文獻速讀
Cement Concrete Com. ：水泥基材料的觸變結構堆積：最新研究進展
題目
題目：Thixotropic structural build-up of cement-based materials: A state-of-the-art review
水泥基材料的觸變結構堆積：最新研究進展
關鍵詞
關鍵詞：結構堆積；靜態屈服應力；儲能模量；澆筑工藝；3D混凝土打??；主動硬化控制
來源
出版年份：2021
來源：Cement and Concrete Composites
課題組：湖南大學土木工程學院史才軍課題組
研究背景
新拌膠凝材料可以看作是固體顆粒分散在水溶液中的膠體懸浮物。新拌膠凝懸浮液攪拌后的流變特性可以用兩個基本物理參數來描述，即（動態）屈服應力和塑性粘度。屈服應力和塑性粘度對于指導配合比設計、描述流動性與和易性、評價可泵性、預測水泥基材料模板澆筑具有重要意義。由于固體顆粒之間的膠體相互作用和膠凝材料的化學水化作用，懸浮體內部的微觀結構隨著時間的推移逐漸演變。這種內在特性導致膠凝懸浮液通常表現出隨時間變化的觸變性能。
觸變性能的概念最早由Freundlich提出，描述的是當對懸浮液施加剪切應力時，懸浮液的黏度隨時間的持續下降，當剪切應力消失時，黏度隨時間逐漸恢復。這意味著觸變性具有兩個方面的特征，即懸浮液在靜止狀態下的結構堆積和施加剪切引起的結構破壞。觸變性是一個可逆過程。在膠凝材料隨時間推移的情況下，膠體絮凝引起的可逆變化和化學水化引起的內部微觀結構的部分不可逆演化同時存在。因此，對于處于靜止狀態的水泥基材料而言，結構堆積是一個比觸變性更精確的術語，它包括可逆和不可逆過程。值得注意的是，化學水化引起的結構的建立和破壞，雖然在微觀上剪切不可逆地破壞了顆粒之間的橋梁，但在宏觀上可以認為是一個部分可逆的過程。
研究出發點
隨著自密實混凝土(SCC)的應用和混凝土數字化制造的發展，膠凝材料的觸變性能引起了廣泛的關注。早期結構堆積對混凝土的流動性和可泵性有重要影響，對混凝土澆筑時的穩定性和模板填充起主導作用。由于其在應用方面的巨大潛力，近年來對水泥基材料觸變結構構建的研究顯著增多?；诖耍疚木C述了水泥基材料的觸變結構堆積的最新研究進展。
研究內容
觸變結構堆積是新拌膠凝材料的固有特性，對混凝土的可泵性、穩定性、模板填充以及3D打印中的可建造性起著重要作用。本文從水泥基材料的起源、評價方法、影響因素及應用等方面對水泥基材料的觸變結構堆積進行了綜述。
圖1 含高效減水劑水泥懸浮液的結構堆積示意圖
(a) SAP- A，(b) SAP- B，(c) SAP- C，(d) SAP浸泡在孔溶液中24 h
圖2 水化產物結構堆積速率與生長動力學的關系
圖3 梯度增強磁場作用下膠凝漿體(w/c為0.4，納米Fe3O4為5%)儲存模量的變化規律
圖4 臨界應力與垂直應力的比較
圖5 水泥漿體（w/c為0.45，納米Fe3O4為3%）主動加強控制的典型實例
主要結論
綜述了膠凝材料觸變結構堆積的起源、評價方法、影響因素及應用。通過討論，可以得出以下結論：
1.新拌膠凝材料的觸變結構堆積是膠體相互作用和化學水化作用共同作用的一個物理化學過程。膠凝顆粒與水初次接觸后，膠凝材料的結構演化經歷了膠體網絡滲流、剛性滲流和硬化三個階段；
2.基于SAOS試驗的靜態屈服應力和儲能模量的變化規律可用于評價新拌膠凝材料的結構堆積。靜態屈服應力是由水化產物形成的膠體連接和顆粒間橋接引起的，而儲能模量是指水泥顆粒之間的橋接強度(如C-S-H和鈣礬石)。將靜態屈服應力與SAOS試驗相結合，有利于更準確地監測膠凝材料的結構堆積。滲透試驗可用于粗略評估新拌硬化膠凝材料的結構堆積；
3.組分和配合比對結構堆積的影響可以用式
定量解釋。因此，增加顆粒體積分數，減小表面覆蓋面積和最大填充分數，會增加新拌膠凝材料的結構堆積；
3.影響新拌水泥基材料結構堆積的最重要因素是w/b。礦渣、硅灰和偏高嶺土的摻入對結構堆積有加速作用，粉煤灰和石灰石粉的摻入對結構堆積有減緩作用。高效減水劑的加入降低了觸變結構的堆積，其效率取決于膠凝材料的類型、結構、用量、w/b、以及表面的吸附和覆蓋程度。無機和有機黏度改性劑都對結構堆積有積極的影響；
4.觸變結構堆積會對新拌混凝土的模擬產生不利影響，如模板壓力衰減、再次泵送等。盡管觸變性很重要，但在模擬中很少考慮到，這可能是由于需要額外的工作和復雜的模型校準；
5.具有可磁化顆粒的膠凝漿體的結構堆積可以通過磁場來控制。這種主動加強控制可以使膠凝材料滿足不同的性能要求，有助于智能的澆筑工藝，最大限度地減少模板接縫間水泥漿液的滲漏，甚至在3D混凝土打印中有潛在的應用前景。
文獻鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2021.104152
