超高泵送混凝土的流变行为与数值模拟

The concrete pumping practice for super high-rise buildings in China had long since relied heavily on construction experience and lacked theoretical support. In light of this, a series of studies would be conducted on rheology of pumped concrete by combining theoretical analyzing, numerical simulation, experimental researching and engineering verification. The rheological properties and evolution law of pumped concrete would be researched. The single-phase flow, multi-phase flow and solid-liquid coupling numerical simulation methods would be investigated to analyze the influence of rheological parameters, concrete flow rate and other factors on pumping pressure loss and the effects of aggregate volume fraction, aggregate size, and mortar rheological parameters on concrete blockage in pumping pipe as well. Finally, a analyzing theory of concrete pumping pressure loss and a threshold-value control theory would be proposed with the aim to provide theoretical guidance on concrete pumping practice and solve the limitations of traditional empirical control methods which are poorly inherited and difficult to cope with variability.

本项目的研究拟针对现阶段我国混凝土超高泵送施工主要以经验为主导、缺乏相应理论支撑的现状，以超高泵送混凝土为研究对象，以流变学为研究基础，通过理论研究、数值模拟、试验研究及实际工程泵送论证分析相结合，研究超高泵送混凝土流变特性及其演化规律，探索均相流、多相流、固液耦合数值建模方法，分析流变学参数、混凝土流量等因素对泵送压力损失的影响规律，研究不同骨料体积分数、骨料粒径和砂浆流变学参数等对输送管堵塞的影响，建立混凝土输送压力损失理论和输送管堵塞阈值控制理论，突破传统上依靠经验控制方法存在传承性差、难以应对多变性的局限性，为混凝土超高泵送施工提供理论指导。

本项目针对现阶段我国混凝土超高泵送施工主要以经验为主导、缺乏相应理论支撑的现状，以超高泵送混凝土为研究对象，首先研究混凝土及其组成砂浆的流变特性，研究其流变数学模型并分析流变参数的发展规律；以超高泵送混凝土流变特性为基础，针对超高泵送混凝土目标性能分析，探索均相流、多相流、固液耦合建模方法及其适用性；研究分析混凝土的流动形态以及坍落扩展行为，并与数值模拟结果进行对比分析，论证不同目标性能分析模型的可靠性。然后，根据混凝土泵送性能分析需求，采用CFD、DEM及耦合数值模拟方法，研究混凝土在泵送过程中的速度、压力分布情况以及骨料分离、聚集等分布特征；研究混凝土/砂浆流变学参数、流量、输送管管径和弯管等因素对混凝土超高泵送压力损失的影响规律；研究骨料体积比、骨料粒径、骨料形状和砂浆流变学参数等因素对输送管堵塞行为的影响规律，建立输送管堵塞阈值控制理论。最后，研究开发超高泵送混凝土输送管堵塞监测系统与方法，实时监测工程建造过程中混凝土输送管管壁所受到的压力，将监测系统实测数据与数值模拟及理论计算的结果进行对比分析，揭示混凝土输送管堵塞行为机理，论证并完善混凝土输送管堵塞行为数值模拟方法，建立混凝土输送管堵塞预警机制。本项目的实施突破了传统上依靠经验控制方法存在传承性差、难以应对工程多样性的局限，为混凝土超高泵送施工提供了理论指导。