Текучесть бетонной смеси

Пример вязкой жидкости

Бетонная смесь обладает такими свойствами, как упругость и эластичность, которые, однако проявляются при напряжениях не больше некоторого критического значения. Выше этого значения пространственная сетка из частиц, получившихся в результате реакции цемента с водой, разрушается. После разрушения сетки бетонная смесь деформируется пластично, т.е. деформация развивается во времени без увеличения напряжения. Пространственная сетка из частиц называется коагуляционной структурой. Прочность этой структуры зависит от расстояния между ее узлами, а также от толщины слоя воды между контактирующими частицами, который определяется размером частиц и их числом в единице объема. При увеличении концентрации и уменьшении размеров прочность коагуляционной структуры увеличивается.

Превышение напряжения в бетонной смеси выше критического приводит к ее пластическому течению с определенной вязкостью, причем эта вязкость зависит от величины напряжения сдвига, т.е. является переменной величиной. Такие жидкости называются неньютоновы жидкости. С физической точки зрения зависимость вязкости от приложенного напряжения объясняется различной степенью разрушения коагуляционной структуры внешней нагрузкой. В случае, если жидкость – ньютонова, вязкость – величина постоянная и скорость течения жидкости пропорциональная приложенному напряжению. При этом с увеличением напряжения неньютонова жидкость может перейти в ньютоновую. Уравнение вязкого течения в общем случае имеет вид:

τ = τпред + η·dv/dt, (1)

где τпред – значение критического напряжения сдвига, η – минимальная вязкость смеси, dv/dt – градиент скорости.

В общем случае вязкость дисперсной системы (среда + частицы) описывается уравнением:

η = η0·(1+k·c)n,

η0 – вязкость среды, k – коэффициент, зависящий от частиц и c – концентрация дисперсных частиц, n – показатель, учитывающий взаимодействие частиц.

Уравнение (1) справедливо в некоторой области значений напряжения, выше границы которой течение становится турбулентным и вязкость возрастает.

Разрушение коагуляционной структуры можно выполнять только до какого-то значения момента времени, выше которого ее восстановление невозможно. На принципе ее разрушения построена как технология оптимального уплотнения бетонной смеси, так и технологические мероприятия для увеличения вязкости смеси, чтобы смесь было проще укладывать. Основой этого разрушения является виброобработка бетонной смеси.

Критическое значение напряжения сдвига, после которого разрушается коагуляционная структура, можно вычислить по осадке стандартного конуса, потому что сохранение его формы обеспечивается именно действием касательных напряжений τ у его основания:

τпред = ρсмV/(2S),

где ρсмV – масса конуса бетонной смеси, S – площадь основания конуса после осадки.

Чтобы структура твердого бетона была наилучшей, необходимо иметь достаточную для компенсирования расслоения вязкость бетонной смеси. Однако в кратковременный период укладки вязкость смеси и предельное сопротивление сдвигу должны быть минимальными, что достигается приложением периодических механических воздействий, осуществляемых обычной вибрацией. Под вибрацией понимается передача бетонной смеси периодических импульсов воздействия, в результате чего частицы смеси колеблются с различными скоростями. В результате такого движения коагуляционные структуры разрушаются, и бетонные смеси подчиняются законам ньютоновой жидкости, т.е. их вязкость не зависит от напряжения.

Основными параметрами технологии вибрирования являются амплитуда колебаний и их частота, а также длительность вибрирования. При этом амплитуда колебаний бетонной смеси затухает по мере удаления от источника колебаний. Закон убывания амплитуды – экспоненциальный. Подвижные смеси следует подвергать вибрированию осторожнее, чем жесткие, поскольку уплотняющий эффект может привести к расслоению смеси. В подвижных смесях доминирующая роль вибрирования относится к разрушению коагуляционной структуры (в жесткой еще и уплотнение частиц).

Для усиления эффекта воздействия вибрирования используется явление резонанса, когда частота собственных колебаний частиц совпадает с частотой вынужденных колебаний. При этом различные по размерам частицы обладают различным собственными частотами, поэтому вибрирование нужно проводить на разных частотах – для частиц крупного заполнителя справедливы низкие частоты, для цементного теста – высокие.

Комментарии закрыты.