Технология вибрационного уплотнения бетона при устройстве монолитных конструкций, страница 15

Скорость распространения колебаний в бетонной смеси (на основании опытных данных) при частоте 50-100 Гц не превышает 100 м/с, а длина волны составляет 60-80 см. Динамический модуль упругости бетонной смеси в значительной степени зависит от содержания воздуха в смеси (ее пористости) и составляет ориентировочно при значениях пористости 1-5%, соответственно 10-2,3 мПа.

Акустическое сопротивление среды (бетонной смеси) характеризует сопротивление среды вибрационным колебаниям.

Удельное акустическое сопротивление  определяется по одному из выражений

.                                                              (2)

Удельное акустическое сопротивление, как и скорость распространения колебаний, зависит только от плотности среды и от модуля ее объемной упругости и составляет при скорости распространения волн 20-62 м/с (1-10 мПа) соответственно 500-1500 Па с/см.

Численные значения приведенных характеристик бетонной смеси зависят от ее реологических свойств - упругости, вязкости и пластичности.

Вязкость характеризуется сопротивлением, которое смесь оказывает деформации сдвига. При сдвиге тело перекашивается, но скольжения одного слоя по другому не происходит и сплошность тела не нарушается. Коэффициент вязкости , определяющий зависимость между градиентом скорости и касательным напряжением, вычисляется по формуле

,                                                                    (3)

где  - касательные напряжения;  - приложенная сила;  - площадь сдвига;  - градиент скорости сдвига.

Наличие цементного теста придает бетонной смеси свойство, называемое структурной вязкостью, которая имеет следующие особенности:

- сдвиговое течение смеси начинается только тогда, когда сдвигающее напряжение превышает предельные напряжения сдвига;

- сопротивление при сдвиговом течении пропорционально градиенту скорости сдвига, но коэффициент вязкости зависит от степени разрушения структуры действующим возмущением.

Структурная вязкость отражает пластические свойства смеси. Предельное напряжение сдвига обусловлено контактом между частицами заполнителя. Оно усиливается связями в загустевающем цементном тесте. Частицы цемента сцепляются друг с другом, образуя рыхлую каркасную структуру, ячейки которой заполнены водой. Затем начинаются процессы кристаллизации, которые укрепляют эту структуру.

Предельное напряжение сдвига имеет упругую составляющую и составляющую типа сухого трения между частицами смеси, подчиняющегося закону Кулона. Основой упругой составляющей сопротивления является сцепление.

После преодоления предельного напряжения сдвига подвижность бетонной смеси быстро увеличивается, а вязкость постепенно уменьшается. В этом явлении можно отметить два процесса:

- действительное разжижение смеси, происходящее вследствие увеличения количества свободной, физически не связанной воды;

- псевдоразжижение, происходящее вследствие уменьшения сухого трения между частицами смеси под действием вибрации.

Первый процесс проявляется как следствие тиксотропного превращения геля в золь. Вибрация разрушает коагуляционную структуру цементного теста, и оно приобретает повышенную подвижность. После прекращения вибрирования коагуляционная структура восстанавливается.

Второй процесс - псевдоразжижение смеси - связан с заменой сухого трения вязким. Если на частицы смеси, между которыми существует сухое трение, действует вибрация, причем импульсы этой вибрации достаточны для преодоления сил сухого трения, то они поглощаются вибрацией и возникает вязкое сопротивление среды, величина которого зависит от величины сухого трения и параметров колебаний. Сухое трение восстанавливается сразу же после прекращения вибрации.

Таким образом, в начале вибрации в бетонной смеси действуют силы сухого трения и вязкостные силы, которые направлены против вынуждающей силы вибратора. Силы сцепления (упругие силы) существенного значения при вибрационном сдвиге бетонной смеси не имеют.