泥浆体泌水率随时间变化曲线Fig.5 Bleeding-time curves of cement pastewith multiple polymers system 2.4 水泥浆体早期水化放热特征水泥水化是决定新拌水泥浆体经时流动性的关键因素,水泥早期水化速率越低,浆体经时流动性越强. 不同聚合物体系下水泥浆体2 h内水化放热速率曲线如图6所示. 由图6可见,SA掺量的增大显著提高了初始放热速率,即mSA/mC=8%时水泥浆体初始放热速率明显高于mSA/mC=5%. 这是由于SA中的AlO2-大量消耗水泥浆体中的矿物分子,加速了水泥的水化放热. 初始期过后,水泥浆体进入诱导期. 由于Sp吸附于水泥颗粒表面,阻碍了矿物相与水之间的充分接触,导致诱导期内水泥放热速率随之降低. 而与SS体系相比,S1体系下水泥浆体在初始期及诱导期内放热速率均显著降低,这表明SAP分子对于浆体中游离水的包覆作用一定程度上降低了体系的液相分布及水泥颗粒与水的接触面积,延缓了水泥水化程度与放热速率. 不同体系中颗粒悬浮分散状态如图7所示。
介绍流变性涂料的流变性是指其在外力(比如重力)作用下的流动和变形性。
流变性和涂料配方的稳定性、实用性密切相关。
在一个涂料配方中,树脂、颜料和溶剂的组合本身并没有优化的效果。
因此,绝大多数配方含有流变改进剂,以便使最终产品具有较好的流变性。
流变基础涂料粘度必须考虑平衡性,既要足够低,以便具有较好的流动和流平性,方便施工,但又不能太低,以防发生流挂,或包装储运时发生颜料沉积。
.流变性就是关于外力作用下流动和变形性的科学。
涂料技术的流变控制工艺包括搅拌、混合、颜料分散、倾倒、泵送、施工、涂布、流挂、流平、渗透多孔底材以及颜料沉积等等。
剪切强度:剪切强度定义为研究截面上单位面积的剪切力。
剪切率:剪切率描述剪切力的分布情况。
屈服值:发生流动所需要的最小剪切力。
运动粘度:为剪切力和剪切率的比值。
粘度值越高,流体越粘稠。
流体特性:涂料的流体特性可以分为以下三种类型·非时间相关并且非剪切相关,例如牛顿流体·非时间相关但是剪切相关,如假塑型流体,粘弹性流体,剪切增稠、剪切稀释、或者粘塑型。
·仅时间相关,触变型以及相反的震凝型流体,加入特定的流变添加剂可以精细地调节涂料配方的流动性。
HASE流变改进剂,疏水改性阴离子可溶性乳液,是一大类联合增稠剂,液态(牛奶状),浓度30%,阴离子型,pH在2.5到3.5,假塑性体。
和其他组分的疏水基团缔合,形成高粘度,牛顿型流体,流变性控制范围大,比传统ASE型合成聚合物有更大的剪切率控制范围。
多种型号,方便开发高、中、低、各种剪切率产品。
切变速率D与切应力τ的关系曲线(表征浓分散体系的流变性质流变性:物质在外力作用下的变形和流动性质,由于液体不能承受剪切力,因而不能保持其外形的稳定。
在外力的作用下,液体就会发生流动和变形等的性质,称为流变性。
印花灯芯绒坑底露白疵病分析及克服(一)2006-09-18 全球纺织网在印花织物上,部分花纹没有得到足够的印花色浆,使该部分得色较浅,显现出细小的白芯或印不上色浆露出印前半制品的底色的情况,被称为露底疵病。
三水-一水软铝石型铝土矿原矿浆流变性研究齐利娟;顾松青;尹中林【摘要】以难处理三水-一水软铝石型高硅铝土矿为研究对象,采用Thermo公司生产的RS600型流变仪,研究了温度、固含、碱浓度以及粒度等因素对此类铝土矿原矿浆流变性的影响.结果表明:原矿浆的流变性随温度、固含、苛性碱浓度的升高及矿石粒度的细化而恶化;当固含低于1 050 g/L时,原矿浆为宾汉姆流体,当固含高于1 050 g/L时,转化为幂率流体,原矿浆屈服应力急剧升高;当苛性碱浓度低于180 g/L时,原矿浆为宾汉姆流体,苛性碱浓度高于180 g/L时,逐渐转化为幂率流体;相同固含条件下,-180 μm原矿浆的屈服应力约是-850 μm原矿浆的3倍.从便于输送、降低能耗的角度考虑,原矿浆制备的温度不应太高,固含应低于1 150g/L,苛性碱浓度最好低于180 g/L.【期刊名称】《矿冶工程》【年(卷),期】2013(033)005【总页数】5页(P101-105)【关键词】三水-一水软铝石;原矿浆;流变性;宾汉姆流体;幂率流体【作者】齐利娟;顾松青;尹中林【作者单位】中国铝业股份有限公司郑州研究院,郑州河南450041;中国铝业公司科技部,北京100082;中国铝业股份有限公司郑州研究院,郑州河南450041【正文语种】中文【中图分类】O351矿浆的流变性与磨矿速率、矿浆的输送以及浆体的沉降等息息相关[1-7],在很大程度上决定了磨矿效率、浆体的输送及沉降性能,因此对于氧化铝生产流程中不同环节浆体的流变性进行研究,对于氧化铝生产过程的节能降耗、降本增效有着重要的意义。
但该方面相关研究,国内还很少见报道。
本文以难处理的三水-一水软铝石型高硅铝土矿为研究对象,采用Thermo公司生产的RS600型流变仪,研究了温度、固含、碱浓度以及粒度等因素对此类铝土矿原矿浆流变性的影响,深入分析了各种因素对原矿浆流变性影响的规律,提出了磨矿及矿浆输送过程中比较适宜的矿浆温度、固含、铝酸钠溶液苛性碱浓度以及磨矿粒度等,为高效低耗的氧化铝生产工艺提供了强有力的理论支持。
1.1 水泥浆体的流变性
1.1.1流变性概念
水泥的水化是一个由流体向固体转化的过程,故水泥浆体存在流变性。
流变学是研究物体在外力作用下的流动和变形的科学,属于力学的范畴[1]。
不同的是,传统力学只研究某个具体实物在受外力作用下的运动;而流变学研究的是系统在外力作用下的流动和变形,考虑到了系统内部的关联。
流动和变形,都是质点受力情况下随时间变化发生的形态变化;不同的是,流动的研究对象是流体,变形的研究对象是固体。
1.1.2水泥浆体流变性的研究意义
水泥从加水开始水化到凝结成为固体的过程包含了弹性、塑性、流变性、触变性、粘度等不同性的质变化。
这些性质的变化不止影响水泥的微观结构,也关系到硬化水泥浆体的宏观强度、耐久性、坍落度。
而凝固前后并不孤立,二者均与流变性相关,即流变性的物理意义。
水泥浆体是混凝土最主要的成分,浆体的性质很大程度上决定了混凝土的性能[2]。
不同工程在施工时对水泥浆体流变性的要求不同:灌浆工艺、自流平水泥要求水泥浆体具有较好的流变性,路面施工则希望浆体流变性较差。
如何有效调节水泥浆体的流变性来适应不同工程的需要已成为重要研究课题[3]。
1.1.3水泥浆体流变性的影响因素
研究表明,影响水泥浆体流变性的因素主要有以下三种[4]:
(1)改变水灰比。
水是影响流变性的最主要因素,效果也最为明显;但改变流变性的同时对硬化后的水泥浆体影响也最为明显,水灰比过大极易导致抗折、抗压强度的迅速下降,因此建筑工事一般不采用此种方法。
(2)掺入外加剂。
外加剂种类繁多、品种齐全、价格低廉,可以有效地改善水泥浆体的各种性能。
外加剂对流变性的影响效果定向可控,可根据预期效果酌量使用。
目前已广泛应用于建筑行业,是采用最广泛的方法,也是最有效的方法。
优点是在改变流变性的同时,对成型后的不利影响较小。
(3)掺入超细掺合料。
超细矿渣、粉煤灰、硅灰等的掺入也可有效改变水泥浆体的流变性,但其效果要通过具体实验来确定。
故这种方法在使用之前要进行必要的试验,也是一种有效可行的方法。
1.1.4水泥浆体流变性表征
流变模型主要可以分为两参数流变模型和三参数流变模型两大类。
其中三参数流变模型还处于不断发展之中,虽然取得了一定的发展但尚未有统一标准。
而两参数流变模型发展完善,运算简单并为广大学者认可,是目前的主流模型。
两参数流变模型主要包括宾汉姆模型、幂律模型和卡森模型三种[5]。
水泥常用的流变模型有:反映粘性、弹性的麦克斯韦模型,反映滞弹性的开尔文模型,反映粘弹性、塑性的宾汉姆模型。
研究采用两参数的宾汉姆模型对浆体进行表征,具有运算简单、应用广泛、表征精确的优点。
其流变方程为:
τ=τ0+η·γ
式中,τ--剪切应力,单位(Pa);
τ0 --屈服应力,单位(Pa);
η-- 塑性粘度,也称“Bingham粘度”,单位(Pa·S);
γ--剪切速率,单位(1/S)。
1.1.5水泥浆体流变性的研究历程
水泥浆体是混凝土最主要的成分,也是决定混凝土工作性能的主要因素。
水泥浆体成分简单、测试方便易行,很早就开始了对水泥浆体的研究。
1919年,宾汉姆提出了目前仍广泛使用的宾汉姆流体模型。
该模型结合了理想圣维南塑性体和理想牛顿粘性体,后经大量试验证实该模型可以很好的反映水泥浆体的粘性、塑性。
此后,关于水泥浆体流变性的研究进入飞速发展时期。
洛拜诺夫采用旋转粘度计,实验得到不同水灰比下的剪切应力和粘度;赖纳在此基础上研究得到泵送距离与大气压的关系。
1962年,第四届国际水泥大会进一步依希沙和格林伯格在提出了影响流变性的各因素,受到业界广泛关注。
第七届国际水泥大会,流变性的研究进一步迅速发展。
与会的拉帕率发表减水剂对流变性的影响一文,在提出规律的同时得出了最优掺量范围;伊凡诺夫提出了粉煤灰的影响规律等。
近年来,伴随着水泥基材料的迅速发展,关于流变性的研究日益完善。
各种新的流变模型不断完善、新外加剂的不断产生、新研究手段的不断采用、新理论的不断提出必将推动这一科学的不断发展。