СПОСОБ РАСЧЕТА СОСТАВА ТЕРНАРНОЙ СЫПУЧЕЙ СМЕСИ Российский патент 1995 года по МПК G01N33/38 

Изобретение относится к области испытаний и определения свойств материалов и может быть использовано в технологии композиционных материалов.

Известен способ оптимизации соотношениям между песком и щебнем, заключающийся в определении зернового состава по идеальным кривым просеивания и табличным данным с последующим уточнением подобранного состава экспериментальным путем. Известен также способ определения расхода щебня и песка для бетонных смесей по формулам [1]
Однако подбор составов по графикам и таблицам дает большой разброс в значениях объемных и массовых соотношений сыпучих компонентов. Метод подбора соотношений эмпирическим путем является трудоемким и не соответствует требованиям оптимизации состава и структуры сложной сыпучей смеси. Подбирают составы в расчете на 1 м³смеси, а после смешения компонентов всегда получают объем меньше 1 м³, корректируя это несоответствие коэффициентом выхода бетонной смеси.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения количества каждой фракции для получения минеральной смеси [2] Количество первой фракции (наиболее крупной) определяется по формуле
a , а количество промежуточных фракций по формуле
a_x= · K^x-1, где а количество первой фракции (наиболее крупной);
k коэффициент сбега;
n число фракций.

Однако составы, получаемые с учетом только коэффициента сбега по приведенным формулам, не отличаются оптимальностью структуры механического каркаса зерновой системы, так как не учитывают явлений заполнения свободного пространства сыпучих компонентов и раздвижки зерен зернами.

Данное изобретение обеспечивает упрощение испытаний, исключение корректировок приготовленной смеси, точного определения насыпных объемов фракций для получения сыпучей смеси объемом 1 м³, получение оптимально упакованной гранулометрической системы с максимально возможным числом контактов между зернами.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе расчета количественного состава тернарной сыпучей смеси, включающем определение насыпного объема каждой фракции, предварительно при размерах зерен фракций d₁, d₂ и d₃, удовлетворяющих условиям d₁> d₂> d₃ и 1>d₂/d₁>d₃/d₂>0 определяют объемные коэффициенты раздвижки зерен размером d₁ зернами размером d₂ и размером d₂ зернами размером d₃ по формулам
α₁= ; α₂= ; α₃= определяют пустотность фракций с размерами зерен d₁ и d₂, а насыпной объем каждой фракции определяют по формулам
V₁=1 м³ (α₁˙α₂)^-1 м³;
V₂= (V_п1+α₁˙α₂ 1) ˙ (α₁˙α₂˙α₃)^-1 м³;
V₃= (V_п1+α₁˙α₂-1)˙(V_п2+α₃-1)x
x (α₁˙α₂˙α₃) ^-1 м³, где 1 объем тернарной сыпучей смеси, м³;
V₁, V₂, V₃ насыпной объем фракций с размерами зерен соответственно d₁, d₂ и d₃, м³;
V_п1, V_п2 пустотность фракций с размерами зерен соответственно d₁ и d₂, безразмерные величины;
α₁, α₂, α₃ объемные коэффициенты раздвижки зерен соответственно d₁, зернами размером d₂ и d₃, размером d₂ зернами размером d₃, безразмерные величины.

Способ осуществляется следующим образом.

П р и м е р 1. Проводят ситовой анализ измельченного известняка (по ГОСТ 8269-64, сита по ГОС 3584-73), выделяют фракции с размерами зерен 40, 5 и 1,25 мм. Пустотность фракции с размерами зерен 40 мм, определенная по ГОСТ 8269-64, равна 0,410, пустотность фракции с размерами зерен 5 мм 0,418 определяют объемные коэффициенты раздвижки зерен размером 40 мм зернами размером 5 и 1,25 мм, зерен размером 5 мм зернами размером 1,25 мм по формулам
α₁= α_40-5= = = 1,423;
α₂= α_40-1,25= = = 1,098;
α₃= α_5-1,25= = = 1,953 определяют насыпной объем каждой фракции для приготовления тернарной сыпучей смеси объемом 1 м³ по формулам
V₁= V₄₀=1 м³ ˙(α₁˙α₂)^-1=1 м³(1,423 ˙1,098)^-1=0,640 м³;
V₂=V₅=(V_п1+α₁˙α₂-1)˙(α₁˙α₂˙α₃)^-1= (0,410+1,423 ˙ 1,098-1) ˙ (1,423 ˙ 1,098 ˙ 1,953)^-1=0,318 м³;
V₃=V_1,25=( V_п1+α˙α₂ 1) (V_п2+α₃-1) x
x(α₁˙α₂˙α₃)^-1=(0,410+ 1,423˙ 1,098-1) (0,418+1,953-1)x
x (1,423 ˙1,098 ˙1,953)^-1=0,972˙ 1,371 ˙3,051^-1=0,437 м³.

Арифметическая сумма насыпных объемов V₁+V₂+V₃ составляет величину 0,640+0,318+0,437>1 м³, а сумма объемов монолитных зерен V_мон= (V₁-V₁˙V_п1) + + (V₂-V₂˙V_п2)+(V₃-V₃˙V_п3)= (0,640-0,640˙0,410) + (0,318-0,318 ˙0,418)+(0,437-0,437˙0,426)= 0,378 + 0,185 + 0,251=0,814 и величины остаточной пустотность V_оп=V₃ ˙V_п3=0,437 ˙ 0,426=0,816 равна 0,814+0,816=1,000 м³. П р и м е р 2. На основе стеклянных сферофракций с размерами сфер 5, 1,25 и 0,63 мм требуется приготовить сыпучую смесь оптимально упакованного состава. Определяют пустотность сферофракций по ГОСТ 8269-64, которая составляет для сферофракции с размерами сфер 5 мм 0,392, с размерами сфер 1,25 мм 0,396 и с размерами сфер 0,63 мм 0,406.

Определяют объемные коэффициенты раздвижки сфер диаметром 5 мм сферами диаметром 1,25 и 0,63 мм, сфер диаметром 1,25 мм сферами диаметром 0,63 мм по формулам
α₁= α_5-1,25= = = 1,428
α₃= α_1,25-0,63= = = 3,402
Определяют насыпной объем каждой фракции для приготовления тернарной сыпучей смеси объемом 1 м³ по формулам
V₁=V₅=1 м³ (α₁˙α₂)^-1=
1 м³(1,953 ˙1,428)^-1=0,359 м³;
V₂= V_1,25=1 м³(V_п1+ α₁˙α₂-1) ˙ ˙(α₁˙α₂˙α₃)^-1=(0,392+ 1,953 ˙ 1,428-1) (1,953˙ 1,428˙ 3,402)^-1=2,181˙ 9,488^-1=
0,230 м³;
V₃=V_0,63=(V_п1+α₁˙α₂-1)(V_п2+α₃-1)x
x (α₁˙α₂˙α₃)^-1(0,392+1,953˙ 1,428-1)х (0,398+3,402) ˙(1,953˙ 1,428˙3,402)^-1= 2,181 ˙ 2,800 ˙9,488^-1= 0,644 м³.

Арифметическая сумма насыпных объемов V₁+V₂+V₃ составляет величину 0,359+0,230+0,644>1 м³, а сумма монолитных объемов сфер
V_мон=(V₁-V₁˙V_п)+(V₂+V₂˙V_п2)+
+ (V₃-V₃ ˙V_п3)=(0,359-0,359 ˙0,392)+
+(0,230-0,230˙0,398)+(0,644-0,644˙
˙0,405)= 0,218+0,138+0,383= 0,739 м³ и остаточной пустотности смеси V_оп= V₃ ˙V_п3= 0,644˙0,406=0,261 м³ равна V_мон+V_оп=0,739+0,261=1,000 м³.

Предлагаемый способ расчета по сравнению с прототипом обеспечивает возможность точного определения насыпных объемов фракций для приготовления 1 м³ сыпучей смеси, не ограничивая соотношение размеров зерен коэффициентом сбега, снижение трудозатрат и сокращение времени на проведение испытаний, поскольку для осуществления способа требуется ограниченный перечень физических показателей исходного сырья. Наиболее существенный эффект в процессе использования предлагаемого способа обеспечивается за счет формирования оптимального упакованного зернового каркаса в максимально плотно упакованной системе, имеющей минимальную величину остаточной пустотности для конкретного соотношения размеров зерен исходных фракций.

Использование: испытание и определение свойств материалов, технология композиционных материалов. Сущность: способ расчета количественного состава тернарной сыпучей смеси включает опредение объемных коэффициентов α₁, α₂, α₃ раздвижки зерен размером d₁ зернами размером d₂ и d₃ и размером d₂ зернами размером d₃ определение пустотности и фракций с размерами зерен d₁ и d₂, а насыпной объем V₁ V₂ и V₃ каждой фракции определяют по соответствующим формулам с учетом величин α₁ α₂ и α₃ и и

СПОСОБ РАСЧЕТА СОСТАВА ТЕРНАРНОЙ СЫПУЧЕЙ СМЕСИ, включающий определение насыпного объема каждой фракции, отличающийся тем, что предварительно при размерах зерен d₁, d₂ и d₃ фракции тернарной сыпучей смеси, удовлетворяющих условиям
d₁ > d₂ > d₃;

определяют объемные коэффициенты раздвижки зерен размером d₁ зернами d₂ и d₃ и размером d₂ зернами размером d₃ по формулам



определяют пустотность фракций с размерами зерен d₁ и d₂, а насыпной объем каждой фракции определяют соответственно по формулам
V₁= 1м³(α₁·α₂)^-1, м³;


где 1 объем тернарной сыпучей смеси, м³;
V₁, V₂, V₃ насыпной объем фракции с размерами зерен соответственно d₁, d₂ и d₃, м³;
пустотность фракций с размерами зерен соответственно d₁ и d₂, безразмерные величины;
α₁, α₂, α₃ объемные коэффициенты раздвижки зерен соответственно размером d₁ зернами размером d₂ и d₃, размером d₂ зернами d₃ безразмерные величины, α= 1 - 8..