WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

http://dh.ufacom.ru/Articlerheol.html

 

К.т.н. Ильдар Каримов

Адрес для контакта: 450071, Россия, г.Уфа, а/я 21, Башкирский государственный аграрный университет, Кафедра теоретической и прикладной механики, Телефон/факс: (3472) 308138, Email: dh@ufacom.ru

  

Данный литературный обзор освещает современные представления о реологических свойствах цементных бетонов.

  Реология бетонных смесей, как и других структурированных материалов, связана с их структурой, изменяющейся в процессе твердения. В этой связи оценка реологических свойств смесей необходима в технологическом процессе производства строительных конструкций, особенно в процессе структурообразования.

Рассмотрим факторы, влияющие на реологические характеристики бетонных смесей. Разными авторами приводятся много факторов, которые по их мнению влияют на реологию бетонных смесей. Среди них можно выделить концентрацию, гранулометрию и форму частиц заполнителя; характер динамического воздействия на смесь; режим движения частиц, степень проявления тиксотропных свойств; фактор времени и другие параметры.

По мнению авторов [3], на реологические свойства бетонной смеси влияют два основных структурных фактора: величина поверхности мельчайших фракций и масса крупных заполнителей.

Авторами [6] предложена классификация факторов, влияющих на удобоукладываемость бетонной смеси, в соответствии с которой эти факторы делятся на внутренние и внешние. К внутренним относятся: текучесть цементного теста; тип заполнителя и отношение объема цементного теста к объему заполнителя. Текучесть цементного теста определяется В/Ц, типом цемента (в частности, его удельной поверхностью, содержанием С3А, содержанием гипса, содержанием щелочей), наличием добавок. Тип заполнителя определяется максимальным размером, зерновым составом, содержанием мелких частиц (<300 мкм), пористостью. К внешним факторам относятся условия перемешивания, температура смеси и время выдержки от момента затворения (зависит от наличия ускоряющих или замедляющих добавок).

Однако авторы [18] считают, что химический и минералогический состав цемента мало влияет на реологические свойства цементного теста; исключение составляет цемент с регулируемыми сроками схватывания, который при прочих равных условиях образует цементное тесто повышенной вязкости. Отмечается, что при увеличении В/Ц вязкость цементного теста падает; такое же влияние оказывает более грубый помол цемента и перемешивание цементного теста во время гидратации.

Авторы [5] отмечают, что процессы течения, скольжения и внутреннего трения, которые имеют место в бетонной смеси в результате приложения сдвиговых деформаций обусловливаются передвижением частиц бетонной смеси относительно друг друга и во многом определяются состоянием воды, находящейся между зернами цемента и заполнителя и на их поверхности. Эту воду предлагается называть “межзерновой”. Большая роль отводится свойствам цементного теста, которые в свою очередь зависят от геометрии частиц цемента.

Согласно авторам [14] подвижность бетонной смеси определяется толщиной образующихся после затворения вокруг цементных частиц пленок воды, играющих роль своеобразной “смазки”, а также количеством цементного теста, окружающего зерна заполнителей. Зная зерновой состав твердой фазы бетонной смеси можно рассчитать объем пустого пространства, занимаемого водой, а по мере гидратации цементным тестом, и тем самым толщину пленок воды вокруг зерен твердой фазы, играющих роль “смазки”. По мере химического связывания воды в процессе гидратации цемента уменьшается толщина указанных пленок, что наряду с заполнением пространства между зернами твердой фазы гидратными новообразованиями приводит к постепенной потере пластичности.

Авторы [16] также считают, что процесс течения бетонной смеси определяется реологическими характеристиками жидкости, находящейся между частицами твердой фазы, и трением между частицами.

Рассмотрим реологические характеристики, которыми предлагается характеризовать бетонную смесь. Согласно [5] к ним относятся: когезия (во многом определяется когезией цементного теста), вязкость (в частности, при приложении вибрационных воздействий) и внутреннее трение. Величина когезии в основном определяется количеством воды. Внутреннее трение зависит от количества и геометрии заполнителей.



Авторы [16] также считают, что реологическое поведение бетонных смесей определяется тремя фундаментальными параметрами: когезией, трением и вязкостью. Указанные величины зависят от сил, действующих в бетонной смеси. Это силы трения, капиллярные силы, силы коагуляционного структурообразования и коллоидного взаимодействия. Относительная значимость этих сил определяется размерами зерен и расстоянием между ними. Указанные силы изменяются во времени по мере того, как частицы цемента реагируют с водой. Проведенный анализ [16] показал, что для улучшения удобоукладываемости бетонной смеси необходимо уменьшать когезию, вязкость и трение в смеси. Однако чрезмерное уменьшение этих величин приводит к водоотделению и сегрегации в смеси, что влечет за собой резкое ухудшение эксплуатационных свойств бетона. Указанные недостатки могут быть частично устранены путем введения в смесь добавочного количества цемента. Однако, это может явиться причиной появления трещин в бетоне за счет повышенного тепловыделения.

Авторы [19] считают, что цементное тесто играет двоякую роль в обеспечении удобоукладываемости бетонной смеси: вопервых, отделяет частицы заполнителя друг от друга, предотвращая их взаимный контакт, вовторых, являясь материалом с вязкими свойствами, наделяет бетонную смесь способностью к пластическим деформациям. При уменьшении количества цементного теста увеличивается интенсивность взаимодействия между твердыми частицами, что приводит к увеличению жесткости смеси. Там же отмечается, что традиционные реологические параметры, используемые для описания различных вязких систем, включая цементное тесто и раствор, не могут быть применены для бетонной смеси с крупным заполнителем. Реологические свойства таких смесей по Пауэрсу определяются следующими величинами: модулем деформации, когезионной прочностью и предельной деформативностью при срезе. Однако каждая из этих величин в отдельности полностью не определяет удобоукладываемость бетонной смеси. Так, модуль деформации уменьшается с увеличением количества цементного теста в смесях, имеющих одинаковую осадку конуса. Когезионная прочность является важнейшим фактором, определяющим удобоукладываемость, так как уменьшение ее ниже критической приводит к расслоению смеси, водоотделению и ухудшению перекачиваемости.

Как показал анализ литературных источников точной модели реологического поведения бетонных смесей в настоящее время не существует, изза большого количества влияющих факторов.

Согласно Овчинникову П.Ф. [2] при построении реологических моделей бетонной смеси как многофазной структурированной системы, следует исходить из возможности ее представления в виде:

1.Дискретной системы физических материальных точек. Обычно в роли таких точек выступают частицы крупного заполнителя. Материальные точки могут быть свободными или связанными между собой силами. Если бетонная смесь представлена системой свободных материальных точек, то ее влияние на движение уплотняющих устройств учитывается в виде сил инерции точки, а также массовых сил веса. В случае представления бетонной смеси, связанной системой точек, к указанным выше силам добавляются упругие, вязкие и силы трения. Упругие силы описываются линейной непрерывной функцией от смещения точки, а также разрывной с конечным скачком, допускающей представление комбинацией функций Хевисайда. Вязкая сила содержит составляющую, определяемую предельным напряжением сдвига, и составляющую, зависящую от скорости, а также от смещения. Составляющая силы вязкого трения, зависящая от скорости и смещения, описывается линейной, квадратичной функцией скорости, а также разрывными функциями с бесконечным скачком типа функций Дирака. Природа вязких сил определяется возможностью смещения группы частиц, окружающих данную, как целого по отношению к соседним группам. Природа сил трения (сухого) определяется возможностью смещения данной частицы по отношению к соседним, то есть обычным скольжением частицы. Силу сухого трения можно описать функцией от нормальной силы. Если эту функцию разложить в ряд Маклорена по нормальной силе, то первое слагаемое будет представлять силу сцепления, которую в первом приближении можно представить капиллярными силами. Последнее существенно, так как это позволяет учесть влияние размера частиц заполнителя. Описанное равносильно представлению дискретной системы динамическими моделями реологических тел Гука, Ньютона, Кельвина, СенВенана, Шведова, Максвелла. Движение бетонной смеси будет описываться системой конечного числа дифференциальных уравнений второго порядка.





2.Непрерывной среды. Все деформационные процессы, происходящие в таких средах, описываются известными уравнениями механики сплошной среды, полученными из второго закона Ньютона, примененного к бесконечно малому элементу среды. Однако число неизвестных, входящих в них, более числа уравнений. Поэтому приходится отыскивать дополнительные условия, обеспечивающие их замыкание. Эти условия получили название реологических уравнений. Условия замыкания могут быть получены из эксперимента. Так появились экспериментальные кривые зависимости напряжения от скорости однородного сдвига (реологические кривые), а может быть и времени. Реологические уравнения по отношению к неизвестным напряжениям и деформациям, а также их производным являются нелинейными. Последние можно линеаризовать, получив обобщенные линейные относительно напряжений, деформаций и их производных реологические уравнения. Аналогично можно учесть и нелинейные эффекты, сохранив неизменными по форме реологические уравнения, если при этом соответствующие коэффициенты считать функциями от принятых переменных.

3.Дискретной системы материальных точек случайно распределенных в непрерывной среде.

В этом случае реологические уравнения будут представлены простейшими реологическими телами, а также уравнениями смешанной структурированной системы.

Дифференциальные уравнения движения бетонной смеси будут состоять из системы обыкновенных дифференциальных уравнений с конечным числом неизвестных функций, уравнений сплошной среды и реологических уравнений [2].

 Гирштель Г.Б. в работе [1] излагает основные принципы математического моделирования в реологии бетонных смесей. Согласно [1] cвойства каждой среды описываются двумя реологическими уравнениями состояния: объемо и формоизменения. Эти уравнения и входящие в них параметры позволяют описать напряженнодеформированное состояние среды в общем случае.

В качестве уравнений формоизменения наиболее обоснованно применение линейных дифференциальных уравнений, общий вид которых, (1) где a, t, n, Ds, G, h, m реологические параметры; Dn, Dy девиаторы напряжений и деформаций; d/dt оператор производной по времени.

Частными случаями уравнения (1) являются уравнения Гука, Ньютона, Максвелла, Бюргерса, Бингама, Джефриса и др. Порядок уравнений равен числу вязких элементов модели. Если в модели отсутствует непрерывная упругая связь, то в уравнение не входит деформация, а есть только ее производные.

Некоторое улучшение сходимости экспериментальных и теоретических данных могут дать дифференциальные уравнения в обобщенной форме, в которых периоды ретардации и релаксации заменены функциями распределения этих величин.

Более общие зависимости дают уравнения состояния в интегральной форме, (2) где e деформация; s напряжение; Е, r мгновенный модуль и модуль пластической деформации (для ньютоновской жидкости r =tрелЕ).

В уравнение (2) почленно входят: мгновенная, пластическая и деформация последействия. Интегральные уравнения дают лучшую сходимость только для деформации последействия; так как процессы деформации смесей весьма скоротечны, а применение интегральных уравнений существенно усложняет решение задач, их использование в реологии смесей, очевидно нецелесообразно.

Для описания объемоизменения смесей также могут применяться линейные дифференциальные уравнения с учетом двух принципиальных положений:

в уравнение должна в обязательном порядке входить деформация, а не только ее производные. Это значит, что при сколь угодно большем изотропном давлении деформации имеют конечные значения. Исходя В уравнение должна в обязательном порядке входить из этого, для описания объемоизменения могут быть использованы уравнения Гука, КельвинаФойгта, Френкеля и нельзя применять уравнения Ньютона, СенВенана, БингамаШведова, Бюргерса и Джефриса;

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.