Viskozite

Viskozite Nedir? Akışkanların akış davranışları nelerdir?

Viskozite bir sıvının akış sırasında moleküllerinin birbirini çekişinden dolayı oluşan içsel sürtünme özelliğidir. Bütün malzemeler akışa, viskozite denilen yani akışa karşı gösterilen direncle karşı koyarlar. Buna göre iki malzemeden viskozitesi yüksek olanın akış ile yaptığı deformasyon daha düşüktür. Diğer bir reolojik parametre ise eşik kayma gerilmesidir. Eşik kayma gerilmesi akışın başlaması için ihtiyaç duyulan minimum gerilme değeridir.

Bir akışkanın kendi bünyesindeki içsel sürtünme olayına viskozite adı verilmektedir. Akışkan durumdaki bir malzemenin tabakaları arasındaki göreceli hareketler sürtünme olayını meydana getirmektedir. Sürtünme kuvvetlerinin artmasıyla birlikte, akışkanın hareketini sağlayacak olan kayma kuvveti de artacaktır. Betonlarda içsel sürtünme artışını sağlayan olay, tane boyutu azaldıkça taneler arasındaki etkileşimin artmasıdır. Uygun bir mineral katkı kullanılmadığında, beton karışımının akışkanlığı viskozite değiştirici katkılarla sağlanmaktadır. Bu katkılar, suda çözünebilen polimerlerdir. Esas olarak, betonda kullanılan karışım suyunun viskozitesini artırırlar. Geleneksel betonda su ile akışkanlık sağlanmaya çalışılırken viskozite azalmakta ve kayma eşiği düşmektedir. İçsel sürtünme düştüğünde ise ayrışma gözlemlenmektedir.

Yüksek akma direnci ve düşük akma direncine su ve şurup örneği
Yüksek akma direnci ve düşük akma direncine su ve şurup örneği

Viskozite ve Akışkanların akış özelliği

Newtonian Davranış: viskozite sıcaklık veya basınç etkisi ile değişse bile zamanla veya kayma hızıyla değişmez ve sabit kalır. Newton yasasına uyan cisimler Newtonian davranış gösterirler. Bu davranışa göre şekil değiştirme hızı ile kayma gerilmesi arasında doğrusal bir ilişki vardır ve akışkanın içsel sürtünmesi sabittir.

Zamandan bağımsız Newtonian olmayan davranış: Newtonian davranış göstermeyen akışkanlarda viskozite sabit olmayıp kayma hızına bağlıdır ve bu davranışta, görünür viskozite olarak adlandırılır. Bu davranış biçiminde ise kayma hızına bağlı ancak zamandan bağımsızdır. Bu tür akışkanlar akış davranışı olarak da kendi içinde kayma incelmesi, kayma sertleşmesi olarak ikiye ayrılır.

Kayma İncelmesi Davranışı: Enjeksiyon yönteminde kullanılan kireç ve çimento esaslı enjeksiyon malzemelerinin de gösterdiği bu reolojik davranışta kayma hızı artarken viskozite azalır. Bunun nedeni ise kayma hızı arttıkça malzemedeki topaklanmaların azalmasıdır.

Kayma Sertleşmesi Davranışı: Kayma incelmesinin tam tersi olan bu davranışta kayma hızı arttıkça viskozite de artar.

Zamana bağlı Newtonian olmayan davranış: Bu davranışı gösteren cisimlerde viskozite hem kayma hızına hem de cismin kayma gerilmesine maruz kaldığı süreye bağlı olarak değişir. Bu davranış tiksotropik, reopektik ve anti-tiksotropik davranış olarak üç grupta incelenebilir.

Tiksotropi davranışında viskozite kayma hızından ziyade kaymanın uygulandığı zamana bağlı olarak değişir. Bu özelliğe sahip malzemeler kayma incelmesi ve zamana bağlı davranış gösterirler. Çimento ve kireç esaslı enjeksiyon malzemeleri de genellikle tiksotropik davranış gösterirler. Bu davranışı gösteren bir malzeme kayma gerilmesine maruz kaldığında taneler arasındaki zayıf bağlar kopar ve yığın halindeki tanecikler daha küçük liflere ayrılır. Bu olay yapısal kırılma olarak adlandırılmıştır. Ancak malzemeye kayma gerilmesi uygulanmaz ve dinlenmeye bırakılırsa tekrar parçacıklar kümelenmeye başlar; bu olay yapısal inşa olarak isimlendirilmiştir.

Anti-tiksotropik malzemeler ise dinlenme halinde yapısal yıkılmaya, kayma halinde ise yapısal inşa durumuna geçerler. Bu da kaymaya maruz kalınan süre arttıkça viskozitenin artacağı anlamına gelmektedir.

Reopektik malzeme davranış tiksotropik davranışa benzerlik göstermekte olup yüksek kayma hızlarında yapısal yıkılmaya uğrar. Tiksotropik davranıştan farkı ise düşük kayma hızında yapısal inşa olayının daha hızlı olmasıdır. Bu davranış yaygın görülen bir davranış değildir.