Реологические свойства стройматериалов

Кафедра «Конструкции и сооружения»

 

 

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ

 

по дисциплине

«Реконструкция и модернизация зданий»

                                                          на тему:

«Новые методы исследования реологических свойств строительных материалов в стране и за рубежом».

 

 

Выполнил студент 4-го курса ИДПО

группы СТ 46-16з Шаров А.С.

 

Проверил Цибина Р. З.

 

Тверь 2020 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Понятие реологии и реологические свойства материалов………………………………………………………………...3

2. Исследование реологических свойств композитных материалов методами системного анализа……………………………………………………….7

3. Оценка реологических свойств строительных смесей с получением дополнительных количественных характеристик………………...........16

3.1Сырьевые материалы и методы исследований…………………………16

3.2Исследования на модельных системах………………………………….18

Список литературы……………………………………………………….24

ПОНЯТИЕ РЕОЛОГИИ И РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

   Реология это наука о течении и деформации реальных сплошных сред, например ньютоновских жидкостей со структурной вязкостью, а также дисперсных систем, обладаю­щих пластичностью. Реология рассматривает процессы, связан­ные с необратимыми остаточными деформациями вещества, как-то: релаксацию напряжений, упругое последействие, ползу­честь. Системы «вяжущее вещество — вода» обладают широ­ким диапазоном реологических свойств. При малых концентра­циях они близки к ньютоновским жидкостям, в то время как густые пасты приобретают свойства пластично-вязких и упру­го-пластично-вязких тел. Им присущи общие реологические за­кономерности и свойства, такие как зависимость деформа­ций сдвига от времени и напряжений, тиксотропное разупроч­нение системы.

Вязкостью, или коэффициентом внутреннего трения жидких систем, называется сила, отнесенная к единице площади (1 см²), которая возникает между двумя параллельными слоями жидкости, находящимися на расстоянии 1 см, при разности в скоростях передвижения этих слоев 1 см/с.

Показатель абсолютной вязкости не может, однако, в большинстве случаев характеризовать подвижность дисперсных си­стем, в том числе и цементных суспензий. Такие системы отли­чаются от нормальных ньютоновских жидкостей наличием определенной структуры, обусловливаемой связью между отдельными частичками суспензий, которая вызывает аномалию вязкости.

При течении такой «структурированной» системы работа внешней силы затрачивается не только на преодоление внутреннего трения, но и на разрушение структуры, как показал акад. П. А. Ребиндер. Особый интерес при этом представляет уменьшение вязкости дисперсных систем с увеличением градиента скорости перемещения. При исследовании вязко-пластич­ного состояния дисперсных систем определяют лишь кажущую­ся вязкость или полные реологические характеристики в виде предельного напряжения сдвига и пластической вязкости. Срав­нивая эти показатели, устанавливают влияние различных факторов на вязко-пластичное состояние теста вяжущего: со­держание воды, добавок минеральных или органических ве­ществ, температуры, степени дисперсности вещества.

Для определения величины вязкости применяют различные ме­тоды и соответствующие приборы. Это метод капилляра, осно­ванный на изучении протекания жидкости через капиллярную трубку (капиллярный вискозиметр); метод вращения цилиндров (ротационный вискозиметр); метод штампа или внедрения кону­са (конический пластометр). Для исследования вязкости дисперсных систем применяют два последних метода. (При этом ро­тационный вискозиметр позволяет получать и полные реологиче­ские характеристики пластично-вязких систем.

Вязко-пластичное состояние теста вяжущего вещества обус­ловливает удобоукладываемость бетонной смеси. Под удобоукладываемостью смеси понимают сочетание двух ее показате­лей — пластичности, т. е. способности деформироваться под на­грузкой или собственным весом без потери сплошности (раз­рывов, расслаивания), и подвижности (текучести).

Пластичность и подвижность бетонной смеси определяется свойствами цементного теста. Оно обладает клеящей способ­ностью, что предупреждает расслаивание и разрыв смеси при деформировании. Наряду с этим, цементное тесто служит как бы смазкой. Покрывая слоем зерна заполнителей, оно умень­шает трение между ними, в результате облегчается перемеще­ние зерен заполнителей относительно друг друга и бетонная смесь в целом становится текучей (подвижной). Под нагруз­кой бетонная смесь становится еще более текучей благодаря замечательному свойству цементного теста — тиксотропно разупрочняться, т. е. переходить во временно текучее состояние при механическом на нее воздействии (вибрации, прессовании).

Приведенные свойства теста обусловливаются наличием в нем гидратов исходного вяжущего в весьма дисперсном состо­янии. Текучесть теста является также результатом присутствия в тесте воды, смачивающей зерна вяжущего, так как водные оболочки на зернах уменьшают трение между ними. Чем боль­ше толщина водных оболочек, тем толще гидродинамическая смазка зерен и тем более подвижным (менее вязким) оказыва­ется цементное тесто.

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 (строител ным раствором, краской) под нагрузкой, можно заметить, что при малых нагрузках она ведет себя как твердое тело, проявляя упруги свойства; при увеличении нагрузки у нее появляются необратимые — 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.