Материал: 2031

наступает при выше 0, и затем течение развивается как у ньютоновской жидкости. Течение пластичных жидкостей подчиняется уравнению Бингама-Шведова.

где 0 – предел текучести; р – пластическая вязкость или коэффициент жесткости.

Отмеченное поведение пластичных жидкостей (к их числу относятся, например, густые шламы, масляные краски, строительные растворы и т.п.) объясняется их жесткой пространственной структурой. При > 0 последняя разрушается и жидкость течет как ньютоновская.

12.3.8. Псевдопластические жидкости отличаются падением кажущейся вязкости к с ростом скорости сдвига. Для них справедлива зависимость вида

где а < 1 – постоянная для данной жидкости (а можно рассматривать как меру отклонения от ньютоновской, для которой а = 1).

К псевдопластическим жидкостям относятся суспензии, содержащие ассисметричные или волокнистые частицы твердой фазы, а также растворы многих полимеров и целлюлозы.

12.3.9.Дилатантные жидкости характеризуются увеличением вязкости

сповышением скорости сдвига (а > 1). К жидкостям такого типа относятся суспензии с большим содержанием твердой фазы (смесь песка с водой и др.).

12.3.10.Неньютоновские жидкости второй группы разделяются на два класса: 1) тиксостропные 2) реопектические (рис. 12.3 и 12.4). У первых напряжение сдвига падает, а у вторых – растет со временем при постоянной скорости сдвига. Такое поведение тиксотропных жидкостей объясняется постепенным разрушением их структуры при деформациях в условиях постоянной скорости сдвига. Тиксотропия является обратным свойством: после снятия напряжения структура жидкости постепенно восстанавливается. Вязкость таких жидкостей, имеющих предел текучести

0 , определяется по формуле

К тиксотропным жидкостям относятся растворные, бетонные смеси, глиняное тесто, краски, битумы.

Реопектические жидкости характеризуются нарастанием скорости структурообразования при увеличении скорости сдвига и продолжительности воздействия напряжения сдвига. К таким жидкостям относятся суспензия гипса в воде, оксида ванадия.

Рис. 12.2. Кривые течения для реологически стационарных и ньютоновских жидкостей: 1 – ньютоновских; 2 – псевдопластических; 3 – дилатантных;

4,5 – бингамовских

12.3.11.Вязкоупругие жидкости обладают двойным свойством – вязким течением, характеризующимся законом Ньютона, и упругим восстановлением формы, подчиняющемуся закону Гука. К таким веществам относятся битумы, смолы, мастики.

12.3.12.Для характеристики реологических свойств большинства реальных жидкостей, в том числе вязкоупругих, пользуются S-образной кривой (реограммой), которая показана на рис. 12.5: кривая 1 в

координатах – и кривая 2 в координатах р – .

С их помощью можно определить следующие структурнореологические свойства. При малых определяется постоянная наибольшая вязкость неразрушенной структуры материала 0. При увеличении напряжения от 1 до 0 происходит разрушение структуры и

напряжениях выше 0 структура системы полностью разрушается, снова устанавливается прямая пропорциональность между и , определяется

постоянная наименьшая вязкость m предельно разрушенной структуры:

Рис. 12.3. Кривая течения тиксотропных жидкостей: а – без предела текучести; б – с пределом текучести

Таким образом, для участков наибольшей и наименьшей вязкости (см. рис. 12.5) справедливо уравнение Ньютона; участок эффективной вязкости характеризует материал как аномальную жидкость, для которой это уравнение неприменимо.

12.3.13. Вязкость органических вяжущих материалов, растворов высокополимеров изменяется от температуры. Так, например, при температурах (-20, -10 0С) вязкость битума относительно велика и он приобретает свойства твердого тела (предельное напряжение сдвига, упругость и т.д.).

Рис.12.4. Кривая течения реопектической жидкости

Рис. 12.5. Полная реологическая кривая структурированной жидкости:

1 – зависимость скорости сдвига от напряжения сдвига; 2 – зависимость вязкости от напряжения сдвига; 0 – предельное напряжение сдвига; 0 – вязкость

неразрушенной структуры; эф – эффективная (структурная) вязкость;

m – пластическая вязкость предельно разрушенной структуры

Сповышением температуры вязкость уменьшается и битум переходит

вжидкое состояние (рис. 12.6). Для твердых и вязких битумов, относящихся к структурированным дисперсным системам, вязкость нельзя рассматривать как физическую константу. Такие битумы при нормальной температуре обладают дополнительным сопротивлением сдвигу, а вязкость зависит от скорости деформации. Это обуславливается процессами структурообразования в битуме, которые влияют на его упругопластические свойства. При разрушении структурных связей влияние скорости деформации на показатель вязкости уменьшается, в состоянии покоя через некоторое время разрушенные структурные связи в битуме восстанавливаются (явление тиксотропии).

12.3.14. Для реологических исследований структурированных систем наибольшее применение находят ротационные вискозиметры.

Ротационный метод измерения вязкостей жидкости основан на определении сопротивления сдвигу жидкости, находящейся в зазоре между двумя коаксиальными цилиндрами (или в клинообразном зазоре между пластиной и конусом) при вращении внутреннего цилиндра (или конуса) с постоянной скоростью.

12.3.15. При использовании цилиндрического измерительного устройства (рис. 12.7) исследуемую пробу помещают в кольцевой зазор,

образующийся между двумя коаксиальными цилиндрами. Наружный неподвижный цилиндр радиусом R выполнен в качестве измерительной емкости. В него помещают исследуемую пробу, а цилиндр термостатируют в термостатирующей камере 2. Внутренний цилиндр радиусом r и длиной l, вращающийся с постоянной скоростью вращения, соединен через измерительный вал с цилиндрической винтовой пружиной, отклонение которой является мерой вращающего момента М, действующего на внутренний цилиндр. Отклонение пружинного элемента воспроизводится потенциометром, включенным в мостовую схему. Изменение тока, протекающего по диагонали мостовой схемы, пропорционально вращающему моменту М пружины.

Напряжение сдвига и скорости сдвига D в случае коаксиальной цилиндрической системы можно точно рассчитать. Величины и D не являются постоянными для кольцевого зазора, поэтому необходимо проводить измерения при отношении между радиусами R / r 1,3, а

12.3.16. При использовании конусно-пластинчатого измерительного устройства (рис. 12.8) исследуемую пробу помещают в клинообразный зазор, образующийся между неподвижной пластиной 1 и конусом 2 радиусом R, вращающимся с постоянной скоростью . Угол конусности системы конус – пластина является относительно малым и составляет=0,30. Исследование пробы при определенной температуре достигается термостатированием пластины. Сдвигающее напряжение, соответствующее гидравлическому сопротивлению клинообразного зазора, зависит от измеренного вращающего момента М, который, как указано выше, преобразуется в электрический сигнал. Сдвигающее напряжение и скорость сдвига D являются в клинообразном зазоре постоянными величинами. При этом действительны следующие отношения:

12.4.Рабочие гипотезы

12.4.1.Битумы вязкие дорожные относятся к структурированным дисперсным системам, их вязкость зависит от скорости сдвига или напряжения сдвига.

12.4.2.Вязкость битума зависит от температуры. При отрицательных температурах вязкость битума относительно велика, и он обладает