Свойства бетонной смеси

Реологические свойства

Наиболее важным свойством бетонной смеси является удо-боукладывасмость, т.с. способность смеси растекаться и принимать заданную форму, сохраняя при этом монолитность и однородность. Удобоукладываемлсть определяется подвижностью (текучестью) бетонной смеси в момент заполнения формы и пластичностью, т.е. способностью деформироваться без разрыва сплошности.

Для описания поведения бетонной смеси в различных условиях используют ее реологические характеристики.

Реология (от греч. рсос - течение, поток; Хоуо<; - учение) -раздел физики, изучающий деформации и текучесть вещества. Изучая деформационные свойства реальных тел, реология занимает промежуточное положение между теорией упругости и гидродинамикой. Исходные понятия реологии - ньютоновская жидкость, вязкость которой не зависит от режима деформирований, и идеально упругое тело, в котором в каждый момент времени величина деформации пропорциональна приложенному напряжению. Эти понятия были обобщены для тел, проявляющих одновременно пластичные (вязкостные) и упругие свойства. Практические приложения реологии описывают поведение конкретных материалов при нагрузках и при течении.

Сопоставление свойств бетонной смеси и жидкости

Бетонная смесь

Жидкость

Вязкость зависит от величины внешнего усилия (чем больше усилие, тем вязкость ниже)

Вязкость постоянна, нс зависит от величины внешнего усилия

Температура не влияет на вязкость

Вязкость зависит от температуры (чем выше температура, тем вязкость ниже)

Бетонная смесь может сохранять форму, которую ей придали

Жидкость форму не сохраняет

Характерна начальная упругость в момент приложения силы (мгновенная упругость)

Начальная упругость отсутствует

Сопоставление свойств бетонной смеси и твердого тела

Бетонная смесь

Твердое тело

Упругость очень мала

Высокая упругость

Способность к большим по величине пластическим деформациям (т.е. без нарушения сплошности)

Пластические деформации отсутствуют

Обладает способностью течь

Не течет

Какой бы ни была структура бетона и принятая технология производства изделий и конструкций, бетонная смесь должна обязательно удовлетворять двум основным требованиям:

• 1) нс терять своей однородности, приобретенной в процессе приготовления: не расслаиваться при транспортировке, укладке в форму и уплотнении;
• 2) иметь хорошую удобоукладываемость или формуемость, соответсвующую принятому способу и условиям уплотнения и имеющемуся оборудованию.

Однородность бетонной смеси может нарушаться из-за расслоения, вызываемого тенденцией более тяжелых частиц перемещаться вниз под действием силы тяжести. Такое расслоение называется внутренним. Оно становится возможным при потере системной вязкости между цементным тестом и более тяжелым заполнителем при динамических воздействиях, сотрясениях при транспортировании, уплотнении трамбованием или вибрацией. В отличие от внутреннего расслоения при укладке бетонных смесей в конструкцию с некоторой высоты наблюдается внешнее расслоение, связанное со стремлением более крупных частиц переместиться от центра в переферию. Причиной такого расслоения является недостаточное сцепление между раствором и частицами крупного заполнителя.

Для бетонных смесей, относящихся к структурированным системам, характерно свойство изменять свои реологические характеристики под влиянием внешних механических воздействий и восстанавливать их после прекращения этих воздействий. Такое свойство называется тиксотропией. Этим свойством смесей очень часто пользуются на производстве при приготовлении. укладке и уплотнении малоподвижных и жестких смесей.

Для того чтобы бетонная смесь изменила свою форму и необратимо деформировалась, необходимо приложить внешнюю нагрузку, превышающую предельное напряжение сдвига системы. При этом наблюдается смещение частиц относительно друг друга (вязкое течение). В системах, нс подвергающихся вибрации. реологическая модель бетонной смеси может быть описана уравнением Шведова-Бингама

dv

т = то+П„, =—, dx

где т - напряжение сдвига; т0 - предельное напряжение сдвига; т|„ - пластическая (остаточная) вязкость системы; dv/dx - градиент скорости сдвига.

Для приведения бетонной смеси в состояние вязкого течения с градиентом скорости dvldx необходимо, чтобы напряжение сдвига превзошло т0, при котором начальная структура бетона предельно разрушена, и смесь приобрела свойства вязкой жидкости. Зависимости пластической вязкости и градиента скорости деформаций от напряжения сдвига показаны на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Изменение структурной вязкости (а) и скорости деформации течения (б): а<) и а,„ - углы, характеризующие коэффициенты вязкости системы

При небольших напряжениях сдвига, не превышающих критического напряжения Т|, сохраняется неразрушенная структура, характеризующаяся наибольшей вязкостью системы т](). На участке т, - т0 при увеличении напряжения сдвига наблюдается разрушение структуры и уменьшение эффективной вязкости до минимального ее значения при предельном напряжении сдвига т(). Дальнейшее увеличение напряжения сдвига не приводит к изменению так называемой пластической вязкости т|„„ которая не зависит от действующих напряжений.

При использовании вибрации начальная структура бетонной смеси предельно разрушается, внутреннее трение уменьшается до минимума. В этом состоянии смесь может быть описана реологическим уравнением Ньютона

dv

^=п,„=—• dx

В бетонных смесях с повышенным содержанием крупного заполнителя, отсутствием сплошной среды из цементного теста и пониженным содержанием воды сопротивление сдвигу значительно увеличивается, т.к. помимо увеличения вязкого трения возникает дополнительное сухое трение. Для описания реологического состояния таких смесей пользуются уравнением Кулона

T = otg