Главная → Статьи

Реологические свойства стройматериалов

Некоторые строительные материалы — растворные и бетонные смеси, мастики, краски и др.— представляют собой пастообразные массы различной густоты. Чтобы такие материалы плотно укладывались в форму (опалубку) или хорошо сцеплялись с поверхностью конструкции, не сползая (не стекая) с нее, они должны обладать определенными свойствами. Для оценки таких свойств используют реологические методы и приборы.

Реология (от греч. rheo — течь) — наука о деформациях и текучести веществ. Объект реологии — жидкие и пластичные вещества. Жидкостями в реологии считаются вещества, которые под действием приложенной силы неограниченно деформируются, т. е. текут. Твердые тела (идеальные) — напротив, под действием силы деформируются обратимо (упруго) и восстанавливают размеры и форму после окончания действия силы. Реальные материалы, в том числе бетонные и растворимые смеси, мастики, краски, сочетают в себе свойства жидких и твердых тел. В зависимости от преобладания того или иного свойства говорят о вязкотекучих или пластично-вязких смесях.

К основным реологическим характеристикам относятся: вязкость, предельное напряжение сдвига, тиксотропия.

Вязкость — внутреннее трение жидкости, препятствующее перемещению одного ее слоя относительно другого. Единица вязкости Пас.

В строительстве большей частью применяют пластично-вязкие смеси. Если провести наблюдение за какой-либо смесью (строитель ным раствором, краской) под нагрузкой, можно заметить, что при м-’ лых нагрузках она ведет себя как твердое тело, проявляя упруги свойства; при увеличении нагрузки у нее появляются необрати мые — пластические деформации. При дальнейшем увеличении нагрузки эта смесь начинает течь как вязкая жидкость.

Предельное напряжение сдвига — значение внутренних напряжений в пластично-вязком материале, при котором он начинает необратимо деформироваться (течь), т. е. превращаться в вязкую жидкость. Этот показатель у строительных смесей также называют i структурной прочностью.

Реологическое поведение пластично-вязких тел может быть выражено моделью (рис. 2.9), представленной в виде последовательно соединенных пружины 3, груза 2, лежащего на плоскости, и поршня, движущегося в цилиндре с маслом. Если начать тянуть за пружину, характеризующую упругие свойства, с возрастающей силой F, сначала растягивается только пружина, а остальные элементы остаются в покое; если силу убрать, система вернется в исходное состояние. Затем, когда сила встанет равной силе трения Frp, вся система начнет двигаться, проявляя пластичные свойства. Сила F определяет предельное напряжение сдвига в материале. Чтобы увеличить скорость движения, надо преодолевать возрастающее сопротивление масла в поршне, т. е. вступают в действие вязкостные свойства.

Многие пластично-вязкие смеси при повторяющихся (динамических) воздействиях могут обратимо терять структурную прочность, временно превращаясь в вязкую жидкость. Это свойство, называемое тиксотропией, характерно для смесей на основе минеральных вяжущих (бетонных и растворных смесей), красок и мастик. Физическая основа тиксотропии — разрушение структурных связей внутри пластично-вязкого материала. Явление тиксотропии используется при виброуплотнении бетонных смесей и при нанесении мастичных и окрасочных составов шпателем или кистью.

В строительных лабораториях в качестве реологических приборов используют технические реометры, позволяющие оценить реологические свойства смесей применительно к условиям их использования в строительстве. В этом случае определяют не конкретные реологические характеристики (вязкость, предельное напряжение сдвига и т. п.), а обобщенные показатели: условную вязкость, консистенцию вяжущего теста, удобоукладываемость растворной или бетонной смеси и т. п. При этом, кроме числового значения характеристики, обязательно указывают тип прибора и метод определения.

Жидкие тиксотропные составы — клеи, краски, мастики — оценивают по условной вязкости с помощью технических вискозиметров типа ВЗ, представляющих собой воронкообразные сосуды определенного объема с калиброванным отверстием (рис. 2.10). В этом случае за условную вязкость принимают время истечения (в секундах) определенного количества жидкости. Чем выше вязкость жидкости, тем больше время ее истечения.

Густые тиксотропные составы испытывают шариковыми вискозиметрами (рис. 2.11). При этом за условную вязкость принимают время (в секундах) прохождения стального шарика между двумя метками вертикально установленной трубки, заполненной испытуемым материалом. При падении шарика материал продавливается в зазор между стенками трубки и шариком. Чем выше вязкость материала, тем большее сопротивление испытывает шарик и тем больше время его опускания.

Составы средней густоты оценивают на вискозиметрах со свободно падающим шариком. Вязкие составы испытывают на вискозиметрах, в которых на шарик с помощью тонкой стальной штанги передается определенное фиксируемое усилие.

Реологические свойства теста на основе вяжущих веществ оценивают в соответствии с методами его укладки. Так, изделия из гипсового теста обычно формуют литьем, поэтому консистенцию гипсового теста оценивают стандартным вискозиметром Суттарда. Для этого испытуемое тесто помещают в металлический цилиндр без дна, установленный на стекло.

Рис. 2.9. Реологическая модельпластич-но-вязкого тела:
1 — поршень; 2 — груз; 3 — пружина

Рис. 2.10. Технический вискозиметр:
1 — сопло; 2 — резервуар; 3 — желобок

Когда цилиндр поднимают, тесто растекается под действием силы тяжести. Консистенцию теста оценивают по диаметру образовавшейся лепешки (мм).

Материалы на основе цементного теста формуют с применением механических воздействий. Поэтому консистенцию цементного теста оценивают, погружая в тесто тяжелый стержень определенного сечения и массы. Глубина его погружения в тесто служит показателем консистенции последнего.

У пластичных бетонных и растворных смесей определяют технологический показатель — удобоукладываемость, который оценивается показателем подвижности, т. е. деформацией смеси под заданной нагрузкой или под действием собственного веса. В растворных смесях деформирование осуществляется погружающимся в смесь конусом определенной формы и массы. В бетонных смесях оценивается деформация самой бетонной смеси, отформованной в виде усеченного конуса в специальной форме, под действием силы тяжести. Этот показатель, называемый осадкой конуса, выражают в сантиметрах.

Жесткие бетонные и растворые смеси, не обнаруживающие деформаций при таких незначительных нагрузках, обычно на строительстве укладывают с помощью виброинструмента, используя их тиксотропные свойства. Поэтому удобоукладываемость таких смесей оценивают по показателю жесткости на приборах, моделирующих виброуплотнение смесей. Так, оценку жесткости бетонной смеси проводят по времени вибрирования в секундах до заполнения бетонной смесью формы и выделения на ее поверхности цементного молока.

Конкретные методики оценки реолого-технологических свойств различных материалов описаны ниже в соответствующих разделах.

Ваш отзыв