Совершенствование методики определения предельного напряжения сдвига суспензии по ее растекаемости

Размещено на http://www.allbest.ru/

Совершенствование методики определения предельного напряжения сдвига суспензии по ее растекаемости

Коровкин Марк Олимпиевич

Ерошкина Надежда Александровна

Замчалин Михаил Николаевич

Аннотация

Рассмотрены методологические погрешности определения предельного напряжения сдвига с помощью цилиндрического вискозиметра типа Суттарда. Показано, что эти погрешности могут быть значительно снижены за счет учета динамики растекания суспензии.

Ключевые слова: диаметр и высота вискозиметра, диаметр расплыва, предельное напряжение сдвига, цементная суспензия

погрешность вискозиметр растекаемость суспензия

Определение реотехнологических характеристик с помощью цилиндрического вискозиметра (типа вискозиметра Суттарда) получило распространение в технологии строительных материалов, изготавливаемых литьем. Методики, основанные на этом приборе, применяются для определения нормальной густоты гипсового теста, способности к растеканию смесей для наливных полов и др. Благодаря простоте метода он используется для определения технических характеристик других материалов, например шликеров для эмалирования [1], литьевой керамики, а также консистенции полуфабрикатов и готовой продукции в пищевой промышленности. Однако эти методики основаны на определении условной текучести суспензий и паст, результаты измерения которых, не сопоставимы с результатами, полученными методами классической реометрии.

Разработка методологии определения одной из важнейших реологических характеристик суспензий и паст предельного напряжения сдвига ф_о позволит применять эту характеристику простым и доступным методом.

В работе [2] была предложена формула для расчета напряжения сдвига ф_о

,(1)

где d -диаметр вискозиметра, м;

h -высота вискозиметра, м;

-плотность суспензии, кг/м³;

g -ускорение свободного падения, м/с²;

k -коэффициент, принимается равным 2;

D -диаметр расплыва суспензии.

Экспериментальная проверка методики показала [3-6], что значительную погрешность в формуле может давать два фактора.

1. На внутренних стенках цилиндра может оставаться значительное количество суспензии, что снижает его «фактический» диаметр d_Д. Роль этого фактора возрастает при снижении текучести суспензии и уменьшении размеров цилиндра.

Определять толщину оставшейся на стенках суспензии ее прямым измерением с достаточной точностью трудоемко, что снижает основную ценность методики - ее простоту. Оценить толщину слоя суспензии, оставшейся на стенках цилиндра можно расчетным путем по массе материала.

Расчет «фактического» диаметра цилиндра d_Д ориентировочно можно произвести по формуле

,(2)

где m -масса суспензии, оставшейся на стенках цилиндра, кг;

-плотность суспензии, кг/м³;

d -диаметр вискозиметра, м;

h -высота вискозиметра, м;

2. Скорость подъема цилиндра влияет на диаметр расплыва суспензии и также может давать существенную погрешность [4, 6]. При более высоких скоростях подъема получается более высокий расплыв, что занижает расчетные значения предельного напряжения сдвига.

Значение скорости подъема вискозиметра возрастает при увеличении размеров цилиндра. Если необходимо рассчитать ф_о , то скорость подъема должна быть минимальной (в идеале - стремиться к нулю), если проводится просто сравнительный эксперимент, то скорость подъема в каждом опыте должна быть постоянной.

Была разработана лабораторная установка для оценки растекаемости суспензии из цилиндрического вискозиметра на горизонтальной поверхности, позволяющая исключить влияние случайных факторов, которая могла поднимать вискозиметр с 12 различными скоростями V_ц. Подъем вискозиметра осуществляется с помощью нити, которая наматывается на один из трех шкивов различного диаметра. Вращение шкивов производится с помощью электродвигателя через четырехскоростной редуктор. Общий вид установки представлен на рис. 1.

Рисунок 1 -Экспериментальная установка для исследования влияния скорости подъема вискозиметра на расчетное предельное напряжение сдвига: 1 - электродвигатель; 2 - четырехскоростной редуктор; 3 - вал с тремя шкивами различного диаметра; 4 - неподвижный блок; 5 - захват для вискозиметра; 6 - цилиндрический вискозиметр

Экспериментальное определение предельного напряжения сдвига суспензии ф_о было произведено методом выдергивания пластины из суспензии и по диаметру суспензии при четырех скоростях подъема цилиндрического вискозиметра V_ц. Значения ф_о, вычисленные по формуле (1), были во всех случаях ниже результата, полученного методом выдергивания пластины. При более высоких скоростях движения вискозиметра погрешность возрастала.

Анализ зависимостей ф_о от lgV_ц показал, что они имеют линейный характер [6]. При экстраполяции этих зависимостей до нулевых значений скорости наблюдается совпадение значений ф_о при нулевой скорости со значениями, полученными ф_о методом выдергивания пластины. С учетом полученных результатов можно рекомендовать определять расплывы суспензии при различных скоростях, а затем рассчитывать ф_о по формуле

,(3)

где ф_о -значение предельного напряжение сдвига, рассчитанное с учетом динамики истечения суспензии, Па;

-среднее значение предельного напряжение сдвига, рассчитанное по формуле (2), по расплывам суспензии при различных скоростях подъема вискозиметра, Па;

-среднее значение логарифмов скоростей подъема вискозиметра, м/с;

k -коэффициент, определяемый по формуле

,

где -значение логарифмов скоростей подъема вискозиметра в i-ом опыте, м/с;

-значение предельного напряжения сдвига, рассчитанное по формуле (2), по расплывам суспензии при различных скоростях подъема вискозиметра в i-ом опыте, Па;

На основании проведенных экспериментов и многолетнего опыта исследования реологических свойств с помощью цилиндрического вискозиметра [2-6] были сделаны следующие выводы.

1. При определении предельного напряжения сдвига суспензии по ее растекаемости необходимо учитывать динамику истечения суспензии по изложенной выше методике.

2. Показатель предельного напряжения сдвига более пригоден для оценки не пластифицирующего, а водоредуцирующего эффекта в цементных суспензиях и пастах, то есть оценивается изменение водопотребности равноподвижных смесей. Концентрация суспензии должна обеспечивать ее однородную консистенцию. Из смеси не должна выделяться вода.

3. Соотношение высоты и диаметра вискозиметра можно рекомендовать 1:1, что расширяет возможности применения формулы (1) с поправкой (3) для более вязких суспензий с повышенной ф_о.

Библиографический список

1. Петцольд А., Пёшманн Г. Эмаль и эмалирование. М.: Мир, 1990, - 356 с.

2. Калашников В.И., Коровкин М.О., Тетенькин А.Г. Методология оценки эффективности пластификаторов в воднодисперсных системах.// Структурообразование и прочность композиционных строительных материалов: Материалы Международной научно-технической конференции. Одесса: ОГАСА, 1994. -С. 21-22.

3. Калашников В.И., Коровкин М. О., Гах А.Н. Уточнение методики определения предельного напряжения сдвига суспензии по ее гравитационной растекаемости // Вопросы планировки и застройки городов: материалы IV Международной конференции. - Пенза: ПГАСА. 1997. - С.194-195.

4. Калашников, В. И., Влияние динамики истечения суспензии на оценку предела текучести // В. И.Калашников, М.О. Коровкин, Н.И. Журавлева, В.Я. Марусенцев / Вопросы планировки и застройки городов: материалы VI Международной конфренции. - Пенза: ПГАСА. 1999.- C. 165-166

5. Калашников, В.И Методика определения реологических свойств структурированных суспензий / В.И. Калашников, М.О. Коровкин, Р.А. Хвастунов, В.М. Тростянский // Материалы XXX научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава научных работников, аспирантов российских ВУЗов. - Пенза: ПГАСА. 1999.- C. 54.

6. Коровкин М.О. Эффективность суперпластификаторов и методология ее оценки: монография / М.О. Коровкин, В.И. Калашников, Н.А. Ерошкина; М-во образования и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования “Пензенский гос. ун-т архитектуры и стр-ва”. Пенза, 2012. 144 с.

Размещено на Allbest.ru