Реологические свойства

Твердость

Твердость – способность материала сопротивляться проник­новению в него другого материала. Твердость материала определяют различными методами, зависящими от вида материала. Все методы измерения твердости основаны на внедрении в поверхность испы­туемого материала эталонного материала и оценки степени этого внедрения. Так, твердость металла определяют, вдавливая в него под определенной нагрузкой стальной шарик или алмазный конус. Твердость линолеума или древесины определяют путем вдавливания в них стального стержня под небольшой нагрузкой.

Твердость каменных строительных материалов оценивают по шка­ле твердости Мооса (см. табл. 4.2), которая составлена из десяти минера­лов, расположенных по степени нарастания твердости.

Таблица 4.2

Шка­ла Мооса

№ п/п	Минера­л	Твердость
	Тальк
	Гипс
	Кальцит
	Флюорат
	Апатит
	Ортоклаз
	Кварц
	Топаз
	Корунд
	Алмаз

При всех методах измерения значения твердости являются услов­ными, зависящими не только от свойств материала, но и от метода испытания. Поэтому для сравнения твердости различных образцов их испытание проводят каким-либо одним методом.

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 – 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 свою форму после окончания действия силы. Ре­альные материалы, в том числе бетонные и растворные 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 η – внутреннее трение жидкости, препятствующее пе­ремещению одного ее слоя относительно другого. Единица вязкости – Па·с.

В строительстве большей частью применяют пластично-вязкие смеси. Если провести наблюдение за какой-либо смесью (строитель­ным раствором, краской) под нагрузкой, можно заметить, что при малых нагрузках она ведет себя как твердое тело, проявляя упругие свойства; при увеличении нагрузки у нее появляются необратимые – пластические деформации. При дальнейшем увеличении нагрузки эта смесь начинает течь, как вязкие жидкости.

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 струк­турной прочностью.

Реологическое поведение пластично-вязких тел может быть вы­ражено моделью (рис. 4.20), представленной

Рис. 4.20. Реологическая модель пластично-вязкого тела:
1 – поршень, 2 – груз, 3 – пружина

в виде последовательно соединенных пружины 3, груза 2, лежащего на плоскости, и поршня 7, движущегося в цилиндре с маслом. Если начать тянуть за пружину, характеризующую упругие свойства, с возрастающей силой Р, сначала растягивается только пружина, а остальные элементы остаются в покое; если силу убрать, система вернется в исходное состояние. Затем, когда сила Р станет рав­ной силе трения Р _тр, вся система начнет двигаться, проявляя пла­стичные свойства. Сила Р 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. 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. 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 в дело. 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. Когда цилиндр поднимают, тесто рас­текается под действием силы тяжести. Консистенцию теста опре­деляют 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 с определенными сече­нием и массой. Глубина его погружения в тесто служит показателем консистенции последнего.

У пластичных бетонных и растворных смесей находят реолого-технологический показатель – удобоукладываемость, который оце­нивается показателем подвижности, т.е. деформацией смеси под за­данной нагрузкой или под действием их силы тяжести.

В растворных смесях деформирование осуществляется погружаю­щимся в смесь конусом с определенными формой и массой; 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 растворные 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. Жесткие растворные смеси (мелкозерни­стые бетоны) испытывают на встряхивающем столике, опре­деляя жесткость по расплыву конуса из растворной смеси, а бетонные смеси – в специальном приборе (ГОСТ 10181–2000), устанавливаемом на виброплощадку. 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 далее в соответствующих параграфах.

Дата добавления: 2014-11-25