3. Cơ chế của các hệ thống keọ
3.1. Chuyển ựộng Brown
Chuyển ựộng BROWN là một chuyển động hỗn độn có thể quan sát ựối với các phần tử lơ lửng mà kắch thước của nó nằm dưới 10-5- 10-4cm. Chuyển ựộng này ựi ngược lại và vượt quá chuyển ựộng ựược sắp ựặt của sự trầm lắng của các hạt trong trọng trường. Chuyển ựộng BROWN do các va chạm của các hạt lơ lửng với các phân tử chất lỏng ựược làm chuyển ựộng bằng việc khuấy ựộng nhiệt.
Cường ựộ của chuyển ựộng BROWN ựược tăng lên bằng tác ựộng của ánh sáng, bức xạ và nhiệt. Nó có thể được cải biến bằng điện tắch của các hạt hoặc bằng các nhân tố hoá học.
3.2. Tắnh xúc biến của bê tơng
Chất Sol ựược tạo thành từ GEN bằng cách tăng nồng ựộ của pha phân tán. Sự tăng nồng ựộ có thể xuất phát từ các việc sau ựây:
- Thêm chất rắn
- Cho bay hơi từng phần của pha lỏng - Giảm nhiệt ựộ
- Một số phản ứng hoá học
Nét ựặc trưng chung nhất của tất cả các quá trình rắn chắc là sự bất ựộng của pha lỏng bên trong pha phân tán, sự bất động do sự hình thành cấu trúc.
Cấu trúc này thơng thường được giả ựịnh là ựược cấu tạo bởi mạng dắnh kết các phân tử dắnh kết, các mắt của mạng ựược chứa ựầy chất lỏng và cả hai pha (hoặc chỉ là pha rắn) là liên tục.
Các nghiên cứu bằng tia X ựã cho phép làm sáng tỏ một trật tự nào đó của các mạng nàỵ Trong trường hợp các gen, khi ựã cho sự liên tục của mạng lưới, không thể xảy ra sự chảy tự dọ Phải ựạt tới một giá trị tối thiểu của lực cắt ựể phá hoại cấu tạo
Sự xuất hiện ngưỡng chảy đối với các gen khơng phải chỉ do sự tiếp xúc cơ học ựơn giản giữa các hạt tạo thành cấu trúc, mà còn do kết quả của các lực tương tác phát triển giữa các hạt.
Tắnh chất này của một vài hệ keo có thể biến đổi hai chiều son gen dưới tác dụng cơ học là trường hợp xúc biến.
Nói chung, người ta nói rằng có xúc biến nếu thoả mẫn hai ựiều kiện sau:
- Sau một thời gian dài ựể yên và người ta tác dụng ựột ngột và ựều ựều một ứng suất (hoặc một tốc ựộ biến dạng), ựộ nhớt biểu kiến là hàm số giảm của thời gian chảy ựã tạo rạ
- Vật thể lấy lại trạng thái ban ựầu sau một thời gian ựể yên khá dàị
Nếu hai điều kiện này khơng được đầy ựủ, ựó là xúc biến một phần. Tắnh chất này là đặc tắnh của gen của những hạt rắn lỏng lẻo và nó chứa đựng một lượng lớn chất lỏng.
Tắnh xúc biến có thể được giải thắch bằng sự phá hoại liên kết giữa các hạt, liên kết do các lực tương tác giữa chúng, bởi tác dụng của ngoại lực, rồi bởi sự lập lại liên kết này khi các ngoại lực ựã ngừng tác dụng từ một thời gian nhất ựịnh.
để hiện tượng có thể xảy ra, ựầu tiên phải là những liên kết ban ựầu giữa các hạt không q mạnh và điều đó được thực hiện đối với các cấu trúc có nút lỏng lẻo hoặc những hạt dàị Sự tự khuấy của chuyển động BROWN cũng góp phần để giữ hệ thống ở trạng thái lỏng.
điều kiện thứ hai cần những hạt phải có kắch thước đủ nhỏ (nhỏ hơn 10-4cm) và cần pha lỏng phải có đủ số lượng.
Trong cấu trúc này, phải là các lực và nồng ựộ hạt không ựược quá lớn, ựể không ngăn cản sự tách ra hoặc sự tái tạo cấu trúc.
3.3. độ nhớt và độ chảy -Mơ hình Bingham
Hoạt ựộng cơ học của thể huyền phù và của gen có thể được mơ tả bằng biểu ựồ tốc ựộ biến dạng g - ứng suất τ theo cùng một kiểu như là hoạt ựộng cơ học của các
thể rắn được mơ tả bằng biểu ựồ ứng suất biến dạng.
Các sai lệch giữa biểu ựồ thực của biến dạng của vật liệu (ựường cong) và biểu ựồ ựường thẳng tương ứng với vật thể của Newton, chỉ ra sự tồn tại của các tắnh chất của cấu trúc gen. đại lượng liên kết các biến số g và τ theo như sau:
- Hệ số ựộ nhớt biểu kiến: η0 = tg α - Ngưỡng của ựộ dẻo: τ0
- Hệ số ựộ nhớt vi phân: η =
g
∂ ∂τ
Hoạt động của huyền phù có thể được mơ tả bởi một phương trình có dạng chung là:
Trong trường hợp của các chất lỏng ựặc biệt nhớt τ0 = 0. Hoạt ựộng của chất gen có thể được mơ tả tốt hơn bằng một phương trình có dạng như sau:
g = f(τ - τ0)
Nếu người ta giả ựịnh rằng quan hệ giữa g và τ là tuyến tắnh, lúc đó người ta ựạt ựược phương trình của vật thể BINGHAM:
g = η
1(τ - τ0) ; τ=τ0 +ηg
Mơ hình Bingham được biểu diễn theo hình 3.1. sau:
Hình 3.1. Biểu đồ đặc trương của chất lỏng Newtơn và chất lỏng Bingham N- Chất lỏng Newtơn; B- Vật thể Bingham
Nếu biểu diễn quan hệ τ và tốc độ biến dạng g thì biểu đồ cáo dạng sau:
Hình 3.2. Mơ hình Bingham
Cơ chế của sự chảy và ựộ nhớt của một chất lỏng thực ựược gắn với quá trình liên tục của sự hình thành và sự phá hoại của các nhóm phân tử. Năng lượng phân tán dưới dạng nhiệt trong quá trình này của sự phá hoại và tái tạo cấu trúc ựược biểu thị bằng hệ số nhớt.
Hoạt ựộng thực tế của gen bị ảnh hưởng bởi tỉ số giữa giá trị của ngưỡng ựộ dẻo
τ0 và hệ số ựộ nhớt η.
Từ quan điểm này, người ta có thể xếp gen thành hai nhóm chắnh: - Gen biểu thị một ngưỡng ựộ dẻo yếu và một hệ số ựộ nhớt caọ - Gen biểu thị một ngưỡng ựộ dẻo cao và một hệ số ựộ nhớt thấp.
N
Trong nhóm thứ nhất chúng tơi thấy thủy tinh nấu chảy, bitum, trong nhóm thứ hai có đất sét. Vậy vật liệu của nhóm đầu, để có biến dạng, cần các lực rất lớn, nhưng vì giá trị của ựộ dẻo nhỏ, nên các vật thể mất hình dạng của chúng.
Ngược lại, vật liệu thuộc nhóm hai được tạo dáng dễ dàng hơn vì độ nhớt của chúng nhỏ; trái lại, một khi đã được tạo dáng chúng có thể giữ được hình dạng trong thời gian vì giá trị cao của ngưỡng độ dẻọ
Hoạt ựộng khác nhau của hai nhóm này được giải thắch khơng những bằng sự khác nhau của độ nhớt, mà cịn vì các lực giữa các phân tử tồn tại trong vật liệu của nhóm đầu lớn hơn nhiều so với các lực tồn tại trong các vật liệu thuộc nhóm thứ haị
Các vật liệu thuộc nhóm thứ nhất được đặc trưng bằng pha phân tán và môi chất phân tán giống nhau về phương diện hoá học (vắ dụ như thuỷ tinh). Chắnh vì vậy người ta gọi chúng là ISOGEL. Các h ạt có các kắch thước của phân tử. Trong nhóm thứ hai pha phân tán khác nhau về mặt hố học với mơi chất phân tán (vắ dụ như đất sét trong nước) và người ta có dị gen (Heterogel). Lúc đó các hạt có kắch thước của keọ
3.4. Hoạt ựộng lưu biến của vật thể.
Tắnh lưu biến là khoa học về sự chảy và về sự biến dạng của vật chất, có xét đến thời gian tác động. Nó dùng để nghiên cứu tất cả các dạng hoạt ựộng cơ học rất khác nhau, trong đó tắnh năng hồn tồn đàn hồi được đặt ở một ựầu, của phổ ựến tắnh năng hồn tồn dẻo ở đầu khác, bỏ qua tất cả các dạng trung gian như là dạng nhớt ựàn hồi, nhớt dẻọ...
Một vật thể gọi là vật thể Newtơn nếu hệ số ựộ nhớt vi phân ựộc lập với vận tốc biến dạng và thời gian, ở nhiệt ựộ và áp suất ựã cho: τ = η.ε
Hệ số tỉ lệ η ựược gọi là độ nhớt động học. Nước, khơng khắ và huyền phù có nồng độ thấp có thể được coi như những chất lỏng Newtơn.
Một vật thể nhớt dẻo ựược gọi là vật thể Bingham nếu tốc ựộ biến dạng ε xuất
hiện dưới tác dụng của một ứng suất cắt τ tỉ lệ thuận với ứng suất này xuất phát từ một giá trị τ0 nào đó: τ - τ0 = ηỖ ε
Giá trị τ0 của ngưỡng ựộ dẻo ựược gọi là giới hạn chảy hoặc ngưỡng chảy và ηỖ ựược gọi là hệ số ựộ nhớt dẻo do giống với chất lỏng Niutơn.
Huyền phù rất ựặc, ựược sử dụng trong công nghệ nhiều hơn là những chất lỏng dẻo Newtơn.
Một vài loại huyền phù, thể hiện một hiện tượng ựược gọi là (DILATANCE) sự dãn nở.
Sự dãn nở (DILATANCE) là tắnh chất mà một vật thể có để tăng thể tắch dưới tác dụng của một trạng thái ứng suất cắt ựơn giản và ựồng thời ựặc lạị
Có thể giải thắch hiện tượng này là trong một huyền phù các hạt ựược sắp xếp để vị trắ của chúng tương ứng với ựộ rỗng nhỏ nhất. Lực bất kỳ tác dụng vào huyền phù ựều tạo ra sự biến dạng, sinh ra sự dịch chuyển của các phân tử và do đó sinh ra sự
tăng thể tắch các lỗ rỗng, là sự dãn nở. điều đó kéo theo sự khơ cục bộ của huyền phù, có tác dụng làm tăng sức kháng đối với sự chảy, chắnh đó là hiện tượng ựặc lạị
Một số nhà nghiên cứu ựã mô tả hiện tượng dãn nở này trong trường hợp bê tơng tươi được kèm theo sự trễ là dòng chảy kiểu Bingham.
4. Tắnh chất lưu biến của bê tơng tươi
Nghiên cứu tắnh lưu biến của bê tơng tươi là khó khăn, vì sự cấu tạo của bê tông tất nhiên là khơng đồng nhất, và do dải thành phần hạt rộng của bê tơng.
Sự khơng đồng nhất xuất phát từ sự có mặt của các thành phần rất khác nhau như là:
- Cốt liệu có sự đa dạng về hình dạng, trạng thái bề mặt và các đặc tắnh khống vật và hoá học.
- Chất dắnh kết ln ln khơng đồng nhất về thành phần, vì xi măng ln chứa ựựng các chất phụ gia để điều chỉnh sự đơng kết.
- Khơng khắ có thể ở dạng bọt khắ tách biệt có thể coi là một thành phần hạt, hoặc những cầu nối giữa các hạt.
- Phụ gia có nguồn gốc hữu cơ hoặc khống vật, có tỉ trọng, độ hồ tan hoặc các tắnh chất vật lý - hố học rất khác nhaụ Ngoài ra, chúng ta sẽ thấy xa hơn là mục đắch của các phụ gia được pha vào bê tơng là cải thiện rõ ràng một hoặc nhiều tắnh chất lưu biến hoặc cơ học của bê tông tươi hoặc bê tơng đã cứng rắn.
Thành phần hạt, chắnh xác hơn đó là dải cỡ hạt của một hỗn hợp bê tông.chưa quan trọng bằng sự khơng đồng nhất.
Kắch cỡ của các hạt được dải ra bằng từ 1 micro ựối với các hạt xi măng cho ựến nhiều cm ựối với cốt liệụ Chắnh trong dải thành phần hạt rộng như vậy mà phải tìm nguyên nhân của các tắnh chất lưu biến đặc biệt của bê tơng và là các ngun nhân của những khó khăn khi nghiên cứụ
Trong hỗn hợp: ựược ựổ ra khỏi máy trộn, có thể tìm tháy các tắnh chất lưu biến của hồ ựược tạo thành bởi các phần tử nhỏ và nước, nhưng chúng ta cũng thấy xuất hiện đặc tắnh thứ ba, đó là ma sát bên trong do ảnh hưởng của khối lượng, của các hạt lớn nhất ( có tỉ diện nhỏ).
Một khối lượng của các hạt có hệ số ma sát biểu kiến K = tgα mà CAQUOT ựã gắn với hệ số ma sát vật lý tgϕ của vật liệu trong công thức:
α π ϕ tg tg = 2 Số hạng π 2
ựược gọi là hệ số làm rốị Hệ số ma sát biểu kiến tăng lên theo kắch
thước trung bình của cốt liệụ
Thực nghiệm của HERMITE và TOURNON trên cốt liệu có kắch thước rất khác nhau ựã dẫn ựến quan hệ:
a = 13 b = 0,22
Sự tồn tại của hệ số ma sát trong bê tơng góp phần hình thành một bộ xương, nó có thể làm bê tơng kết ựặc lại, trao ựổi bất lợi cho ựộ lưu biến theo ựộ chảy hoặc ựộ dàn ra giảm.
Bê tơng chỉ có thể chảy nếu nó chịu ứng suất cắt đủ ựể thấy cùng một lúc ảnh hưởng của các bề mặt các hạt nhỏ và ảnh hưởng của khối các hạt lớn.
Bê tơng chảy, có một độ nhớt nào đó mà như vậy người ta lại thấy sự tương tự với các chất lỏng Bingham. Nếu năng lượng ựưa vào nhỏ, sự tồn tại của ngưỡng cắt át cả sự tồn tại của hệ số ựộ nhớt, mà giá trị của nó ln ln khá cao trong trường hợp bê tông thông thường.
Ngược lại, ựộ nhớt biểu kiến nhỏ hơn nhiều xuất hiện khi có độ nhớt dắnh kết ựược tạo ra bởi chấn ựộng bằng năng lượng.
Cuối cùng ghi nhận rằng các hạt nhỏ nhất là yếu tố độ dắnh kết có thể, do hình dạng của chúng, đóng vai trị một chất bơi trơn và ảnh hưởng đến hệ số độ nhớt của tổng thể. Tóm lại, có thể hiểu hoạt động của bê tơng qua nghiên cứu ba hiện tượng sau đây:
- Sự dắnh kết - độ nhớt - Ma sát
Ba hiện tượng này ln ln khó tách biệt trong khi ựọ
Dáng của biến thiên ngưỡng cắt của bê tông theo hàm lượng nước. Người ta lại thấy hình dạng chung của các ựường cong ựạt ựược, mỗi lần người ta biến ựổi tỉ lệ chất lỏng và chất rắn của một hỗn hợp.
Hình dạng rất nhọn chỉ ra rằng biến thiên xảy ra nhanh và rằng các liều lượng phải ựược thực hiện một cách cẩn thận.
để khẳng ựịnh những ý tưởng, có thể tham khảo trong bảng 3.1 một vài ựại lượng của ngưỡng cắt.
Sau ựầm chặt mạnh, bê tơng có thể có một ngưỡng cắt khoảng từ 100.000 ựến 150.000dyn/cm2, điều đó có thể cho phép trong một vài trường hợp tháo ván khuôn trước khi đơng kết.
Bảng 3.1
Dạng Ngưỡng cắt dyn/cm2 Tác dụng
rất lỏng < 10.000 Bê tơng bơm được
lỏng 15.000 ựến 20.000 Bê tông cốt thép không
cần ựầm mạnh
dẻo 20.000 - 40.000 Bê tơng cốt thép đầm vừa
khô > 40.000 đầm mạnh bê tông
5. Tắnh dễ đổ (cơng tác) của bê tông
5.1 định nghĩa tắnh dễ đổ
Tắnh dễ đổ thực tế sinh ra từ việc tổng hợp hai yếu tố sau ựây:
- Yếu tố động học: đó là độ chảy hoặc khả năng biến dạng dưới tác dụng của một phương tiện ựầm ựã cho: làm đầy khn dễ dàng và nhanh.
- Yếu tố tĩnh học: sự ổn ựịnh hoặc khả năng giữ ựược sự ựồng nhất, tức là khơng có sự phân tầng và lắng đọng. Trong trường hợp tháo khn trước đơng kết, người ta cịn mong muốn giữ được hình dạng.
Vì hai yếu tố đó, độ chảy và sự ổn định ln ln biến thiên theo chiều hướng ngược nhau, việc mong muốn ựạt được tắnh dễ đổ tốt hơn dẫn tới tìm ra ựược một sự thoả hiệp, bằng cách xem xét tắnh đến các phương tiện thi cơng (vắ dụ chấn động mạnh hoặc yếu).
Cũng phải tắnh đến tắnh chất của cơng việc đổ bê tơng, các yêu cầu khác nhau ựối với bê tơng cốt thép, bê tơng đường và bê tơng đúc sẵn hoặc bê tơng bơm.
Tắnh dễ đổ tối ưu là phương tiện tốt hơn ựể thực hiện ựược ựộ ựặc chắc cao, yếu tố dẫn ựến cường ựộ ựảm bảọ
Tuy nhiên không chắc chắn là tối ưu của lưu biến luôn luôn tương ứng với các phầm chất tốt hơn của bê tơng đã cứng; Vì vậy ở đây cịn có một sự thoả hiệp có thể là cần thiết phối hợp để chế tạo được một loại bê tơng có tắnh dễ đổ hợp lý và đạt được cường ựộ yêu cầụ
Sự nghiên cứu lưu biến của bê tơng tươi, một mặt đã cho phép xác định tắnh dễ ựổ và các yếu tố mà nó phụ thuộc và mặt khác nó cho phép đánh giá và tìm kiếm được các biện pháp để cải thiện tắnh dễ ựổ.
để ựạt ựược bê tơng có độ đầm nén tốt với một cơng đầm nén nhất định, thường thì phải địi hỏi tỷ lệ nước/xi măng cao hơn tắnh tốn theo lý thuyết. điều đó nói lên