自密实混凝土拌合物稳定性动态监测及数值模拟研究进展

李文旭¹，马昆林^1,2，龙广成^1,2，谢友均^1,2，马聪^1,2，李宁¹

1. 中南大学土木工程学院2. 高速铁路建造技术国家工程实验室

摘 要：自密实混凝土（Self-compacting concrete,SCC）在新拌阶段具有优异的施工性能,自问世以来就受到相关研究人员与工程技术人员的广泛关注,并已在建筑、铁路、公路、水利等工程结构中得到了越来越多的应用。为实现"自密实"性能,SCC采用了降低粗骨料体积含量、增加浆体体积含量等技术措施。新拌SCC具有较高的流动性,造成其中各组分在流动过程中的离析倾向增大,极易导致拌合物稳定性的波动。在实际工程中,人们更关注SCC的大流动性而忽略了其稳定性,这有可能造成工程质量问题。为改善SCC拌合物的稳定性,相关研究者们做出了许多努力,提出了增强新拌SCC稳定性的技术措施,并发展了SCC稳定性测试及评价方法,包括视觉稳定性指数法（VSI法）、硬化混凝土视觉稳定性指数法（HVSI法）、电子图像分析法、GTM筛稳定性试验、离析率筛析试验、贯入试验、柱状法、压实因数法以及离析探针等。这些方法均是在粗骨料沉降完成后对拌合物稳定性的总体评价,忽略了对拌合物中浆体、骨料发生相对运动的动态过程及特性分析,从而不能有效表达SCC拌合物稳定性的本质及关键影响因素。近年来,国内外学者也提出了诸如电导率法、静水压力测试法（HYSPT）、可视浆体法、超声波速法、放射性元素标记法等,可较好地实现对SCC拌合物稳定性的动态监测。同时,结合现代先进的数值计算与模拟技术,也有学者对SCC拌合物稳定性进行了数值模拟分析,通过建模实现SCC拌合物的可视化,已成为SCC拌合物稳定性研究的重要手段,目前主要采取离散元（DEM）、有限元软件（CFD）及二者结合的固-液耦合模型等三种数值模拟方法对SCC拌合物流动过程进行数值模拟与可视化分析,为SCC拌合物稳定性预测和控制提供更直观、便捷的手段。鉴于此,本文从新拌SCC稳定性着手,较全面地阐述了影响SCC拌合物稳定性的关键因素,总结了国内外对SCC拌合物稳定性的动态监测、评价方法及数值模拟方法,提出了SCC拌合物稳定性的研究建议,展望了其发展趋势,从而为深化SCC理论研究、拓展SCC工程应用提供支撑。

关键词：自密实混凝土;稳定性;动态监测;数值模拟;