一种基于流变参数的LC3混凝土振捣时间确定方法

本发明属于建筑材料与施工，具体涉及一种基于流变参数的lc3混凝土振捣时间确定方法。

背景技术：

1、lc3混凝土（石灰石煅烧黏土水泥混凝土，limestone calcined clay cement）是一种以煅烧黏土与石灰石粉协同部分替代硅酸盐水泥熟料的新型低碳胶凝材料体系，具有熟料用量低、碳排放小的显著优势，是混凝土绿色化发展的重要方向。由于采用煅烧黏土与石灰石粉替代部分熟料，其胶凝体系的水化与结构形成过程与普通硅酸盐水泥不同，拌合物的流变性能及其经时发展规律也与普通混凝土存在明显区别。

2、振捣是保证混凝土密实成型的关键工序，其实质是通过振动能量克服拌合物的屈服应力，使其局部液化流动、排出内部气泡，以获得均匀密实的结构。振捣不足（欠振）会残留孔隙与缺陷，降低强度与耐久性；振捣过度（过振）则引起骨料下沉、浆体上浮与离析，同样损害成型质量。理论上,拌合物在不同流变状态下对应的最优振捣时间应有所不同。

3、然而，lc3混凝土的流变特性给振捣施工带来了新的问题。煅烧黏土比表面积大、表面活性高，使lc3拌合物在静置过程中发生显著的结构重建效应，其屈服应力与塑性黏度随静置时间快速增长，增长幅度明显大于普通硅酸盐水泥混凝土，且在较短的等待时间内即可发生可观的变化。由此，lc3混凝土在出料、运输、等待浇筑的不同时刻，其流变状态持续演变，可振捣性随之明显下降，同一构件不同浇筑时刻的拌合物往往处于差异明显的流变状态，对应着不同的最优振捣时间。对于流变性能经时变化缓慢的普通混凝土，采用固定振捣时间尚可勉强适用；而对可振捣性经时下降明显的lc3混凝土，若沿用固定振捣时间或仅凭操作者经验判断，极易造成部分批次欠振、部分批次过振，致使构件成型质量离散。

4、现行混凝土施工规范对振捣参数的规定以经验值为主，普遍未考虑lc3混凝土流变性能随静置时间动态演变的特性；现有研究亦缺乏对lc3混凝土流变状态与其所需最优振捣时间之间定量关系的系统研究，致使振捣时间的确定长期缺乏科学依据，无法随拌合物流变状态的变化实时调整。因此，亟需一种能够根据lc3混凝土实时流变状态定量确定最优振捣时间的方法，以适配其可振捣性的快速经时演变，实现振捣质量的稳定可控。

技术实现思路

1、针对现有技术中固定振捣时间难以适配lc3混凝土可振捣性快速经时演变、致使同一构件不同浇筑时刻成型质量离散的问题，本发明拟解决的技术问题是，提供一种基于流变参数的lc3混凝土振捣时间确定方法，对基准振捣时间进行阻尼补偿，进而确定最优振捣时间。

2、本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

3、一种基于流变参数的lc3混凝土振捣时间确定方法，所述方法包括以下步骤：

4、s1、配制与目标lc3混凝土砂浆相中水胶比、胶凝材料组成及外加剂掺量一致的对应净浆，测试该净浆在若干静置时间节点下的屈服应力与塑性黏度，以初始静置时间节点实测值为基准，建立全时间域的屈服应力经时演变预测模型与塑性黏度经时演变预测模型；

5、s2、制备目标lc3混凝土，在拌合物初始静置状态下进行振捣时间梯度试验，以硬化试件的实体宏观性能为评价指标，确定该体系的基准振捣时间tbase；

6、s3、将t时刻lc3混凝土的实际最优振捣时间tv(t)与s2确定的基准振捣时间tbase之比，定义为该时刻的振捣阻尼系数ω(t)：以净浆流变参数的经时增长比为自变量，建立振捣阻尼系数ω(t)与流变参数的定量关系：

7、ω(t) = k · [α·(τ(t)/τ0) + (1-α)·(μ(t)/μ0)]^β

8、式中，τ(t)、μ(t)为t时刻屈服应力与塑性黏度的预测值，τ0、μ0为初始时刻的屈服应力、塑性黏度；τ(t)/τ0为屈服应力的经时增长比；μ(t)/μ0为塑性黏度的经时增长比；α为屈服应力加权因子，取值范围[0,1]，β为非线性阻尼演变指数，α、β为反映该lc3材料经时阻尼演变规律的材料本征常数；k为现场系统校准常数；

9、s4、采集现场待浇筑lc3混凝土的实际静置时间t，由s1演变预测模型计算τ(t)和μ(t)，并代入所述的定量关系中得到当前振捣阻尼系数，再按tv(t) = tbase × ω(t)求解当前批次的最优振捣时间，并据当前批次的最优振捣时间指导现场振捣作业。

10、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

11、本发明配制与目标lc3混凝土砂浆相一致的对应净浆，测定其屈服应力τ与塑性黏度μ在若干静置时间节点的数值，以初始时刻实测值为基准建立屈服应力与塑性黏度的经时演变预测模型；通过初始静置状态下的振捣时间梯度试验确定基准振捣时间tbase，并将t时刻最优振捣时间tv(t)与tbase之比定义为振捣阻尼系数ω(t)，以净浆流变参数的经时增长比为自变量构建ω(t)=k·[α·(τ(t)/τ0)+(1-α)·(μ(t)/μ0)]^β。工程应用时，现场仅需测定待浇筑混凝土的实际静置时间t，由演变模型算得τ(t)、μ(t)后代入上式，即可按tv(t)=tbase×ω(t)直接计算与当前流变状态相匹配的最优振捣时间，摆脱人工经验判断，有效抑制欠振与过振，实现lc3混凝土振捣时间的实时定量化确定。

12、本发明通过试验确定了lc3浆体屈服应力与塑性黏度的经时流变发展模型形式，以净浆流变测试替代离散性大、操作繁琐的混凝土流变测试，即可定量预测任一静置时刻的流变状态；且模型以流变参数相对初始时刻实测值的经时增长比（即τ(t)/τ0、μ(t)/μ0）表征流变发展，该增长比为无量纲相对量，故仅需把握其经时发展趋势而无需依赖绝对数值，测试简便、重复性好，为振捣时间的定量计算提供了可靠输入。

13、在此基础上，本发明提出了振捣阻尼系数公式，将最优振捣时间分解为基准振捣时间与振捣阻尼系数之积，并以净浆流变参数的经时发展趋势为自变量构建该系数，使振捣时间能够随流变状态的经时劣化自适应增长，从机理上实现了对lc3混凝土经时可振性下降的精确补偿。同时，该公式将材料本征的经时阻尼演变规律与现场设备、操作的系统性差异相分离，材料参数经实验室一次标定即可跨工地通用，现场仅需单点校准，标定成本低、推广效率高。

14、通过本方法，施工现场只需测定待浇筑lc3混凝土的实际静置时间，即可由流变发展模型与振捣阻尼系数公式直接计算出与其当前流变状态相匹配的最优振捣时间，摆脱了对人工经验判断的依赖，使欠振与过振均得到有效抑制，从而稳定获得密实、均匀、一致的满意振捣效果，显著提升了lc3混凝土振捣施工的质量稳定性与可操作性。

1.一种基于流变参数的lc3混凝土振捣时间确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1中，所述静置时间节点设置为0min、15min、30min、45min、60min；所述屈服应力经时演变预测模型为：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中，将0min静置状态的lc3混凝土拌合物装入标准试模，分别施加5s、10s、15s、20s、25s、30s、35s、40s的振捣时间梯度进行成型，标准养护至28天龄期，测定各试件的抗压强度及内部宏观有害孔隙率；取抗压强度曲线进入平台期且宏观有害孔隙率达到极小值拐点所对应的最短振捣时间，作为该配合比体系的基准振捣时间tbase，此即为28天抗压强度—宏观有害孔隙率判据。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基准振捣时间还能通过快速判据确定：测定拌合物经不同振捣时间成型后的表观密度，取表观密度达到峰值平台所对应的最短振捣时间作为实际最优振捣时间；或者测定新拌混凝土含气量，取含气量达到极小值平台所对应的最短振捣时间；

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，s3中材料本征常数α和β的标定过程为：选取两个均不为0min的非零静置时间节点t1和t2，按照与s2相同的方式分别进行振捣成型实验，测得对应的实际最优振捣时间tv(t1)和tv(t2)，由此得到两组实际振捣阻尼系数ω(t1)=tv(t1)/tbase、ω(t2)=tv(t2)/tbase，连同基于s1演变预测模型给出的相应流变参数的经时增长比τ(t1)/τ0、μ(t1)/μ0、τ(t2)/τ0、μ(t2)/μ0，代入下述方程组，在α∈[0,1]约束下数值联立求解α和β：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，s3中材料本征常数α和β的标定过程为：选取不少于三个非零静置时间节点进行振捣成型实验，在α∈[0,1]约束下采用最小二乘法对各节点的实际振捣阻尼系数与对应流变参数的经时增长比进行非线性拟合，确定α和β。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，s3中现场系统校准常数k的标定过程为：采集现场施工开工初期静置时间为t min的lc3混凝土拌合物，测定该现场条件下的实际最优振捣时间tv(t)，按下式求解：

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，确定α、β及k后，选取一个未参与标定的非零静置时间节点作为验证节点，按tv(t)=tbase×ω(t)计算该验证节点的预测最优振捣时间，并与该节点实测的实际最优振捣时间比对；当二者偏差在预设容差范围内时，确认所建立的振捣阻尼系数与流变参数的定量关系在适用静置时间区间内有效。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s4中，现场实际静置时间t不超过该lc3混凝土体系的初凝时间；当按tv(t)=tbase×ω(t)计算的最优振捣时间达到预设振捣时间上限tmax时，取tv(t)=tmax，以防止过振引起离析。