Материал: Разработка эффективных комплексных органоминеральных добавок для регулирования реологических свойств бетонных смесей. Перцев В.Т., Леденев А.А

3.3.4. Методы исследований микрореологических свойств обводненных дисперсно-зернистых систем с учетом фрактально-кластерных проявлений

Для количественной оценки структурно-реологических характеристик обводненных дисперсно-зернистых систем на микроуровне использовались следующие показатели: фрактальная размерность D; объемная концентрация твердой фазы φ; критическая концентрация кластеров φ*, которые определялись по экспериментальным зависимостям «напряжение-деформация» и с помощью математического моделирования, с использованием программы Maple. Для расчетов применялась математическая модель, которая имеет вид

где ηА(φ,τ) – эффективная вязкость системы; η0 – вязкость несущей жидкой фазы; φ – объемная концентрация твердой фазы; φА – эффективная концентрация кластеров; φ* - критическая концентрация кластеров, соответствующая предельному напряжению сдвига; τ* - предельное напряжение сдвига, при котором происходит разрушение кластеров; τ – напряжение сдвига; D – показатель фрактальной размерности.

Показатели D и φ* определялись путем решения обратной задачи, осуществляемой с помощью модели (3.3) и экспериментальной зависимости (3.4), полученной методом ротационной вискозиметрии, связывающей параметры вязкости системы η и напряжение сдвига τ.

С помощью математической программы Maple определялись показатели D и φ*, строилась графическая зависимость, которая должна совпадать с экспериментальной (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Реологические кривые, построенные с помощью программы Маple:

1 – экспериментальная; 2 – построенная на основе решения математического уравнения;

η– эффективная вязкость системы; η* – вязкость несущей жидкой фазы;

τ– напряжение сдвига; τ* – предельное напряжение сдвига

56

Исследования микроструктуры цементного камня проводились на сканирующем электронном микроскопе JSM – 6380 LV (рис. 3.12), позволяющем получать изображения образца с разрешением около 1 микрометра.

Рис. 3.11. Схема прибора: 1 – источник света (светодиод); 2 –планшет; 3 – исследуемая система; 4 – микроскоп; 5 – цифровой фотоаппарат; 6 – персональный компьютер

Рис. 3.12. Внешний вид сканирующего электронного микроскопа JSM – 6380 LV

Исследования свойств поверхности тонкодисперсных минеральных компонентов, а также свойств «срезов» поверхности цементного камня, модифицированного различными видами ОМД, проводились с помощью атомно-силовой микроскопии на сканирующем зондовом микроскопе NanoEducator, который предназначен для визуализации, диагностики и модифицирования вещества с микро- и наноразмерным уровнем пространственного разрешения (рис. 3.13). Комплекс NanoEducator состоит из измерительной головки сканирующего зондового микроскопа, электронного блока, видеокамеры, соединительных кабелей, управляющего компьютера, устройства для травления зондов, а также набора тестовых образцов, расходных материалов и инструментов. Используется программное обеспечение Mac OS X. Основные характеристики СЗМ

NanoEducator представлены в табл. 3.11.

58

Рис. 3.13. Внешний вид установки (а) и измерительной головки (б) сканирующего зондового микроскопа NanoEducator

3.3.7. Методы определения основных свойств бетонных смесей и физико-механических характеристик бетонов

Свойства бетонных смесей, такие как удобоукладываемость, средняя плотность, расслаиваемость, сохраняемость свойств во времени, определялись по ГОСТ 10181-2000 «Смеси бетонные. Методы испытаний».

Контроль прочности образцов на сжатие производился по ГОСТ 18105-86 «Бетоны. Правила контроля прочности». Среднюю плотность бетонных образцов определяли согласно ГОСТ 5802-86 и ГОСТ 12730.1-78 «Бетоны. Метод определения плотности».

Степень уплотнения (коэффициент уплотнения) бетонной смеси определялась двумя методами. По первому методу отформованные образцы взвеши-

59

вались, определялся их объем и рассчитыва лся коэффициент уплотнения по формуле

ство содержащегося в бетонном образце вовлеченного воздуха. К о- эффициент уплотнения о пределялся по формуле

,

(3.6)

где Vб – объем отформованного бетона, см 3 ; Vв . в – объем вовлеченного воздуха в отформованном бетон е, см3 .

Водопоглощение бетона определяли по ГОСТ 12730.3 -78 «Бетоны. Метод определения водопоглощения».

Испытание бетона на истираемость проводили согласно треб о- ваниям ГОСТ 13087 -81 «Бетоны. Методы определения истираем о-

ГОСТ 10060.0-95 «Бетоны. Методы определения морозостойкости. Общие требования» и ГОСТ 10060.4 -95 «Бетоны. Структурно -

ГОСТ 12730.5 – 84 «Бетоны. Методы определения водонепроница е- мости».

Оценка достоверности полученных результатов проводилась по величинам средних значений и коэффициента вариации.

60