Определение характеристик пластично-вязких материалов

Пластично-вязкие свойства дисперсных систем измеряются физическими методами, на основе изучения реологических характеристик дисперсных систем.

Можно выделить три типа систем, различных по своим реологическим свойствам: истинные (ньютоновские) жидкости; структурированные жидкости, не обладающие предельным напряжением сдвига; пластично-вязкие системы, обладающие предельным напряжением сдвига.

В области ламинарного потока динамические свойства жидкостей характеризуются вязкостью. Дисперсную систему можно рассматривать как истинную жидкость только при малой концентрации дисперсной фазы, когда ее влияние проявляется только в увеличении вязкости. Согласно формуле Гутмана вязкость дисперсных систем

где η0– вязкость дисперсной среды;

с – концентрация дисперсной фазы.

Технические дисперсные системы (окрасочные составы, шликеры, жидкие полимеры, битумы и т.п.) являются структурированными жидкостями; их вязкость уменьшается по мере разрушения структуры, и лишь вязкость предельно разрушенной структуры – постоянная величина.

Таким образом, вязкость таких систем можно оценить с помощью показателя условной структурной вязкости, определяемой по стандартной методике и выражаемой в условных единицах. Условная вязкость таких материалов, например, жидких битумов, выражается временем (в секундах),

в течение которого через отверстие определенного диаметра из сосуда вытекает определенный объем жидкости.

Реологические свойства концентрированных дисперсных систем (цементного и глиняного теста, бетонных и растворных смесей) можно описать с помощью модели Шведова-Бингама, для которой дифференциальное уравнение течения имеет вид:

ηпл– пластическая вязкость.

Видно, что прочность такой структуры характеризуется предельным напряжением сдвига τ0, а сопротивление вязкому течению, происходящему при τ>τ0, зависит от пластической вязкости ηпл. Для определения реологических свойств - τ0и ηпл– используют конические и ротационные пластометры и другие приборы.

Стандартные технические методы оценки пластично-вязких свойств пастообразных материалов можно разделить на следующие группы:

- методы и приборы, основанные на проникании наконечника правильной геометрической формы в испытуемый материал – пестик и игла для цементного теста, конус для строительных растворов, пенетрометр для битумов, консистеметр для теплоизоляционных мастик;

- методы определения осадки и расплыва массы, которой сначала придана правильная геометрическая форма (бетонная смесь, цементный раствор, гипсовое тесто);

- методы и приборы для измерения времени, необходимого для того, чтобы испытуемая масса заняла определенный объем под действием вибрирования (технический вискозиметр).

Бетонная смесь также характеризуется структурными показателями, такими как плотность и пористость.

Плотность – отношение массы уплотненной бетонной смеси к ее объему; определяется в цилиндрическом сосуде емкостью 5 л – при наибольшей крупности заполнителя до 40 мм, - и 15 л, если этот показатель превышает 40 мм. Для ускоренного контроля плотности на производстве допускается проводить определения в формах, используемых для изготовления контрольных образцов бетона.

Пористость бетонной смеси определяют расчетным или экспериментальным методами по ГОСТ 10181-2000. Предусмотрено определение объема вовлеченного воздуха и объема межзерновых пустот в бетонах на пористых заполнителях и в крупнопористых бетонах.

Расслаиваемость бетонной смеси также является ее структурной характеристикой. Ее определяют по показателям растворо- и водоотделения. Раствороотделение бетонной смеси, характеризующее ее связность при динамическом воздействии, определяют сопоставлением содержания

растворной составляющей бетонной смеси в нижней и верхней частях свежеотформованного образца размером 200×200×200 мм. Для этого после уплотнения бетонной смеси в течение времени равном 10Ж с, (Ж – жесткость смеси, с), а для подвижных смесей в течение 25 с, верхний слой смеси, высотой 10 см из формы отбирают. Затем смеси нижнего и верхнего слоев взвешивают и подвергают мокрому рассеву на ситах с отверстиями 5 мм. Фракцию более 5 мм отмывают, высушивают, взвешивают. Содержание растворной части в верхней и нижней части уплотненной бетонной смеси, %, рассчитывают по формуле:

где mсм– масса смеси в верхней либо нижней части;

mк– масса отмытого и высушенного крупного заполнителя там же.

Показатель раствороотделения бетонной смеси, %, рассчитывают по формуле:

где ∆Vр– разность между содержанием растворной составляющей в верхней и нижней частях образца;

ΣVр– суммарное содержание растворной составляющей в верхней и нижней частях.

Водоотделение бетонной смеси, характеризующее ее связность в состоянии покоя, определяют после ее отстаивания в цилиндрическом сосуде в течение определенного промежутка времени. Смесь в сосуде предварительно уплотняют по ГОСТ 10180-90. Уровень бетонной смеси должен быть на (10±5) мм ниже верхнего края сосуда. Сосуд накрывают стеклом (паронепроницаемым материалом) и оставляют в покое на 1,5 ч. Затем пипеткой отбирают отделившуюся воду, собирают в стакан и взвешивают. Водоотделение характеризуют, как отношение объема отделившейся воды к объему исходной бетонной смеси.