Спосіб визначення в’язкості цементного тіста

Спосіб визначення в'язкості цементного тіста за допомогою металевої пластини, на якій розташований конус для випробування цементного тіста 3 са, встановлюють конус на гладкий металевий лист і заповнюють його бетонною сумішшю через воронку в три шари однакової висоти, ущільнюючи кожен шар штикуванням. Конус плавно знімають із відформованої бетонної суміші у вертикальному напрямку і встановлюють поруч із нею. Осаду конуса бетонної суміші визначають, укладаючи гладкий стрижень на верх форми та вимірюючи відстань від нижньої поверхні стрижня до верху бетонної суміші з похибкою не більше 0,5 см. Розплив конуса бетонної суміші оцінюють по нижньому діаметру коржа (у см), що утворився в результаті розпливу бетонної суміші при визначенні рухомості по осадки конуса. Розплив конуса бетонної суміші визначають виміром лінійкою діаметра коржа, що розплився, у двох взаємно перпендикулярних напрямках, з похибкою не більше 0,5 см. Такий спосіб визначення зручноукладності обмежений тільки бетонними сумішами з крупним заповнювачем (щебенем або гравієм), не підлягає застосуванню для визначення рухомості і в'язкості цементного тіста. Не відповідає реальним умовам поведінки цементного тіста при ущільненні цементобетонних сумішей під впливом вібрації (віброущільнення). Як прототип вибраний спосіб визначення в'язкості, що є найбільш близьким по технічній суті до запропонованої корисної моделі [Патент РФ № 2295718 С2 "Способ определения вязкости", опубл. 20.03.2007 г., бюл. № 8]. Суть такого способу визначення в'язкості полягає в наступному: чутливий елемент у вигляді кульки, який з'єднаний перекинутою через блок гнучкою ниткою із противагою, що перебуває в повітрі, поміщають у вимірюване в'язке середовище та реєструють переміщення кульки. Кулька та противага виконуються однакової маси, що забезпечує їхнє зрівноважування в повітрі. Кульку занурюють у вимірюване в'язке середовище на певну глибину і розганяють в гору під дією сили Архімеда. Після цього вимірюють висоту підскакування кульки над поверхнею в'язкого середовища по градуйованій шкалі, по величині якої судять про в'язкість. Недоліком цього способу є велика трудомісткість експерименту та необхідність додаткового спеціального обладнання. Крім цього точність визначення в'язкості є низкою та не забезпечується навіть при проведенні численних випробувань. В умовах виробництва найпоширенішим способом ущільнення бетонних сумішей є віброущільнення. В основу корисної моделі поставлена задача вивчення поведінки цементного тіста та визначення в'язкості цементного тіста під впливом вібрації, тобто в умовах максимально наближених до умов формування бетонних виробів. Підвищення точності визначення в'язкості, зменшення трудомісткості експерименту за рахунок використання стандартного обладнання - вібромайданчика. Поставлена задача вирішується тим, що за допомогою металевої пластини, на якій розташований конус для випробування цементного тіста та стандартного вібромайданчика вимірюють діаметр 65900 4 розпливу конуса, причому в'язкість цементного тіста розраховують по формулі: m g  2 12    d  v  xm , де m - маса цементного тіста (кг), g - прискорення вільного падіння (9,8 м/с2), d - діаметр розпливу цементного тіста (м), v - частота коливань (1/с), x m - амплітуда коливань (м). Технічний результат запропонованої корисної моделі пояснюють кресленнями та графіками, на яких зображено: Фіг.1 - Металева пластина, на якій розташований конус для випробування цементного тіста. Фіг.2 - Конус для випробування цементного тіста та штиковка. Фіг.3 - Розплив цементного тіста. Фіг.4 - Залежність рухомості цементного тіста (розпливу конуса) від водоцементного відношення. Фіг.5 - Залежність в'язкості цементного тіста від водоцементного відношення (графік), таблиця 1 - результати визначення рухомості та в'язкості цементного тіста в залежності від водоцементного відношення. Спосіб здійснюють таким чином. На змочену водою металеву пластину (фіг.1) встановлюємо конус для випробувань цементного тіста. Діаметр верхньої основи конуса D1 - 22мм (фіг.2), діаметр нижньої основи конуса D2 - 47мм, висота конуса Н - 60мм, металева штиковка висотою 120мм і діаметром 8мм. Конус заповнюють цементним тістом у три шари однакової висоти. Кожен шар на його висоту ущільнюють штикуванням металевою штиковкою по 10 ударів. Надлишок цементного тіста видаляють ножем, розташованим під невеликим кутом до поверхні конуса, загладжуючи з натиском тісто урівень із краями конуса. Знімаємо конус і поміщаємо на вібромайданчик на 20 секунд, причому частота і амплітуда коливань знаходяться в наступних межах: частота коливань v=(2902900)±100 коливань у хвилину, амплітуда коливань хm=(0,05-0,5)±0,01мм. Після чого заміряємо найбільший діаметр розпливу цементного тіста (фіг.3). Далі по формулі (4) обчислюємо в'язкість цементного тіста. Такий спосіб визначення в'язкості цементного тіста не є трудомістким, не вимагає складного і спеціального дорогого обладнання, забезпечує високу точність визначення в'язкості, підлягає застосуванню для малов'язких середовищ, не вимагає проведення додаткових спеціальних операцій для визначення фізичних властивостей матеріалу та важких математичних розрахунків, дозволяє скоротити час проведення експерименту. Даний спосіб визначення в'язкості дозволяє вивчати поведінку цементного тіста в умовах максимально наближених до умов формування бетонних виробів. Теоретичним обґрунтуванням способу, що заявляється, є наступне. В'язкість являє собою явище виникнення сил, що перешкоджають відносному переміщенню шарів цементного тіста. Сили внутрішнього тертя спрямовані уздовж дотичних 5 65900 шарів цементного тіста та залежать від їхніх відносних швидкостей. Дотичні шари цементного тіста під дією вібрації ковзають друг відносно друга з постійною швидкістю, що залежить від частоти і амплітуди коливань =2  v xm. Тому течія шарів цементного тіста під впливом вібрації є ламінарним стаціонарним. При ламінарній течії в'язкість визначається за законом Стокса [Кузьмичев В.Е. Законы и формулы физики. - К.: Наук. думка, 1989. - 864 с. ISBN 5-12-000493-8]: (1) F=6d, Після знімання конуса цементне тісто осідає під дією сили F=mg та одночасно піддається вібрації. Виразимо з формули (1) в'язкість : F  (2) 6 d  , оскільки (3) F=m g, а =2  v xm, тоді, підставивши у формулу (2) вирази (3), одержуємо формулу для обчислення в'язкості цементного тіста (4): mg  , 2 12    d    xm (4) кг  м  с кг   2   Па  с, мс м с м де m - маса цементного тіста (кг), 2 g - прискорення вільного падіння (9,8 м/с ), d - діаметр розпливу цементного тіста (м),  - частота коливань (=N/t, де N - число коливань, t - час коливань, [] = 1/с), хm - амплітуда коливань (м). Приклад. Як приклад визначали рухомість цементного тіста (розплив конуса) залежно від водоцементного відношення. Приготування цементного тіста робили шляхом ручного перемішування в сферичній чаші, попередньо протертою мокрою тканиною. Спочатку цемент у сухому вигляді висипали в сферичну чашу, потім у центрі робили лунку і вливали в неї воду зачинення, вода усмоктувалася протягом 30 секунд і далі перемішували  m g 12  2  d  v  xm  6 суміш протягом 5 хвилин. Далі визначали діаметр розпливу цементного тіста. На змочену водою металеву пластину (фіг.1) встановлюємо конус для випробувань цементного тіста. Конус фіг.2 заповнюємо цементним тістом у три шари однакової висоти. Кожен шар на його висоту ущільнюємо штикуванням металевою штиковкою по 10 ударів. Надлишок цементного тіста видаляємо ножем, розташованим під невеликим кутом до поверхні конуса, загладжуючи з натиском тісто урівень із краями конуса. Знімаємо конус і поміщаємо на вібромайданчик на 20 секунд. Після чого заміряємо найбільший діаметр розпливу цементного тіста (фіг.3). Вимірювання рухомості цементного тіста проводилися при частоті v=2030±100 коливань у хвилину, і амплітуді коливань хm=0,35±0,01мм протягом 20 секунд. На фіг.4 та у таблиці 1 наведені результати визначення рухомості цементного тіста (розпливу конуса) залежно від водоцементного відношення під впливом вібрації. Як очевидно з наведених даних (фіг.4 і табл. 1) для запропонованих складів цементного тіста з різним водоцементним відношенням спостерігається зміна рухомості (розпливу конуса) цементного тіста. Знаючи діаметр розпливу конуса цементного тіста, обчислюємо по формулі (4) в'язкість складів з різним водоцементним відношенням. Маса цементного тіста в конусі 0,1 кг. Частоту коливань необхідно перевести в систему СІ (міжнародну систему одиниць вимірювання) по формулі: =N/t, []=1/с, де N - число коливань, t - час коливань. Вимірювання рухомості цементного тіста (розпливу конуса) проводилися при частоті =2030 коливань у хвилину, а час коливань t=20 секунд, тому N=(2030-20)/60=676,67 (коливань за 20 секунд), тоді отримуємо частоту коливань v=N/t=676,76/20=33,83 (1/с). Для водоцементного відношення 0,2 (В/Ц=0,2) розплив конуса дорівнює 5,65 см (табл. 1), розрахуємо в'язкість для цього В/Ц: 0,1 9,8  12,37 Па  с  0,1 9,8  8,65 Па  с  12  3,142  5,65  102  33,83  0,35  103 . Для В/Ц=0,22 розплив конуса дорівнює 8,08 см (табл. 1), аналогічно розрахуємо в'язкість для цього водоцементного відношення:  m g 2 12    d  v  xm  12  3,14  8,08  102  33,83  0,35  103 2 Аналогічно розраховують в'язкість цементного тіста для всіх останніх водоцементних відношень. 7 65900 8 Таблиця Результати визначення рухомості та в'язкості цементного тіста в залежності від водоцементного відношення 0,2 Діаметр розплива конуса цементного тіста d, см В'язкість , Па·с Водоцементне відношення, В/Ц 0,22 0,24 0,26 0,28 5,65 8,08 9,32 10,2 10,58 10,93 12,37 8,65 7,5 6,85 6,61 6,39 На фіг.5 та у таблиці наведені результати обчислення в'язкості цементного тіста залежно від водоцементного відношення. Як очевидно з наведених даних (фіг.5, табл.) для запропонованих складів цементного тіста зі збільшенням водоцементного відношення спостерігається зменшення в'язкості цементного тіста. Таким чином, даний спосіб визначення в'язкості цементного тіста під впливом вібрації дозволяє визначати рухомість складів (розплив конуса), не є трудомістким, не вимагає складного та спеціального дорогого обладнання, забезпечує високу точність визначення в'язкості, підлягає застосуванню для малов'язких середовищ. Не вимагає прове 0,3 дення додаткових спеціальних операцій для визначення фізичних властивостей матеріалу та важких математичних розрахунків, дозволяє скоротити час проведення експерименту. Такий спосіб дозволяє вивчити поведінку цементного тіста в умовах максимально наближених до умов формування бетонних виробів. Запропоновану корисну модель доцільно використовувати в промисловості будівельних матеріалів для визначення реологічних властивостей і вібров'язкості цементного тіста з урахуванням водоцементного відношення та нормальної густоти цементного тіста. 9 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 65900 Підписне 10 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601