Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Реологические свойства смесей

05.11.2018

Как показано ранее, механическое поведение смесей характеризует целая гамма свойств (прочность, текучесть, формуемость, пластичность, уплотняемость). Измерения этих свойств трудоемки, методики измерений недостаточно отработаны и часто противоречивы. Поэтому целесообразно установить комплексные характеристики механического поведения смесей, позволяющие получить физически обоснованные оценки упругих, вязких и пластических свойств формовочных и стержневых смесей. Эти характеристики можно установить на основании реологии.

Реология - наука, изучающая закономерности развития напряжений и деформаций в телах любой физической природы.

Во всех современных способах уплотнения смеси определяющей в материале формы является деформация сдвига. При сдвиговой деформации тела Гука (упругое Н-тело) между касательным напряжением т и деформацией у существует линейная зависимость т = Gy, где G - модуль упругости при сдвиге. При приложении нагрузки в упругом теле развивается мгновенная деформация у = x/G, которая при снятии нагрузки полностью и мгновенно исчезает. В реологии тело Гука условно обозначают в виде пружины (рис. 5.33).

Вторым простейшим телом в реологии является тело Сен-Венана (S-тело), важное свойство которого - наличие элемента трения, характеризующегося предельным напряжением сдвига тS, (условное обозначение S-тела показано на рис. 5.35). Если развиваемые при приложении нагрузки напряжения т < тS, то тело Сен-Венана не деформируется, т е. при т < тS y = 0. При достижении напряжением значения т = тS S-тело пластически деформируется при т = тS = const, т. е. становится идеально пластичным телом.

Вязкое тело в реологии рассматривается как тело Ньютона (N-тело). Простейшим N-телом является ньютоновская жидкость. Условное обозначение N-тела показано на рис. 5.33. Известно, что для ньютоновской жидкости справедлива следующая зависимость: т = n * у, где n - динамический коэффициент вязкости, или просто вязкость тела; у = dy/dt - скорость деформации.

Проинтегрировав это уравнение, получим у = т/n; у' = т/n*t.

Деформация TV-тела линейно нарастает во времени и после снятия нагрузки полностью сохраняется как остаточная. Особенность тела Ньютона состоит в том, что в нем ни при какой нагрузке нельзя развить мгновенную деформацию. Характер изменения деформации тела Ньютона со временем показан на рис. 5.32.

Большинство реологических схем, имитирующих механическое поведение различных тел, можно получить с помощью последовательного и параллельного соединения схем рассмотренных трех тел. При последовательном соединении реологических тел деформации складываются, а напряжения во всех элементах одинаковы, т. е.

При параллельном соединении деформации всех элементов одинаковы, а напряжения складываются, т. е.

Рассмотрим тело Кельвина, представляющее собой модель вязко-упругого тела. Реологическая схема тела Кельвина (К-тела) приведена на рис. 5.33. К-тело включает в себя параллельно соединенные тело Гука с модулем упругости при сдвиге G и тело Ньютона с вязкостью n. Напишем основные реологические уравнения:

где тN и тН - соответственно напряжения в телах Ньютона и Гука;

yN, yH и у - соответственно деформации тел Ньютона, Гука и Кельвина.

С учетом реологических законов тел Ньютона и Гука запишем

Решение этого линейного уравнения при т = const имеет вид

Характер изменения деформации тела Кельвина при нагружении (т = const) и разгрузке (т = 0) показан на рис. 5.34.

Деформацию тела Кельвина называют деформацией упругого последействия. Развитие упругой деформации тела Гука здесь заторможено вязким элементом тела Ньютона. При снятии нагрузки происходит замедленная релаксация деформации.

Примером вязкопластичного тела является тело Бингама (В-тело), состоящее из параллельно включенных тел Ньютона и Сен-Венана. Схема тела Бингама приведена на рис. 5.35. Реологические уравнения тела Бингама имеют вид:

Интегрируя последнее уравнение при т = const, получим

На рис. 5.36 приведена зависимость деформации тела Бингама от времени при нагрузке т = const > тS и разгрузке (т = 0), из которой следует, что тело Бингама при т > тS пластически течет и после снятия нагрузки в нем сохраняется остаточная деформация уост. Величина тS представляет собой предел текучести материала. Зависимость скорости деформации тела Бингама у от напряжения т показана на рис. 5.37.


Реологическое поведение многих тел описывается моделью тела Шведова (Sch-тело), представляющего собой последовательное соединение тел Гука, Кельвина и Бингама. Схема тела Шведова приведена на рис. 5.38. Его основное реологическое уравнение имеет вид

где уH, yK, yB - деформации тел Гука, Кельвина и Бингама.


На рис. 5.39 приведен график изменения деформации тела Шведова при т > тS — const и при разгрузке (т = 0). Тело Шведова характеризуется пятью реологическими характеристиками: предельным напряжением сдвига тS, вязкостью n2, псевдовязкостью n1, модулями упругости G1 и G2.

Вязкость тела Бингама в отличие от вязкости ньютоновской жидкости называется структурной или пластической вязкостью.

Из реологического уравнения тела Бингама можно получить следующее уравнение для структурной вязкости: n = т-тS/y. Из него следует, что с ростом скорости деформации у пластическая вязкость убывает, что является следствием разрушения коллоидной структуры смеси и увеличения ее подвижности.

Характер поведения смеси и значения ее реологических характеристик определяются механизмом обеспечения связи между зернами наполнителя. В связующих типа лигносульфонатов и масел связь обеспечивается капиллярными явлениями. Поэтому эти связующие ведут себя как ньютоновские или псевдоньютоновские жидкости со слабым проявлением вязкопластичных свойств. Предельное напряжение сдвига у смесей на этих связующих близко к нулю. Смеси на вязкопластичных связующих (глина, бентонит) характеризуются наличием у них предельного напряжения сдвига. В табл. 5.18 приведены значения реологических характеристик глинистых суспензий и песчано-глинистых смесей.

Видно, что величины тS и n смесей в первом приближении связаны с теми же характеристиками суспензий. Упругие свойства смесей также определяются упругими свойствами глинистых суспензий. Модуль упругости глинистой суспензии в формовочной смеси составляет 0,2-0,3 МПа и практически равен модулю упругости смеси, в то время как модуль упругости кварцевого песка выше на 2-3 порядка.

Предельное напряжение сдвига, вязкость и модуль упругости являются более строгими физическими характеристиками текучести, уплотняемости и формуемости смесей.

Изучая зависимость реологических свойств от состава смеси, ее уплотнения, температуры и технологических факторов, можно обоснованно оценить их влияние на технологические и рабочие свойства смеси. В табл. 5.19 приведены данные о влиянии влажности на реологические свойства сырых песчано-глинистых смесей. В настоящее время разработано много методов контроля реологических свойств смесей, однако системные результаты исследований отсутствуют.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: