Способ определения степени уплотнения крупнозернистых фракций мелкозернистыми

Изобретение относится к испытанию свойств материалов и может быть использовано в процессе проектирования составов искусственных строительных конгломератов и наполненных композиционных материалов любой природы. В способе определения степени уплотнения крупнозернистых фракций мелкозернистыми осуществляют послойное заполнение единицы объема крупнозернистыми и мелкозернистыми фракциями, определяют средний размер зерен крупнозернистой фракции d₁ и мелкозернистой фракции d₂,d₂/d₁,объем крупнозернистой фракции, V₁, м³, мелкозернистой фракции V₂, м³, расходуемый для приготовления единицы объема смеси, 1 м³, величину пустотности крупнозернистой фракции V_п1, объемную массу крупнозернистой фракции γ₁,величину степени раздвижки крупнозернистых фракций мелкозернистыми α по формуле α = γ₁/V₁, и при d₂/d₁ больше 0,155 величину степени уплотнения крупнозернистых фракций мелкозернистыми У рассчитывают по формуле У=(α(V₂-1)+1)/V_п1. Технический результат – разработка способа, который позволяет определить величину степени уплотнения одних фракций другими с учетом количественных взаимосвязей между соотношениями фракций, между соотношениями фракций и объемом формируемой смеси, между объемом смеси и величиной пустотности крупнозернистой фракции, между ними и величиной раздвижки зерен больших размеров зернами меньших размеров с целью регулирования объемной массы и получения материалов с заданными объемно-масовыми характеристиками.

 

Изобретение относится к области испытаний и определения свойств материалов и может быть использовано в процессе проектирования составов искусственных строительных конгломератов и наполненных композиционных материалов любой природы.

Известен способ определения величины степени уплотнения фракций с различными размерами зерен фракциями с меньшими размерами зерен (Борщ И.М., Вознесенский В.А. и др. Процессы и аппараты в технологии строительных материалов. Киев, Вища школа, 1981, стр.266).

Однако известный способ получения плотных смесей сыпучих материалов базируется на определении величины пустотности крупнозернистых фракций и учете изменения ее величин в приготовленных сыпучих смесях, хотя процесс уплотнения двух фракций с разными размерами зерен носит более сложный характер, включающий проявление в системе как явления упаковки зерен, так и их раздвижки. Кроме того, в известном способе уплотнения сыпучих смесей не приводятся количественные взаимозависимости между соотношениями фракций и их характеристиками, между ними и явлениями раздвижки зерен зернами.

В основе создания изобретения лежит задача по разработке такого способа, который позволяет определить величину степени уплотнения одних фракций другими с учетом количественных взаимосвязей между соотношениями фракций, между соотношениями фракций и объемом формируемой смеси, между объемом смеси и величиной пустотности крупнозернистой фракции, между ними и величиной раздвижки зерен больших размеров зернами меньших размеров с целью регулирования объемной массы и получения смесей сыпучих материалов с заданными объемно-массовыми характеристиками.

Технический результат достигается тем, что в процессе постановки эксперимента получают исходные данные, позволяющие количественно оценивать проявление в системе двух физических явлений - явления уплотнения зерен и явления их раздвижки. Критериальные величины степени уплотнения и степени раздвижки имеют функциональную зависимость от объема мелкозернистой фракции, объема приготовленной смеси и величины пустотности крупнозернистой фракции У₂α=f(V₂, V_см, V_п1).

Данное выражение определяет количественную взаимосвязь между физическими явлениями, проявляющимися в сыпучей системе, и объемными характеристиками системы и ее компонентов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения степени уплотнения крупнозернистых фракций мелкозернистыми осуществляют послойное заполнение единицы объема крупнозернистыми и мелкозернистыми фракциями, определяют средний размер зерен крупнозернистой фракции d₁ и мелкозернистой фракции d₂,d₂/d₁,объем крупнозернистой фракции, V₁, м³, мелкозернистой фракции V₂, м³, расходуемый для приготовления единицы объема смеси, 1 м³, величину пустотности крупнозернистой фракции V_п1, объемную массу крупнозернистой фракции γ ₁,величину степени раздвижки крупнозернистых фракций мелкозернистыми α по формуле α =γ ₁/V₁ и при d₂/d₁ больше 0,155 величину степени уплотнения крупнозернистых фракций мелкозернистыми У рассчитывают по формуле:

У=(α (V₂-1)+1)/V_п1.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Определение величины степени уплотнения фракции щебня с размерами зерен 15-35 мм фракцией щебня с размерами зерен 5-15 мм.

Средний размер зерен

d₁=(15+35)/2=25 мм, d₂=(5+15)/2=10 мм, d₂/d₁=(10 мм/25 мм)=0,40 больше 0,155.

Определяют объемную массу фракции с размерами зерен 15-35 мм, она равна γ ₁=1391 кг/м³ (1,391 кг/л) и ее пустотность, она равна V_п1=0,460.

Определяют объемную массу фракции с размерами зерен 5-15 мм, она равна γ ₂=1345 кг/м³ (1,345 кг/л).

В мерную емкость объемом 5 л (0,005 м³) укладывается слой зерен фракции щебня с размерами зерен 15-35 см, на него насыпается слой зерен фракции щебня с размерами 5-15 мм, на слой мелкозернистой фракции снова укладывается слой фракции с размерами зерен 15-35 мм и т.д.

Верхний слой до краев мерной емкости выравнивается фракцией с размерами зерен 5-15 мм. Полученная смесь вместе с мерной емкостью взвешивается, определяется объемная масса смеси, а также расход каждой фракции, использованной для приготовления единицы объема смеси (1 м³).

Объемная масса смеси щебня составила величину, равную γ _см=1538 кг/м³.

Объем фракции с размерами зерен 5-15 мм для приготовления 1 м³ смеси составляет

V₂=(625 кг / 1345 кг/м³)=0,465 м³.

γ _см=Щ₁кг+Щ₂кг=913 кг+625 кг=1538 кг.

Величина коэффициента раздвижки фракции с размерами зерен 15-35 мм фракцией с размерами зерен 5-15 мм составляет

α =γ ₁кг/Щ₁кг=1391 кг/913 кг=1,524, безразмерная величина.

Величину степени уплотнения фракции щебня с размерами зерен 15-35 мм фракцией с размерами зерен 15-35 мм фракцией с размерами зерен 5-15 мм определяют по формуле

У=(α (V₂-1)+1)/V_п1, безразмерная величина,

У=(1,524(0,465-1)+1)/0,460=0,185/0,460=0,402.

Величина У означает, что при введении в 1 м³ фракции с размерами зерен 15-35 мм V₂=У· V_п1=0,402· 0,460=0,185 м³ фракции с размерами зерен 5-15 мм объем смеси составит 1 м³, а ее объемная масса увеличится на G₂=V₂·γ ₂=0,185м³·1345 кг/м³=249 кг по сравнению с объемной массой фракции с размерами зерен 15-35 мм или на 18%.

Пример 2. Определение величины степени уплотнения фракции с размерами зерен 15-20 мм фракцией щебня с размерами зерен 5-10 мм.

Средние размеры зерен

d₁=(15+20)/32=17,5 мм, d₂=(5+10)/2=7,5 мм,

d₂/d₁=7,5 мм /17,5 мм=0,429 больше 0,155.

Определяют объемную массу фракции с размерами зерен 15-20 мм, она равна γ ₁=1305 кг/м³ (1,305 кг/л) и ее пустотность, она равна V_п1=0,460.

Определяют объемную массу щебня с размерами зерен 5-10 мм, она равна γ ₂=1315 кг/м³ (1,315 кг/л).

Послойно с использованием обеих фракций заполняют мерную емкость объемом 5 л (0,005 м³).

Полученная смесь щебня вместе с тарой взвешивается, определяется объемная масса приготовленной смеси, а также массовый расход каждой фракции для приготовления единицы объема смеси (1 м³).

Расход фракции с размерами зерен 15-20 мм для приготовления 1 м³ смеси составил 1063 кг, а расход фракции с размерами зерен 5-10 мм - 474 кг.

Объемная масса смеси равна

γ _см=Щ₁кг+Щ₂кг=1063 кг+474 кг=1537 кг/м³ (масса 1 м³ смеси).

Объем фракции с размерами зерен 5-10 мм для приготовления 1 м³ смеси составляет

V₂=Щ₂ кг/γ ₂ кг/м³=474 кг/1315 кг/м³=0,360 м³.

Величина коэффициента раздвижки фракции с размерами зерен 15-20 мм фракцией с размерами зерен 5-10 мм составляет α =γ ₁ кг/Щ₁ кг=1305 кг/1063 кг=1,228.

Величину степени уплотнения фракции щебня с размерами зерен 15-20 мм фракцией с размерами зерен 5-10 мм определяют по формуле

У=(α (V₂-1)+1)/V_п1, безразмерная величина,

У=(1,228(0,360м³-1м³)+1м³)/0,460м³=0,214/0,460=0,465.

Полученная величина У=0,465 означает, что при введении в 1 м³ фракции с размерами зерен 15-20 мм V₂=0,465· 0,460=0,214 м³ фракции с размерами зерен 5-10 мм объем смеси составит 1 м³, а ее объемная масса увеличится на G₂=V₂·γ ₂=0,214 м³·1315 кг/м³=281 кг по сравнению с объемной массой фракции с размерами зерен 15-20 мм на 22%.

Испытания заявляемого способа, проведенные в лаборатории строительного павильона университета, показали, что смеси щебня, приготовленные по результатам расчета по заявляемому способу, точно соответствуют заданному объему и имеют более высокую объемную массу, определяемую рассчитанной величиной степени уплотнения одной фракции другой.

В ходе испытаний заявляемого способа определения величины степени уплотнения одних фракций другими было также установлено, что колебания в толщине слоя каждой фракции не влияют на величину степени уплотнения. При изменении соотношений фракций за счет колебаний величины толщины слоя происходит изменение фракций, расходуемых на уплотнение и на раздвижку. Любые количества мелкозернистой фракции, расходуемые на осуществление явления раздвижки, не оказывают влияния на величину уплотнения. Наоборот, наличие явления раздвижки является доказательством достижения максимально возможной степени уплотнения одной фракции другой с учетом конкретного отношения размеров их зерен.

Способ определения величины степени уплотнения используется в процессе проектирования сложных сыпучих систем уплотненного типа с возможностью регулирования их основных объемно-массовых характеристик.

Способ определения степени уплотнения крупнозернистых фракций мелкозернистыми, характеризующийся тем, что осуществляют послойное заполнение единицы объема крупнозернистыми и мелкозернистыми фракциями, определяют средний размер зерен крупнозернистой фракции d₁ и мелкозернистой фракции d₂,d₂/d₁,объем крупнозернистой фракции V₁, м³, мелкозернистой фракции V₂, м³, расходуемый для приготовления единицы объема смеси, 1 м³, величину пустотности крупнозернистой фракции V_п1, объемную массу крупнозернистой фракции γ₁,величину степени раздвижки крупнозернистых фракций мелкозернистыми α по формуле α = γ₁/V₁ и при d₂/d₁ больше 0,155 величину степени уплотнения крупнозернистых фракций мелкозернистыми У рассчитывают по формуле:

У=(α(V₂-l)+l)/V_п1.