新拌混凝土作为工程建筑的主要材料,被广泛地应用于桥梁、道路、房屋建筑等一些基础建设设施和核反应堆等一些特殊结构中。新拌混凝土是一种多组分复合材料,自身力学性能十分复杂,且具有明显的随机性和时变性。新拌混凝土的综合性能表现为工作性(流动性、粘聚性和保水性等),通过流变性能来衡量,采用流变学理论研究新拌混凝土的流变行为可以更好的指导其施工过程。新拌混凝土的流变性能影响其施工的难易、效率和连续性,而且对硬化混凝土结构的强度、耐久性以及工程建筑质量有重大的影响。因此,全面掌握新拌混凝土的流变学特性,对其后续施工具有特殊且重要的意义。国家要求中、大型建筑必须使用商品混凝土,即需在附近的搅拌站生产,依靠搅拌运输车将其运输到施工现场。所以,混凝土搅拌运输车作为混凝土运输的主要设备,被广泛地应用于高层建筑、海港建筑、核电站等国家重大工程项目建设中。新拌混凝土在运输过程中流变性能的变化将影响拌合物的匀质性,决定后续施工是否正常进行,且对泵送工艺过程中堵管现象的发生以及硬化后混凝土的抗压强度、耐久性和其他力学性能等都有重大的影响。为了保证新拌混凝土运输后仍具有好的匀质性、避免离析,其在搅拌运输过程中必须进一步搅拌。因此研究搅拌车中新拌混凝土的流变性以及优化运输的工艺参数和叶片的结构参数具有重要的经济与实际意义。本文首先根据新拌混凝土流变学性能研发了能测量其在压力加载条件下新拌混凝土流变性能的新型加压流变仪,使用该流变仪测量得到了新拌混凝土的流变参数;其次结合国内外新拌混凝土离散元模型的优缺点,构建了更为适合模拟搅拌车中混凝土流动行为和匀质性的混合离散元模型,并通过流变性试验校准了离散元模型微观接触参数;然后提出了搅拌车中混凝土在不同时刻、不同研究问题、方法等时所对应选择的匀质性表征方法,并将这些表征方法应用于颗粒材料在实验搅拌车样机中搅拌和出料过程的实验和数值模拟,用于验证模拟结果的正确性和分析整个过程中离析的发生和转变;最后对搅拌车中混凝土搅拌与出料过程进行了数值模拟,分析了此过程中拌合物匀质性的变化和搅拌机理,通过正交试验和单因素数值模拟,得到了各因素对出料拌合物匀质性和出料效率的影响趋势以及较优参数组合,且研究成果已应用于中联重科股份有限公司搅拌运输车产品中。本文共分为七章,各章节的主要内容如下:第一章阐述了本文的研究背景,对新拌混凝土流变研究现状、研究方法以及其运输工艺作了简要介绍。首先主要从流变模型、流动和流变测试以及流变研究方法和手段出发,综述了新拌混凝土的流变研究现状;然后介绍了新拌混凝土离散元研究现状,主要从其离散元模型研究现状和离散元模拟出发;最后对新拌混凝土搅拌车运输研究现状进行了回顾,主要包括搅拌车中混凝土流动研究现状和搅拌参数优化,并概括了全文的研究内容和研究意义。第二章基于新拌混凝土的流变学性能和作业过程中受压等条件,研制了加压式旋转流变仪,该流变仪完成了新拌混凝土在加压条件下流变参数值的测量。第三章结合新拌混凝土流变学理论、流动和流变行为特性,构建了新拌混凝土的离散元模型,通过流变学试验(坍落度试验、L箱试验和旋转流变仪试验)校准了新拌混凝土离散元模型的微观接触参数,分析了混凝土在流变试验过程中的流动行为和流变特征,研究了粗骨料含量对流变性能的作用。第四章对混凝土在搅拌车运输过程中匀质性的表征提出了不同的表征方法,表征方法应该根据研究的物理对象、工艺过程以及研究手段等来选择。并将这些表征方法应用于搅拌车样机中颗粒材料搅拌和出料过程的实验和数值模拟,验证了模拟结果的正确性;研究了运动参数对搅拌匀质性、出料匀质性和出料效率的影响、搅拌筒中拌合物轴向离析产生和转变的机理、初始加载方式对轴向和径向离析的影响以及搅拌筒模型的尺寸效应。第五章研究新拌混凝土在12m~3搅拌车运输过程中的流动行为。首先对混凝土在搅拌车中的数值模型进行了相似分析。然后模拟了混凝土在搅拌车中的搅拌和出料过程,得到了混凝土颗粒在搅拌筒中的整体运动形态,并通过出料样品匀质性模拟结果与实验结果的比较,验证了模拟结果的正确性,同时得到了出料样品匀质性分布现象、出料总质量随出料时间的变化图。最后根据搅拌车中混凝土颗粒整体流动形态、单个颗粒运动轨迹和颗粒簇运动轨迹,分析了搅拌车中混凝土的搅拌机理和搅拌作用。第六章以出料匀质性和出料效率为目标,对搅拌运输车工艺参数和叶片结构参数进行了优化。首先采用单因素法模拟了工艺参数(搅拌转速、搅拌时间、出料转速等)对出料匀质性和出料效率的影响;再采用正交试验法数值模拟了叶片结构参数对出料匀质性和出料效率的影响主次和作用趋势,得到较优叶片模型;最后采用正交试验数值模拟了叶片模型和工艺参数对出料匀质性和出料效率的影响趋势,得到出料匀质性和出料效率最优条件下的叶片类型和工艺参数组合。第七章对本文研究内容进行了简要总结,并对今后的研究工作进行了展望。