Тиксотропность (горных пород). Тиксотропные смеси Определение тиксотропности

Тиксотропия (тиксотропность ) (от греч. θίξις - прикосновение и τροπή - изменение) - способность субстанции уменьшать вязкость (разжижаться) от механического воздействия и увеличивать вязкость (сгущаться) в состоянии покоя.

Тиксотропные жидкости

Тиксотропию не следует путать с псевдопластичностью . У псевдопластичных жидкостей вязкость уменьшается при увеличении напряжения сдвига , в то время как у тиксотропных жидкостей вязкость уменьшается с течением времени при постоянном напряжении сдвига .

Тиксотропные жидкости - это жидкости, в которых при постоянной скорости деформации напряжение сдвига уменьшается во времени.

Вязкость некоторых жидкостей при постоянных окружающих условиях и скорости сдвига изменяется со временем. Если вязкость жидкости со временем уменьшается, то жидкость называют тиксотропной, если увеличивается - реопексной .

Оба поведения могут встречаться как вместе с вышеописанными типами течения жидкостей, так и только при определённых скоростях сдвига. Временной интервал может сильно варьироваться для разных веществ: некоторые материалы достигают постоянного значения за считанные секунды, другие - за несколько дней. Реопексные материалы встречаются довольно редко, в отличие от тиксотропных, к которым относятся смазки, вязкие печатные чернила, краски.

(от греч. thixis — прикосновение и trope — поворот, изменение * а. thixotropy of rocks; н. Thixotropie der Gesteine; ф. thixotropie des roches; и. capacidad tixotropica de rocas, tixtropia de rocas) — физико-химическое явление, протекающее в некоторых коллоидных дисперсных системах, например в связных горных породах, и заключающееся в их самопроизвольном разжижении под влиянием механического воздействия (встряхивания, размешивания, вибрации, воздействия ультразвуком и т.д.) и последующем восстановлении структуры при устранении этих воздействий. Тиксотропность объясняется обратимым разупрочнением структурных связей между минеральными частицами связной породы. При определённом механическом воздействии происходит переход связанной и иммобилизованной воды в свободную, что приводит к снижению прочности структурных связей и разжижению породы. Прекращение воздействия приводит к обратному переходу воды из свободного в связанное состояние и упрочнению породы (тиксотропное упрочнение).

Показателем, характеризующим склонность горных пород к тиксотропному разупрочнению, является зыбкость. Её принято измерять средним радиусом основания цилиндрического образца (мм) после его вибрации при частоте колебаний 67 Гц и амплитуде 1 мм. Начальный радиус образца равен 8 мм, а высота цилиндра 20 мм. Величина показателя зыбкости изменяется от 8-9 для нетиксотропных пород до 15 и более для высокотиксотропных пород. Более общий показатель — предел структурной прочности при динамическом воздействии, определяемый как предельное знакопеременное ускорение, при котором прочность породы не снижается. Он измеряется в м/с 2 . Тиксотропное упрочнение характеризуется временем восстановления (с), в течение которого при восстановлении достигается максимальная прочность породы.

Тиксотропность определяется качественным и количественным составом их дисперсной фазы, формой частиц и их гидрофильностью, составом и концентрацией поровой влаги и др. Основное влияние оказывает гранулометрический состав породы. Тиксотропные явления характерны для пород с содержанием глинистых частиц не менее 1,5-2%.

Тиксотропность широко распространена в природе и оказывает как отрицательное, так и положительное влияние на технологические процессы при разработке влажных связных пород. Например, при транспортировке таких пород тиксотропное разжижение вызывает интенсивное их прилипание к рабочим поверхностям транспортного оборудования, снижая его производительность в 1,5 раза. С другой стороны, тиксотропность используют при ведении буровых работ , забивке свай. Тиксотропность — причина оползневых явлений.

А вы знаете, что такое тиксотропные краски? Вполне возможно, вы уже работали с ними, но так и не разобрались с основным преимущественным свойством. Тиксотропные краски — это настоящая находка для тех, кто любит чистый ремонт и безупречный результат. Почему? Рассказываем все о преимуществах тиксотропных красок.

Что такое тиксотропная краска?

Это лакокрасочный материал, у которого в разных состояниях меняется степени вязкости. В исходном состоянии краска густая, но когда ее начинают активно перемешивать, становится жидкой и удобной для нанесения. Пока вы наносите материал на стену, он сохраняет растекаемость, но как только убираете валик или кисть, краска мгновенно «хватается» к поверхности и застывает.

Тиксотропность – это ключевое свойство, которое меняет степень густоты. Материалы с такой особенностью можно распознать визуально в открытой банке. В исходном состоянии напоминают жирную сметану, тогда как обычные акриловые краски по плотности больше похожи на йогурт.

Для чего нужна тиксотропность?

Тиксотропные краски выгодны по нескольким причинам:

• густую краску легче наносить, она не стекает;
• при нанесении не остается следов от кисти или валика;
• краска не разбрызгивается, не капает, не пачкаются руки и пол — чистый ремонт гарантирован;
• материал не тратится из-за случайных разбрызгиваний;
• высыхая, краска не образует потеков и наплывов, получается ровный гладкий слой.

Где можно применять акриловые тиксотропные краски? В любых окрасочных работах, особенно на вертикальных поверхностях. Идеальны для окрашивания потолков, удобны для стен.

Важно! Как правило, тиксотропные краски не нужно разбавлять. При добавлении воды выше чем на 10%, материал потеряет свойства и станет абсолютно непригоден к использованию. Разводить краску до 20% можно только в том случае, если вы будете наносить ее пульверизатором или использовать материал для грунтования поверхности. В большинстве случаев достаточно просто перемешивать краску перед нанесением .

Как найти тиксотропную краску?

На некоторых материалах, как на , о тиксотропнности указано на этикетке. Также на нее указывает свойство «не разбрызгивается». Но по большому счету, это преимущество присуще всем материалам TRIORA. Так что, отдав предпочтение нашей торговой марке, вы не ошибетесь и получите желаемый тиксотропный материал.

Решив заколеровать , обязательно обращайтесь в наши специализированные колорстудии. Только тонирование с помощью специальной техники поможет добиться желаемого цвета и избежать лишнего материала в составе краски.

Подробности о красках с тиксотропными свойствами помогут узнать информационные ролики:

Подобрав для ремонта материал с максимальным количеством практических свойств, вы обеспечите легкую работу и красивый итоговый результат. Тиксотропные краски — однозначно удачный выбор для ремонта.

Тиксотропия – понятие, может быть, не широко известное, но встречающееся повсеместно. Лакокрасочные материалы, печатные чернила, пластичная смазка для подшипников, многие пищевые продукты – все эти вещества обладают определёнными вязкостными свойствами, которые изменяются со временем. Варианта может быть два: либо вещество начинает течь, то есть вязкость уменьшается, либо застывать – вязкость увеличивается. Первое явление называется тиксотропией, второе – реопексией. Тиксотропия характерна для полимерных и дисперсных систем при механическом воздействии в изотермических условиях. Научно говоря, это способность вещества восстанавливать свой предел текучести после прекращения воздействия (встряхивания, размешивания, вибрации и т.д.). Явление тиксотропии объясняется возможностью обратимых изменений внутри структуры материала, например, при разрушении надмолекулярной структуры в полимерах или коагуляции коллоидных частиц внутри дисперсной системы.

Чем определяются тиксотропные свойства

Тиксотропные свойства определяются качественным и количественным составом дисперсной фазы вещества (в пластичной смазке - загустителя) и характеризуются значениями трёх параметров: наибольшей эффективной вязкости, наименьшей эффективной вязкости и предельного напряжения сдвига.

Тиксотропия коллоидных систем имеет большое значение и широко применяется в промышленности, на производстве и в быту. Так тиксотропными свойствами в большей или меньшей степени должны обладать консистентные смазки, краска, промывные растворы для бурения скважин, многие пищевые продукты.

Тиксотропию не надо путать с понятием псевдопластичности. Псевдопластичные вещества теряют свою вязкость при временном напряжении сдвига, тиксотропные - испытывают воздействие постоянно и теряют вязкостные свойства с течением времени.

Пластичная смазка для подшипников и её тиксотропные свойства

Пластичная смазка для подшипников является одним из примеров дисперсной системы, характеризующейся высокими тиксотропными свойствами, которые вместе с параметрами вязкости и предела прочности на сдвиг определяют реологические свойства консистентных смазок. Реология – наука о течении, изучает способность жидких и пластичных материалов течь и деформироваться. То, что пластичные смазки могут менять свою структуру обратимо, является определяющим для их использования в вертикальных и наклонных узлах трения без потерь. Ведь если подшипник смазывается жидким маслом, нужно постоянно контролировать его количество: оно может вытекать, испаряться и требует частого нанесения. Пластичная смазка заполняет полость подшипника, герметизирует узел и препятствует проникновению в подшипник абразивных частиц, которые могут привести к заеданию механизма. Тиксотропные свойства обеспечивают стабильную защитную плёнку между рабочими поверхностями, которая смягчает удары от вибрации и уменьшает последствия износа от трения скольжения.

Пластичная смазка для подшипников используется более чем в 90% подшипников качения. При набивке смазки в полости детали, работающей на высоких оборотах, нужно соблюдать необходимые пропорции. Подшипники с частотой вращения до 1500 об/мин заполняются на 2/3, свыше 1500 об/мин – на 1/3 свободного объёма. Если видны излишки смазки, их надо удалить.

Тиксотропные превращения относятся к физико-химическим явлениям, связанным с механическими воздействиями на грунты. В результате таких воздействий - встряхивания, перемятая, вибрации и т. п. - возникают два следующих друг за другом процесса - разупрочнение и упрочнение. Процессы разупрочнения являются следствием механических воздействий, протекают весьма быстро. По прекращении внешнего воздействия немедленно начинается обратный процесс - упрочнение грунта. Упрочнение - процесс более медленный и протекает с неодинаковой скоростью. В первое время это восстановление идет сравнительно быстро, а затем замедляется. Для учета явлений тиксотропии при проектировании земляного полотна необходимо знать, при каких грунтах, их состояниях и характерах механических воздействий тиксотропное разупрочнение становится особенно опасным, а также является ли процесс упрочнения полностью обратимым, т. е. идет ли он до конца, а если и идет, то через какое время можно рассчитывать на полное восстановление первоначальных свойств грунтов. К сожалению на современной стадии исследований еще нельзя исчерпывающе ответить на поставленные вопросы, тем не менее имеющийся материал позволяет дать некоторые рекомендации.
Г. Фрейндлихом было установлено, что тиксотропия проявляется в грунтах, у которых содержание глинистых частиц превышает 2%. Высказывается мнение, что потенциально тиксотропными являются все глинистые грунты, но для конкретного проявления тиксотропии необходимы определенные условия и, в первую очередь, достаточно интенсивные внешние воздействия. Очевидно, что в расчет должна приниматься не только склонность грунтов к тиксотропным превращениям, но и размер этих превращений. При этом не должны допускаться такие превращения, при которых снижение прочности и сопротивляемости деформированию становится уже опасным.
Исследования позволяют полагать, что склонность грунтов к тиксотропии определяется его природой, состоянием, а также интенсивностью и характером внешних воздействий. Под природой грунтов, в первую очередь, понимается их гранулометрический состав и минералогический состав глинистой фракции.
Большинство исследователей полагает, что склонность грунтов к тиксотропии зависит от содержания в них глинистых частиц. При этом чем большее количество этих частиц грунт содержит, тем меньше его склонность к тиксотропному понижению прочности. А. И. Лагойский это объясняет тем, что при малом содержании глинистых частиц имеется относительно небольшое число связей между грунтовыми частицами и агрегатами. При большом же количестве глинистых частиц образуется жесткий каркас, который уже труднее поддается разрушению, хотя потенциальные возможности для этого и возрастают.

Для определения не только качественной, но и количественной стороны влияния содержания в грунтах глинистых частиц на тиксотропные превращения были поставлены опыты. Исследовалось тиксотропное разупрочнение при одиночном ударном сотрясении грунта и при вибрационных нагрузках (рис. 17). Тиксотропное разупрочнение при одиночном ударе оценивалось по изменению скорости прохождения ультразвуковой волны. При этом был принят следующий показатель:

где v1 и v2 - скорости прохождения ультразвуковой волны, измеренные соответственно до и после удара.
При вибрационном воздействии для этой цели был принят показатель

где Е01 и E02 - модули деформации грунта, измеренные до вибрации и во время вибрационного воздействия.
Из рис. 17 можно заключить, что наибольшим тиксотропным превращениям подвержены супесчаные грунты с содержанием глинистых частиц 3-7%, а также пылеватые грунты. При вибрационных воздействиях сопротивляемость грунта внешним нагрузкам может быть утрачена на 60 и даже 90%. Таким образом, при неблагоприятных условиях может произойти практически полная потеря сопротивляемости этих грунтов внешним нагрузкам. Приведенные данные относятся к грунтам, влажности которых превосходят оптимальные значения (W=1,2/1,3W0).
С повышением содержания в грунтах глинистых частиц их склонность к тиксотропным превращениям, в общем, уменьшается. Однако при некотором количестве глинистых частиц интенсивность тиксотропных превращений снова возрастает. В данном случае это относится к глинистому грунту, содержащему 26% глинистых частиц; подобное явление наблюдалось в опытах, проведенных Г. И. Жинкиным и Л. П. Зарубиной, где таким грунтом оказался тяжелый суглинок с содержанием глинистых частиц 20%.
Из рис. 17 видно, что вибрационные воздействия более опасны, чем одиночные удары. При ударах с увеличением содержания в грунтах глинистых частиц тиксотропное разупрочнение монотонно убывает и потому для суглинков и особенно тяжелых оно практически уже не является опасным. Вибрационные воздействия могут быть опасными и для тяжелых грунтов.
По-видимому, минералогический состав глинистой фракции грунтов не оказывает решающего влияния на степень тиксотропного разупрочнения грунтов. Некоторые исследователи считают, что у монтмориллонита способность к тиксотропным превращениям выражена сильнее, чем у каолинита и гидрослюд. Имеется также мнение, согласно которому наибольшие тиксотропные превращения соответствуют каолинитовым грунтам, а наименьшие - монтмориллонитовым. Гидрослюда занимает промежуточное положение.
На тиксотропные превращения оказывают влияние плотность грунтов. Опыты позволили заключить, что наибольшим тиксотропным превращениям подвержены грунты, плотность которых находится в диапазоне (0,85-0,93)δmax. У более рыхлых и более плотных грунтов склонность к тиксотропным превращениям заметно уменьшается. Большое влияние на тиксотропные превращения оказывает влажность грунта (рис. 18). При влажности менее оптимальной и равной ей тиксотропные превращения наблюдаются только у супесей. С повышением влажности сверх ее оптимального значения интенсивность тиксотропных превращений заметно и непрерывно возрастает.

При вибрационных нагрузках большое значение имеет частота колебаний. Изменяя постепенно частоту колебаний от нуля до нескольких сот герц и сохраняя неизменной интенсивность встряхивания грунта, которая в общем характеризуется амплитудными значениями ускорений его частиц, можно выделить два значения частот колебаний, при которых наблюдаются аномальные явления.
При размещении возбудителя колебаний с массой 2 т на насыпи при какой-то определенной для данных условий частоте колебаний, которая обычно находится в пределах 12-28 Гц, амплитуда колебаний возбудителя увеличивается и, кроме того, наблюдаются заметные сотрясения всего грунта с передачей этих сотрясений на значительные расстояния. Таким образом, при этих частотах наблюдается явление, сходное с тем, которое возникает при резонансных колебаниях упругих систем. Ввиду того, что грунт представляет собой систему с большим сопротивлением, где колебания затухают весьма быстро, то это явление, в отличие от резонансных упругих систем, можно назвать квазирезонансным. Интересно отметить, что при квазирезонансных частотах больших изменений в состоянии и свойствах грунта не происходит. Практически не происходят также и тиксотропные изменения грунтов. При таких колебаниях грунт представляет собой систему с относительно небольшим затуханием колебаний, вследствие чего они передаются на дальние расстояния.
Вторая характерная для данного вида и состояния грунта частота обусловливает локализацию колебательных движений в сравнительно небольшой зоне, но зато объем грунта, расположенный в этой зоне, претерпевает интенсивные тиксотропные превращения, которые сопровождаются обильным влаговыделением и, по существу, спонтанным уплотнением грунта, происходящим при весьма небольшой нагрузке, измеряемой в десятых, а иногда и в. сотых долях кгс/см2. Это явление, так же как и предыдущее, наблюдается лишь при грунтах, плотность которых находится в диапазоне (0,85-0,93) δmax.
Интенсивные тиксотропные превращения наблюдаются не при какой-то определенной частоте колебаний, а в широком интервале частот. Этот интервал оказался равным 175-300 Гц. Он относится к влажности грунта (1,0-1,3)W0. He было обнаружено-также явной зависимости этого интервала от гранулометрического состава грунтов. Возможно, что он находится в зависимости от нагрузки.
Наиболее опасны для устойчивости земляного полотна частоты, при которых происходят интенсивные тиксотропные превращения грунтов. Однако эти частоты велики и возникают весьма редко. Очевидно, их целесообразно создавать при уплотнении грунтов, что приведет к получению требуемой плотности при наименьших затратах механической работы.
В период эксплуатации дорог частота приложения внешней нагрузки, близкой к квазирезонансной, может возникнуть лишь только случайно, поэтому в большинстве случаев приходится иметь дело с нагрузками, при которых возникают частоты колебаний, по своей численной величине меньше квазирезонансных, либо несколько превышающие их.
Воздействие на грунты земляного полотна динамических нагрузок, вызывающих колебательные движения грунта, не исследовалось. По этому вопросу имеются некоторые данные, относящиеся к железным дорогам. Если земляное полотно возведено из увлажненных глинистых грунтов, при проходе груженого поезда с общей массой 4500-4800 т возникающие вибрации могут снизить модули сдвига грунтов на 45-48%. При проходе с той же скоростью (70 км/ч) порожнего поезда модуль уменьшается уже на 15-20%, а при пассажирском, т. е. более легком составе - на 8-16%. Таким образом, имеется зависимость тиксотропных превращений грунтов от интенсивности воздействия, которая в данном случае определяется массой движущегося поезда. По-видимому, такое же явление происходит и на автомобильных дорогах при движении автомобилей. Очевидно, что возникновению вибраций в грунтах способствуют колебательные движения подрессоренных масс и общей массы автомобиля в результате упругости рессор и шин. Возникновению таких колебаний способствуют неровности дорожного покрытия.
Большой практический интерес представляет восстановление первоначального состояния грунта, т. е. процесс тиксотропного упрочнения. Оказалось, что после прохода поезда этот процесс идет до конца, т. е. начальные свойства грунта полностью восстанавливаются. Восстановление происходит вначале быстро, а затем замедленно. Первоначальное значение модуля сдвига восстанавливается за 60-70 мин. Если периодичность движения поездов будет меньше этого времени, то возможно появление остаточных деформаций.
На магистральных автомобильных дорогах происходит интенсивное движение автомобилей, поэтому тиксотропные изменения грунтов приводят к остаточным деформациям грунта, а следовательно, и к деформациям дорожных покрытий. При движении автомобилей тиксотропные превращения грунтов наблюдаются всегда. Однако важно, чтобы они не вышли за допустимые пределы. Практически они уже не оказывают влияния на устойчивость грунтов в случаях, когда грунты уплотнены до плотности, превышающей 0,93δmах, и когда влажность их не выше оптимального значения. Следовательно, тщательное уплотнение грунтов и недопущение в них влаги является весьма эффективным средством снижения тиксотропных разупрочнений. Когда хотя бы одно из этих условий не соблюдается, во избежание разрушений дорожных покрытий, связанных с интенсивным увлажнением грунтов, приходится ограничивать или же полностью закрывать движение автомобилей.