Вязкость и удобоукладываемость

Предельное количество воды, которое может содержаться в бетонной смеси зависит от механических воздействий на цементное тесто при транспортировке, вибрациях, укладке и т.д. Для оценки этого количества можно воспользоваться формулой:

Впред = 1,35·Нг·Ц+П·Вп+0,07·Sщ

где Нг – нормальная густота цементного теста, Впводопотребность песка, Sщ – удельная поверхность щебня, которая вычисляется по формуле:

Sщ = 1,6·(ρнщищ)·(a40+2a20+4a10+8a5),

где a – частные остатки на стандартных ситах в %.

Исходя из условия неподвижности крупных зерен в бетонной смеси, получим условие нерасслаиваемости смеси. На зерно крупного заполнителя действует две силы: сила тяжести и сила сопротивления среды. Первая равна

Q1 = πD3·(ρзап – ρраст)·g,

где D – средний диаметр зерна заполнителя, ρзап, ρраст – плотности заполнителя и раствора, g – ускорение свободного падения. Вторая сила равна:

Q2 = f·π·D2·τпред,

где f – коэффициент, учитывающий форму зерен. Его значение лежит в диапазоне от 0,65 до 1,00; τпред – предельное напряжение сдвига. Чтобы смесь не расслаивалась, необходимо выполнение условия:

Q1 < Q2,

откуда получим

τпред > D·(ρзап – ρраст)g/(6f).

Из последней формулы можно сделать вывод, что чем более крупные зерна находятся в бетонной смеси, тем более она склонна к расслаиваемости. В случае формы зерен близким к шарам, можно воспользоваться формулой Стокса для движения шаров в жидкости:

πD3g(ρзап – ρраст)/6 = 3πD·η·v,

где v – скорость оседания частиц; η – вязкость раствора, которую можно регулировать содержанием песка и цемента.

Удобоукладываемость и вязкость – величины обратнопропорциональные друг другу, при этом вязкость дисперсной системы (среды + коллоидные частицы) увеличивается пропорционально вязкости среды и концентрации дисперсных частиц. Применив это утверждение к цементному тесту, можно сделать вывод, что с увеличением количества воды уменьшается вязкость дисперсной системы и, соответственно, увеличивается удобоукладываемость. Изменение же количества песка или цемента приводит к неоднозначным последствиям – с одной стороны будет увеличиваться вязкость растворной части (поскольку увеличивается дисперсная фаза относительно воды или цементного теста), а с другой – увеличивается само содержание растворной части, тем самым уменьшается содержание дисперсной фазы – частиц крупного заполнителя – относительно среды: цементное тесто + песок. В результате эти два фактора взаимно компенсируют друг друга и служат основой для «закона» о «постоянстве водопотребности смеси».

Удобоукладываемость бетонной смеси можно повысить путем добавления цементного теста с сохранением отношения Ц/В, которое обеспечивает прочность бетона. Однако этот способ не является рациональным, поскольку наиболее прочные коагуляционные структуры, ухудшающие удобоукладываемость, образуются в местах контакта цементного теста с зернами крупного заполнителя. Следовательно, разработав метод разрушения коагуляционных структур вблизи контактов, можно улучшить удобоукладываемость. Один из этих методов – предварительное увлажнение заполнителей с общим сохранением В/Ц. Например, согласно экспериментам увлажнение до 3% песка снижает жесткость смеси в 5 раз! Также существуют специальные химические добавки, замедляющие рост коагуляционных структур в области контактов цементного теста с зернами заполнителей. С физической точки зрения действие таких добавок сводится к повышению электрического потенциала коллоидных частиц. Наибольший же эффект для улучшения удобоукладываемости дают специальные органические добавки – пластификаторы. С физической точки зрения эти добавки создают вокруг частиц тонкие пленки (гидрофобные/гидрофильные), которые позволяют значительно снизить содержание воды, при сохранении удобоукладываемости. При этом снижение воды приводит к увеличению прочности бетона.

Комментарии закрыты.