道路混凝土振动液化过程中气泡逃逸行为研究

In pavement engineer, the entrapped air in the fresh and dry concrete is always released via internal vibration, which makes the concrete liquefaction and then go to the consolidation state. It’s the frontier problem to improve the quality of concrete pavement construction by understanding the mechanism of vibration liquefaction and air bubble(s) escape behavior. The applicants propose to investigate the evolution of concrete material from micro-level instead of macroscopic experiments form previous studies, that’s to say, reveal the consolidation mechanism of fresh concrete under vibration according to the dynamic characteristics of concrete mixture components motivated by the vibration waves. In this project, distinguished sizes of polystyrene beads will be adopted to simulate the entrapped air bubbles and entrained air bubbles, respectively. The concrete core sample at different positions during tests will be scanned via X-ray CT to characterize the polystyrene beads. In addition, the escape track will be restructured through characterizing the special distributions of the polystyrene beads. Accordingly, the escape behavior of polystyrene beads will be applied to the air bubbles by analogy. Finally, the interaction between concrete components and vibration waves will be investigated by virtue of the detailed measurements of acceleration data and plastic viscosity data during vibration process. Generally, the understanding of air bubble motion with vibration parameters and rheology features will lay a solid foundation for the decision on agent selection, mixture design and construction techniques.

新拌干硬性混凝土堆聚体中含有大量的被困气体，在道路领域通常采用插入式振捣工艺使混凝土发生液化，排出大粒径气泡，达到密实状态。理解干硬性混凝土振动液化机理和气泡逃逸机制是提高水泥混凝土路面施工品质的前沿问题。项目组基于前期研究发现应从更为细观的层面研究混凝土材料在成型过程中的演变机制，即根据混凝土多相体组份在振动波作用下的动力学特性揭示新拌混凝土振动密实机理。因此本项目采用不同粒径泡沫微球分别模拟被困气体和引气剂外引气泡，对不同试验条件下的混凝土芯样中的泡沫微球进行X射线CT辨识，进而根据泡沫微球空间分布特征值反演泡沫微球逃逸路径，最终将其类推至气泡的逃逸行为，同时结合振捣过程中加速度场和粘度场的精细量测数据分析振动波与混凝土多相体相互作用机理。气泡运动行为与振动参数、材料流变性能关系的揭示将为未来道路混凝土外加剂的筛选、配合比设计、振捣工艺调控提供技术支撑，具有重要的理论价值和工程意义。

新拌干硬性混凝土堆聚体中含有大量的被困气体，在道路领域通常采用插入式振捣工艺使混凝土发生液化，排出大粒径气泡，达到密实状态。理解干硬性混凝土振动液化机理和气泡逃逸机制是提高水泥混凝土路面品质的前沿问题。通过理论推导与室内试验，建立了振捣棒针对干硬性混凝土振捣液化能力的表征方法和干硬性混凝土自身可液化能力的表征方法，提出了工作性优先的滑模工艺干硬性混凝土配合比设计方法。取得以下结论：.（1）振捣波的循环剪切作用，使得砂浆在混凝土骨料空隙中产生非常大的压力，骨料嵌挤强度和粘聚力迅速降低，当骨料间有效应力减小到零时，骨料颗粒间开始相互分离，并散布、悬浮于砂浆中，此时混凝土具有流动的性质，实现液化。.（2）振捣棒加速度传递至混凝土时，在界面存在一定程度损失。振捣频率越小，传递系数越高。振捣棒直径增大，传递系数值也随之增大。混凝土含气量增大，传递系数值大幅增加。.（3）加速度在混凝土内部随着传导距离增加逐渐衰减，存在最佳振捣频率（f=200hz）使得衰减系数最小。振捣棒直径变化时，衰减系数值均较为接近。混凝土含气量增大，加速度衰减系数值显著降低。衰减系数随振捣时间变化均非常小，但衰减系数数值在不同混凝土配合比情况下差异巨大，最小值与最大值差距达15倍以上，衰减系数平均值0.35cm-1左右。.（4）将混凝土微元体径向应变与单位时间发生的次数的乘积作为评价振捣棒对混凝土振捣液化能力的评价指标。将屈服应力与塑性粘度系数的乘积的倒数作为干硬性混凝土材料可液化能力的指标。提出了工作性优先的干硬性混凝土配合比设计方法，核心在于以满足强度和耐久性为前提，基于新拌混凝土工作性要求来确定水胶比、净浆富余系数、砂浆富余系数三个参数值。.（5）设计了混凝土气泡逃逸模拟试验，通过砂浆试验筛选出最适合实施气泡逃逸模拟试验的泡沫小球（粒径3cm）。将引入气泡用乒乓球代替，测定新拌混凝土的振动粘度系数。