Реологічні особливості бетонної суміші (БС)

Найбільш важливою властивістю бетонної суміші є зручноук­ладальність і формувальність, тобто здатність суміші розтікатися і приймати задану форму, зберігаючи при цьому монолітність і одно­рідність. Зручноукладальність визначається рухливістю (текучіс­тю) бетонної суміші в момент заповнення форми і пластичністю, тобто здатністю деформуватися без розривів суцільності.

Основний вплив на реологічні, фізичні і механічні власти­вості БС здійснює кількість і якість цементного тіста. Цементне тісто, як дисперсна система, має високорозвинену поверхню поділу твердої і рідкої фаз, що сприяє розвитку сил молекулярного зчеп­лення і підвищенню зв’язаності системи.

Отже, бетонну суміш можна розглядати як структуровану систему, яка характеризується певною початковою міцністю, гранични напруженням зсуву, в'язкістю, періодом релаксації і тиксотропією.

Тиксотропією називається здатність структурованих систем змінювати свої реологічні характеристики під впливом механічної дії і відновлювати їх після закінчення дії. З точки зору фізи­ко-хімічної механіки тиксотропію можна визначити, як оборотне ізотермічне перетворення геля в золь під впливом механічної дії і навпаки, без зміни концентрації дисперсної (твердої) фази.

В технології бетону ця властивість широко використовується для формування виробів із малорухливих і жорстких БС шляхом дії на них вібрацією.

Уявлення про поведінку БС при дії на неї зовнішніх сил дає реологічна крива (рис. 10). З точки зору реології БС - пружньов'я­зкопластичне тіло.

На першій ділянці кривої при невеликих значеннях напружень зсуву () зберігається незруйнована початкова структура БС, що характеризується максимальною в'язкістю (o). БС поводить себе як пружне тіло. Після досягнення критичного напруження зсуву (₀), що відповідає границі текучості системи, починається руйнування структури, яке продовжується до повного руйнування при граничному напруженні (₀). На цій другій ділянці кривої ефективна в'язкість БС () по мірі руйнування системи постійно падає при збільшенні напружень зсуву (). Суміш поводить себе як неньютонівська рідина. Після досягнення граничного напруження зсуву (₀) і повного руйнування системи, БС набуває мінімальної в'язкості (_m). Її значення не залежить від величини діючих нап­ружень - суміш проявляє властивості важкої рідини.



₀

_m 



₁ ₀ 

Рис. 10. Зміна структурної в'яз­кості БС в залежності від напружень зсуву.

Як показали дослідження, реологічна модель невіброваної БС може бути описана рівнянням Шведова-Бінгама:

=₀+_m*dy/dx, (3.2)

де _m - пластична в'язкість системи;

dy/dx - градієнт швидкості зсуву.

Це рівняння характеризує поведінку БС при транспортуванні по трубах за допомогою бетононасосів і при укладці дуже рухливої суміші деякими невібраційними способами.

При вібруванні БС її початкова структура повністю руйнується, внутрішнє тертя і сили зчеплення зменшуються до мінімуму, в повній мірі проявляється ефект тиксотропного розрідження і граничне напруження зсуву стає дуже малим. В цих умовах пове­дінку БС з певним ступенем наближення можна описати рівняння Нь­ютона (рис.11).

Із підвищенням вмісту в БС крупного заповнювача і зменшен­ням вмісту води або при відсутності суцільного середовища із це­ментного тіста опір зсуву значно збільшується. В системі не тіль­ки підвищується в'язке тертя, але і виникає внутрішнє сухе тертя між зернами заповнювача. Для опису поведінки таких сумішей засто­совують рівняння Кулона:

 =  * tg  _ст, (3.4)

де  - нормальне напруження;

 - кут внутрішнього тертя;

_ст - структурна в'язкість системи.

Наведені вище положення базуються на уявленнях про БС, як однорідне ізотропне середовище, що характеризується інтегральними показниками: в'язкістю, граничним напруженням зсуву, коефіцієнтом внутрішнього тертя тощо. Такі уявлення корисні при розгляданні деяких технологічних питань транспорту БС, вивантаження її з бункерів, формування виробів тощо. На основі повної реологічної кри­вої і реологічних характеристик можна найбільш раціонально підіб­рати технологію виготовлення виробів із даної БС.

Проте, на практиці доволі часто доводиться вирішувати за­дачу підбору складу БС, який найкращим чином відповідає даній технології виготовлення конструкцій. Для вирішення подібних за­дач необхідно знати взаємозв'язок між складом БС і її реологічни­ми характеристиками. На практиці останні виражають через техноло­гічні характеристики БС: показник жорсткості, осадку конуса тощо.

На реологічні властивості БС мають вплив мінералогічний склад і тонкість помелу цементу, крупність зерен заповнювача, співвідношення між крупним і дрібним заповнювачем, водоцементне відношення, хімічні додатки тощо. Проте, в БС існує таке спів­відношення між цементом і заповнювачем, між піском і щебенем, при якому структурна в'язкість суміші буде найменшою, рухливість - найбільшою, а для її ущільнення потрібно витратити найменшу кіль­кість енергії. Сучасні способи визначення складу бетону врахову­ють цю обставину.

Реологічні властивості БС не залишаються сталими і під впливом фізико-хімічних процесів, що протікають при взаємодії це­менту і води, поступово змінюються: підвищується в'язкість і гра­ничне напруження зсуву. Ступінь зміни реологічних властивостей залежить від виду цементу, В/Ц, складу бетону, температури БС, хімічних додатків та інших факторів. Зменшення В/Ц і підвищення температури БС спричиняє підвищення структурної в'язкості і гра­ничного напруження зсуву БС.

Підсумовуючи вищесказане необхідно зазначити, що формуван­ня структури і властивостей бетону починається з приготування, укладки і тверднення БС. Ці операції в значній мірі визначаютьякість бетону і виробів. Тому дуже важливо знати реологічні влас­тивості БС, залежність їх від різних факторів, вміло керувати процесами виготовлення, укладки і тверднення БС.

Поиск по сайту: