Реологические свойства бетонной смеси
Бетон состоит из твердых и жидких компонентов. Густые смеси буквально режутся, жидкие могут легко заполнить любые формы. Материал имеет десятки физических характеристик, одна из которых — реологические свойства. Для их описания, как правило, применяются понятия пластичности, вязкости и упругости.
Процесс уплотнения бетона довольно сложен. Его свойства вследствие протекающих физико-химических процессов постоянно меняются на разных стадиях жизненного цикла Деформационные качества искусственного камня характеризуются промежуточным положением между жидкостями и твердыми материалами. Подобные сложные вещества при воздействии разных нагрузок проявляют неоднозначную реакцию и отличаются реологическими свойствами.
Что такое реология бетона
Реологические качества определяют способность стройматериала заполнять формы и адаптироваться к различным структурам. Связаны с ползучестью и деформируемостью.
Реология бетонных смесей находится в промежуточном положении между изучением движения идеальных жидкостей и теорией упругости. Сфера ее изучения связана с пластичными характеристиками, способностью материала иметь свойства твердого тела или жидкого компонента.
Предмет изучения реологии включает ряд закономерностей:
- идеальное жидкое вещество по показателю вязкости безгранично деформируется под воздействием силы, т.е начинает течь;
- у идеальных упругих тел параметры деформации меняются под воздействием пропорциональных нагрузок — под влиянием силы начинается обратная деформация, возвращающая его к изначальной форме.
Реология бетонных смесей используется во время выбора технологии изготовления железобетонных конструкций. Если удается успешно установить связь между реологическими качествами монолита и компонентами бетона получится подобрать оптимальную смесь для требований используемой технологии строительства.
Что говорят стандарты
На протяжении нескольких последних десятилетий ключевым показателем, определяющим реологические качества бетона и установленным российскими стандартами, была удобоукладываемость. Она долго характеризовалась значением осадки конуса, а в 2010 году к нему добавился расплыв конуса.
Однако оба эти параметра не полно оценивают вязкие и упругие качества бетона. Так, при идентичном уровне осадки конуса различные марки смеси могут характеризоваться неодинаковой структурной вязкостью. Т.е, имея схожую удобоукладываемость согласно ГОСТ, они по-разному станут перемещаться по трубам, будут иметь различия в заполнении форм.
При этом ГОСТы не регламентируют параметры вязкости, хотя в стандартах заводов, занимающихся строительством крупных объектов, подобные требования прописываются все чаще.
Особенности реологических свойств бетона
Реологические качества бетона под воздействием физико-химических процессов, вызываемых взаимодействием воды и вяжущего вещества, постоянно меняются — увеличивается вязкость и максимальное напряжение по сдвигу. Масштаб изменений определяется видом портландцемента, составом, температурой бетонной смеси и иными факторами.
Деформационный процесс достаточно сложен. В некоторых случаях его невозможно точно описать с помощью теории упругости или уравнения гидродинамики. Это связано с неким промежуточным положением бетона между твердыми телами и вязкими жидкостями.
Измерение реологических показателей
Для описания текучести бетона используются реологические показатели — вязкость, тиксотропия, предельное напряжение сдвига.
С этой целью применяются реометры — приборы, определяющие способность бетонной смеси течь в ответ на приложенную силу. Они необходимы для материалов (в том числе бетонов), параметры которых невозможно установить только по показателю вязкости. Существуют два вида приборов:
- работают с растяжением — прикладывают деформацию/напряжение растяжения;
- вращательные модели — обеспечивают контроль деформации сдвига.
Реометры различаются по характеристикам измеряемых стройматериалов. Есть модели для измерения параметров бетонов с фракциями заполнителей менее 2 мм, 2-8 мм, до 32 мм. Приборы работают как в лабораторных условиях, так и на стройплощадке.
Определение уровня ползучести
При воздействии нагрузки на бетонную смесь в ней появляется первоначальная мгновенная деформация. В последующем появляются дополнительные деформационные изменения даже без влияния новой нагрузки. В первое время деформация ползучести идет с высокой скоростью, однако затем темпы ее развития уменьшаются. После прекращения нагрузки начинается упругое восстановление, также вновь проявляется ползучесть на фоне проявления остаточной деформации.
Свойства ползучести бетона зависят от природных факторов. Наиболее существенное влияние оказывает относительная влажность воздуха. В общем случае данный показатель необходимо учитывать в процессе расчета параметров относительной деформации.
При расчете деформаций, связанных с прочностью бетона, принимается во внимание коэффициент ползучести. Это необходимо по причине непостоянства напряжения конструкции. Для правильного расчета и используется коэффициент, помогающий предположить, что короткое время значение напряжения не меняется.
Тиксотропия бетонной смеси
Еще один показатель, отражающий реологические свойства бетона. Представляет собой обратимое качество бетона разжижаться (уменьшать консистенцию) при механическом воздействии и обратно загустевать. Благодаря этой особенности бетонные смеси могут перемещаться по трубопроводам и заполнять формы под воздействием гравитации.
Показатели тиксотропии можно регулировать посредством изменения состава для полного соответствия требованиям конкретных видов строительных операций. На тиксотропию влияет степень периодичности, интенсивности и сила динамического влияния. Существует максимальная скорость сдвига при вибрационных нагрузках, которая обеспечивает трансформацию смеси из упруго-пластичной консистенции во временное текучее состояние.
