基于CFD的泵送混凝土流變性能數(shù)值模擬研究

李 悅，田小璇，金彩云，王子賡，李亞強(qiáng)，王 睿

(1.北京工業(yè)大學(xué)城市與工程安全減災(zāi)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124;2.北京工業(yè)大學(xué)應(yīng)用數(shù)理學(xué)院，北京 100124)

0 引 言

高層建筑在我國迅速發(fā)展，超高層泵送混凝土的應(yīng)用越來越廣泛，但是隨著泵送高度、混凝土強(qiáng)度等因素的變化，在泵送過程中常出現(xiàn)堵管、磨損、離析、壓力損失大等問題且亟待解決。目前評(píng)價(jià)混凝土可泵性的試驗(yàn)方法仍依賴于混凝土的坍落度、擴(kuò)展度、倒坍時(shí)間等傳統(tǒng)指標(biāo)，但準(zhǔn)確性較差，也有工程單位采用盤管試驗(yàn)方法，但投資巨大、復(fù)雜且難以實(shí)現(xiàn)。高層泵送混凝土壓力損失計(jì)算主要采用《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》，但該方法與實(shí)際結(jié)果差距較大[1-2]。

計(jì)算流體力學(xué)(CFD)提供了一種模擬泵送混凝土流變性能的新方法，具有預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確且可視化、減少試驗(yàn)工作量等優(yōu)點(diǎn)，該方法可以得到許多試驗(yàn)無法測(cè)得的結(jié)果[3-7]。有研究先用流變儀測(cè)定了混凝土的流變參數(shù)，然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)泵送試驗(yàn)的數(shù)值模擬，結(jié)果給出了管道內(nèi)壓力分布和速度分布，表明混凝土的流動(dòng)狀態(tài)主要為塞流或剪切流，模擬結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)泵送試驗(yàn)結(jié)果一致[8-10]。有研究介紹了泵送混凝土在管道中剪應(yīng)力分布規(guī)律，結(jié)果表明管壁處剪應(yīng)力最高，隨著位置向管道中心移動(dòng)，剪應(yīng)力線性減小[11]。有研究考慮了骨料顆粒形狀對(duì)泵送的影響，進(jìn)行了總長為170 m的水平盤管泵送試驗(yàn)的數(shù)值模擬，結(jié)果表明具有棱角和不規(guī)則形狀的顆粒對(duì)潤滑層和混凝土的流變性能有較大影響，模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一致[12-13]?！?br>