超高性能混凝土(UHPC)是一种具有超高强度、高韧性和优异耐久性的新型水泥基复合材料。由于它的水胶比低、细颗粒用量大，导致新拌浆体黏度高、纤维易成团、泵送困难等问题，不利于混凝土的匀质性及纤维对UHPC增强增韧作用的发挥。本文从流变表征和模型层面综述了UHPC的流变特性，基于水胶比、外加剂、矿物掺合料、纤维及骨料特性等因素对UHPC流变性能的影响，讨论分析了UHPC流变行为调控技术，包括调控水膜层厚度、调控浆膜层厚度、降低间隙液黏度、掺入黏度调节外加剂、改变纤维特性等5个方面及其调控作用机理。

为了降低超高性能混凝土(UHPC)的黏度，提高其工作性能，借鉴表面化学的研究成果，选用具有亲水性官能团的氨基硅烷(KH550)作为UHPC混合料的辅助外加剂，在UHPC混合料组分或配合比不变条件下，研究了水解硅烷配合比和水解硅烷的掺量对UHPC力学性能和流变性能的影响，揭示了UHPC力学与流变性能的硅烷改性机制。结果表明：KH550适合在无水乙醇和去离子水(或自来水)的混合溶剂中水解，水解最佳的配合比(质量比)为m1 (KH550)∶m2 (去离子水或自来水)∶m3(无水乙醇)=1.0∶3.0∶(2.5～5.0)，水解工艺为：三者混合后，用玻璃棒搅拌3 min，水解2 h以上；UHPC中的最佳硅烷掺量(按与UHPC中硅灰的质量比计)为1%；可以采用Bingham模型描述水解硅烷改性的UHPC的流变行为；基于水解硅烷改性的新拌UHPC流变性能大幅提升，但对力学性能的影响可忽略不计。

为研究石灰石粉细度和掺量对水泥浆体流变性能和水化进程的影响, 采用安东帕流变仪测试了新拌浆体的流变性能, 通过计算触变环面积表征浆体的触变性, 同时利用湿堆积密度测试和水膜层厚度计算结果解释石灰石粉对水泥浆体流变行为的影响机制, 最后通过微量热测试和XRD定量分析阐明石灰石粉对水泥水化进程的影响规律。结果表明, 10%(质量分数)掺量下, 1 000目(5.25 μm)石粉的掺入使屈服应力较掺400目(17.34 μm)石粉降低了48.4%, 但较掺600目(11.23 μm)石粉提高了15.6%; 相同细度下, 掺10%和20% 600目石粉浆体屈服应力较空白组分别降低767%和818%; 石粉的掺入降低了浆体的触变性, 并改变了触变性随时间的变化规律; 增加石粉细度和掺量使浆体湿堆积密度增大, 颗粒水膜层厚度提高, 浆体屈服应力和稠度减小; 增大石粉细度能够缩短水化诱导期, 使水化第二放热峰前移, 促进早期C3S溶解和C-S-H生成, 加快水泥水化进程。

将不同质量的聚硅氮烷(PSZ)先驱体溶于二甲苯中, 配制成不同浓度的纺丝液, 并通过干法纺丝、紫外辐照交联法以及1 100 ℃高温裂解将PSZ纺丝液转化为硅碳氮(氧)(SiCN(O))纤维。采用旋转流变仪、FTIR、SEM、XPS和TG等手段研究了PSZ纺丝液的流变性能和PSZ纤维的紫外辐照交联过程, 并对辐照前后的PSZ纤维及SiCN(O)纤维的组成、结构和性能进行了表征。结果表明, 质量分数为87%的PSZ纺丝液在室温下存在切力变稀的行为, 属于假塑性流体, 具有优异的干法纺丝性能; PSZ纤维在波长为185 nm的紫外光下辐照7 h后, 其陶瓷产率较原纤维提升了30.8%。本研究对于PSZ新的纺丝工艺和PSZ纤维的不熔化处理具有一定的探索意义。

为了提高加固、防渗堵漏等工程的注浆质量，往往需要添加改性剂来调控注浆材料的流变性能。本文研究了两种改性剂(早强型注浆改性剂SX-ZJ-Z和高强型注浆改性剂SX-ZJ-G)对注浆材料流变性能的影响，测试了它们在不同掺量(10%和20%，质量分数)以及不同水胶比(W/B=0.25、0.30、0.35和0.40)下的凝结时间、流动度、塑性黏度和屈服应力，并分析了Bingham和Modified Bingham模型对注浆材料流变曲线的拟合度。结果表明：添加SX-ZJ-G能显著延长注浆材料的凝结时间，而添加SX-ZJ-Z会缩短注浆材料的凝结时间；SX-ZJ-G掺入后发挥“滚珠”效应，能大幅提高注浆材料的流动性，但是添加SZ-ZJ-Z对注浆材料的流动性几乎没影响。添加改性剂使水泥浆体由牛顿流体转变为屈服应力流体，呈现出非线性的剪切应力曲线，Modified Bingham模型较Bingham模型有更好的拟合效果。在W/B=0.30、0.35和0.40时，掺入SX-ZJ-Z对注浆材料的塑性黏度和屈服应力影响不大；SX-ZJ-G的掺入极大地降低了水泥浆体的塑性黏度和屈服应力，降幅可达89%以上，改善了注浆材料的流变性能。

为开发具备大流动性、高强度和高耐久性能的高整体容器黏接填充密封材料，并使其能满足在低中放射性废物处置过程中多种严酷环境下服役300年的要求，本文以硅酸盐水泥、硅灰为胶凝材料，磨细石英砂为惰性填充材料，通过颗粒最紧密堆积原理获取初步配方，并以硅微粉替代部分水泥后，研究硅微粉对密封材料流变性能、孔隙结构、力学性能、耐久性能以及氮气渗透系数的影响。结果表明：硅微粉提高了密封材料的流动度及流变性能，降低了28和56 d的孔隙率，提高了劈裂抗拉强度、抗收缩性能、抗化学侵蚀性能、抗渗性能以及抗冻性能，但对其抗压强度及静弹性模量作用不明显。加入10％(质量分数)硅微粉的密封材料各项性能均优于国家标准要求，可以满足在严酷环境下安全服役300年要求。

近些年来,水泥的低碳化成为国内外的研究热点,利用活性矿物掺和料取代水泥是一种有效降低CO2排放量的方法。为验证活化煤矸石作为水泥矿物掺和料的可行性,研究了活化煤矸石对水泥流变性能、力学性能、水化产物及水化程度的影响,揭示了水胶比、龄期及活化煤矸石掺量等对水泥胶砂试件抗压和抗折强度的影响,并利用XRD、SEM和TG/DTG等表征活化煤矸石对水泥水化产物和微观结构的影响。结果表明,活化煤矸石水泥的流变性能对水胶比的变化更加敏感。将活化煤矸石掺入水泥中,能够有效降低水泥早期的水化速率。活化煤矸石含有大量的活性SiO2和Al2O3,具有很强的二次水化反应活性。二次水化产物水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶能够填充水泥机体的孔隙,提升水泥基体的强度。与掺30%(质量分数)石英粉的试件相比,掺30%(质量分数)活化煤矸石试件的28 d抗折和抗压强度分别提升了11.69%和11.82%。

聚合物空间稳定机制是陶瓷悬浮液稳定的主要方式。本文以聚合物空间稳定的氧化铝悬浮液为研究对象, 通过流变性能测试, 研究了悬浮液体积分数、聚合物含量、颗粒粒径对悬浮液弹性模量的影响规律。结果表明, 稳态剪切和振荡剪切两种流变测试模式都证明了悬浮液存在明显的弹性特征。确定了对于聚合物稳定的氧化铝悬浮液, 影响弹性模量的核心要素为颗粒表面间距, 因为颗粒表面间距影响了吸附聚合物的压缩程度。增大悬浮液体积分数、减小颗粒粒径均是通过降低颗粒表面间距以及被压缩吸附层的厚度使系统弹性模量上升, 表现为弹性变大, 最终影响悬浮液的稳定性。

本文研究了不同搅拌时间(120、210、300 s)和减水剂加入方式(先掺和后掺)对高性能混凝土(HPC)流变性能、压力泌水率、润滑层特性的影响规律, 并分析了搅拌程序对HPC泵送性能的影响。结果表明: 合理延长搅拌时间和后掺减水剂的方法均增加了HPC的流动性; 高浆骨比增加了HPC达到最佳流动状态所需的搅拌时间; 在一定范围内, 增加搅拌时间降低了HPC的泵送阻力, 但同时也增加了压力泌水率, 降低了泵送过程中HPC的稳定性, 增加了堵管风险; 在不同搅拌程序下, HPC润滑层黏度系数变化和140 s泌水量变化与泵送阻力之间具有较好的相关性, 可作为评价HPC泵送性能的有效指标。

水泥浆体的流变性能不仅与材料本身有关, 还受环境及外部作用影响。本文针对水泥基材料实际工程中存在的主要外部影响因素, 即剪切作用与环境温度, 研究了两者对低水胶比水泥浆流变性能的耦合作用。结果表明: 水泥浆体在剪切过程中的流变行为与所施加的预剪切有关, 水泥浆体的屈服应力随预剪切速率的增大而减小, 剪切增稠的程度随预剪切速率的增大而增大; 温度升高, 水泥颗粒对减水剂的吸附量增加, 浆体在不同剪切速率下的平衡表观黏度减小; 温度和剪切速率对水泥浆平衡表观黏度的影响具有耦合效应, 剪切速率越高, 温度的影响越小, 反之亦然, 并建立了不同温度和剪切速率下平衡表观黏度的数学关系。