预填骨料混凝土灌浆过程的机理初探

摘要

预填骨料混凝土作为一种在我国正被推广应用的加固工艺,它在许多工程领域有着独特优势。预填骨料混凝土工艺核心——灌浆过程则直接决定着其质量,而目前国内对该工艺核心研究较少。故有必要通过建立合理的理论模型,对灌浆过程的影响因素和作用机理进行分析,找出预填骨料混凝土灌浆过程的内在规律,从而能为现场施工提供科学指导。
　　预填骨料混凝土灌浆过程主要技术参数有:砂浆的流变性能、预填粗骨料介质孔隙率、灌浆压力和灌浆口间距(灌浆高度)。灌浆过程的研究就是要抽象出合理的理论模型,找出技术参数间的理论关系。本文把预填骨料混凝土灌注砂浆看作一宾汉姆流体,把预填粗骨料介质看作一刚性多孔介质。把粗骨料间孔隙看作一簇簇以一定弯曲度和管径分布的毛细管,即可得到预填骨料混凝土灌浆过程的理论模型——砂浆宾汉姆流体在灌浆压力下,以一定流动特性通过布满一簇簇不同弯曲度和管径分布的毛细管的预填粗骨料多孔介质。本文目标是通过理论分析找出灌浆过程影响因素之间的关系及内在作用机理。
　　为描述预填粗骨料多孔介质内部孔隙和颗粒分布的复杂性和随机性,借鉴引入迂曲度概念和分形理论。预填粗骨料多孔介质微结构在一定尺度范围内、在统计上满足分形几何理论。为了求解迂曲度,本文参考运用了几何分析法研究了三维情况下球形颗粒多孔介质中流体流线的迂曲度,对理想代表性流线的迂曲度进行加权平均,最后推导出流体流过多孔介质的迂曲度解析式。
　　本文通过研究给出预填粗骨料多孔介质中砂浆宾汉姆流体的流量、流速和启动压力梯度的分形模型表达式且详细分析了启动压力梯度的影响因素,它们是孔隙率、流变参数、孔面积分维等的函数。本模型将砂浆宾汉姆流体与预填粗骨料多孔介质微结构参数有机联系起来,使更能深刻理解灌浆过程砂浆在粗骨料多孔介质缝隙间流动的内在机理。本文还研究了砂浆宾汉姆流体在多孔介质中的平面平行流动,考虑到实际毛细管的弯曲性和管径的分形分布,给出了平面平行流动的孔隙数目、孔隙率、流量和流速的分形表达式,以及压力分布方程。文章最后通过实验采集的数据以及引用文献相关数据,获得了灌注砂浆的流变参数和预填粗骨料多孔介质的孔隙率,并根据推导的理论公式进行计算,得到了宾汉姆流体通过该多孔介质的灌浆压力梯度、横截面平均速度、流量和灌浆高度的参考值。

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第一章 绪论

1.1预填骨料混凝土技术概述

1.2 预填骨料混凝土灌浆过程的研究现状

1.3研究课题的提出及研究意义

1.4 本文研究思路

1.5 研究技术路线

第二章 砂浆的流变性能与分形多孔介质

2.1 砂浆的流变性能

2.2 多孔介质

2.3 分形理论

2.4 预填粗骨料分形多孔介质模型的建立

2.5 本文所作的几点简化与假设

第三章 预填粗骨料多孔介质的迂曲度分析

3.1预填粗骨料多孔介质的迂曲度定义

3.2 求解迂曲度的方法

3.3预填粗骨料三维多孔介质中的迂曲度

第四章 预填骨料混凝土灌浆过程的理论模型

4.1 预填骨料混凝土灌注砂浆的渗流分形模型

4.2预填骨料混凝土灌注砂浆平面平行流动的分形模型

第五章 预填骨料混凝土灌浆理论模型的参数计算

5.1预填骨料混凝土灌注砂浆的选择

5.2 预填骨料混凝土多孔介质模型的孔隙率测定

5.3预填骨料混凝土灌浆压力梯度、流速、流量的计算

5.4 预填骨料混凝土技术应用——灌浆口间距的计算

第六章 总结与展望

6.1 本文研究工作总结

6.2 不足之处与展望

参考文献

致谢