СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА РАЗДВИЖКИ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ ЖИДКОЙ В ДИСПЕРГИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ Российский патент 2003 года по МПК G01N33/38 

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

Известен способ определения коэффициента раздвижки в процессе подбора составов бетонных (А.Г.Комар Строительные материалы и изделия. - М.: Высшая школа, 1976, с. 195 196) и асфальтобетонных смесей (Ю.В.Соколов Проектирование состава дорожных асфальтобетонов. Омск, СибАДИ, 1979, с.45-50).

Недостатком известного способа является то, что используются табличные значения величин коэффициентов раздвижки, полученные эмпирическим методом. Формулы для определения коэффициентов раздвижки не используются, и количественная зависимость этой величины от физических свойств используемых материалов не установлена.

Известен также способ определения коэффициента раздвижки арматуры прослойкой матрицы (А.С. 1791778, Бюлл.изобр. 4, 1993), включающий определение толщины прослойки матрицы и линейных размеров элементов арматуры и определение коэффициента раздвижки по формуле.

Наиболее близким из аналогов является способ определения коэффициента раздвижки твердой фазы жидкой в диспергированной системе - бетонной смеси, включающий определение плотности жидкой фазы и расчет указанного коэффициента раздвижки с учетом объемно-массовых характеристик (RU 2079839 С1, опубл. 20.05.1997).

В основе создания изобретения лежит задача по разработке такого способа, который позволяет расширить сферу применения физического явления раздвижки и количественно его оценивать в любых разнородных системах твердое тело + жидкость, обеспечить возможность определения величины раздвижки в любой производственной лаборатории с использованием стандартного оборудования и приборов, снизить трудоемкость испытаний сырьевых материалов и использовать определяемую величину в процессе проектирования составов композиций и строительных материалов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения коэффициента раздвижки твердой фазы жидкой в диспергированной системе, включающем определение плотности жидкой фазы, плотности и объемной массы твердой фазы и расчет коэффициента раздвижки, с учетом объемно-массовых характеристик, при N _ж/т больше N расчет коэффициента раздвижки твердой фазы жидкой осуществляют по формуле

где α - коэффициент раздвижки твердой фазы жидкой в диспергированной системе, безразмерная величина,
γ_т - объемная масса сухой твердой фазы, г/см³,
ρ_т - плотность твердой фазы, г/см³,
ρ_ж - плотность жидкой фазы, г/см³,
N _ж/т - массовое отношение жидкой и твердой фаз, безразмерная величина.

N = ρ_ж(1/γ_т-1/ρ_т)
Величина N = ρ_ж(1/γ_т-1/ρ_т) рассматривается как массовое отношение жидкой и твердой фаз в единице объема системы (1м³, 1л, 1см³) при соответствующих размерностях ρ_ж, γ_т и ρ_т кг/л, г/см³).

При ρ_ж = const, ρ_т = const, N = f(γ_т). Величина γ_т может быть измерена в рыхлонасыпном, виброуплотненном и уплотненном (под давлением) состояниях.

Способ осуществляется следующим образом
Пример 1. Определение величины коэффициента раздвижки цемента водой в цементном тесте.

В результате испытаний с использованием прибора Ле-Шателье определена плотность цемента, она равна ρ_ц = 3,12 г/cм³. Плотность воды равна ρ_в = 1,0 г/cм³. Объемная масса сухого цемента, уплотненного в цилиндре между двумя вкладышами при давлении 40 МПа, равна γ_ц = 2,17 г/cм³.
Применительно к полученным экспериментальным данным величина N = ρ_ж(1/γ_ц-1/ρ_ц) равна N=1,0(1/2,17-1/3,12)=0,140, безразмерная величина.

При величинах N>0,14 коэффициенты раздвижки цемента водой при различных значениях N определяются по формуле

При N=0,2

При N=0,4

При N= 0,2 в единице объема цементного теста содержание цемента уменьшилось в 1,13 раза по сравнению с N=0,14.

При N= 0,4 в единице объема цементного теста содержание цемента уменьшилось в 1,564 раза по сравнению с N=0,14.

При N= 0,14 содержание цемента в 1 м³ цементного теста составляет 2170 кг, при N=0,2 Ц=2170/1,130=1920 кг, а при N=0,4-Ц=2170/1,564=1387 кг.

Пример 2. Определение величины коэффициента раздвижки минерального порошка (известняковая мука) битумом в асфальтовом вяжущем веществе (ABB).

В результате испытаний минерального порошка с использованием прибора Ле-Шателье получена величина плотности материала порошка, равная γ_т = 2,71 г/cм³. Плотность битума, определенная пикнометрическим методом, равна ρ_т = 1,01 г/cм³. Объемная масса сухого минерального порошка, уплотненного в цилиндре между двумя вкладышами при давлении 40 МПа, равна γ_т = 1,876 г/cм³.
С учетом полученных экспериментальных данных величина N = ρ_ж(1/γ_т-1/ρ_т) равна безразмерная величина.

При величинах N>0,166 коэффициенты раздвижки минерального порошка битумом при различных значениях N определяются по формуле
При N=0,2

При N=0,4

При N=0,2 содержание минерального порошка в асфальтовом вяжущем веществе составляет МП =1876 кг/1,063=1765 кг в 1м³ ABB.

При N=0,4 МП=1876/1,433=1309 кг в 1м³ ABB.

Пример 3. Определение величины коэффициента раздвижки порошка мела водой в водной суспензии мела.

В результате испытаний порошкообразного мела с использованием прибора Ле-Шателье получена плотность материала порошка, равная ρ_м = 2,68 г/cм³. Плотность воды равна 1,0 г/см³. Объемная масса сухого порошка мела, подвергнутого виброуплотнению, составила величину, равную γ_м = 1,42 г/cм³.
С учетом полученных экспериментальных данных величина равна безразмерная величина.

При величинах N>0,331 коэффициенты раздвижки порошка мела водой при различных значениях N определяются по формуле

При N=0,4

При N= 0,4 и α=1,098 система имеет пастообразное состояние и содержание мела в 1м³ составляет М=1420 кг/1,098=1293 кг.

При N=16,

При N=16,0 и α=23,25 система представляет собой суспензию с содержанием в ней мела в 1м³ М=1420 кг/23,25 =61,075 кг.

При плотности суспензии ρ_c = 1038 кг/м³ содержание воды составит B = ρ_c-Мкг = 1038 кг-61,075 кг = 976,925 кг.

N=976,925кг/61,075кг=16,0.

В строительном павильоне университета проведены опытно-лабораторные испытания способа определения коэффициента раздвижки твердой фазы жидкой в диспергированных системах. Проведено определение величин коэффициентов раздвижки в суспензиях и в цементном тесте по заявляемому способу и определено соотношение фаз экспериментально. Экспериментальные данные подтверждают достоверность значений величин, приводимых в материалах заявки.

По предлагаемому способу определения коэффициента раздвижки обеспечивается возможность резкого снижения трудозатрат на проведение испытаний сырьевых материалов, повышения точности определяемой величины за счет учета большего числа характеристик компонентов диспергированной системы.

Предлагаемый способ позволяет использовать коэффициенты раздвижки для количественной и качественной оценки свойств диспергированных систем, включить их в компьютерную программу для проектирования различных разновидностей составов систем, включая пасты, мастики, замазки, краски, шпаклевки, суспензии и т.д.

Изобретение относится к области испытаний и определения свойств материалов и может быть использовано в технологии строительных материалов. В способе определения коэффициента раздвижки твердой фазы жидкой в диспергированной системе, включающем определение плотности жидкой фазы, плотности и объемной массы твердой фазы и расчет коэффициента раздвижки с учетом объемно-массовых характеристик, при N_ж/т больше N расчет коэффициента раздвижки твердой фазы жидкой осуществляют по формуле где α - коэффициент раздвижки твердой фазы жидкой в диспергированной системе, безразмерная величина, γ_т - объемная масса сухой твердой фазы, г/см³, ρ_т - плотность твердой фазы, г/см³, ρ_ж - плотность жидкой фазы, г/см³, N_ж/т - массовое отношение жидкой и твердой фаз, безразмерная величина, N = ρ_ж(1/γ_т-1/ρ_т). Технический результат - снижение трудоемкости испытания сырьевых материалов и обеспечение повышения точности определяемой величины за счет учета большего числа характеристик компонентов диспергированной системы, возможность проектирования составов композиций и строительных материалов с использованием данного изобретения.

Способ определения коэффициента раздвижки твердой фазы жидкой в диспергированной системе, включающий определение плотности жидкой фазы, плотности и объемной массы твердой фазы и расчет коэффициента раздвижки, с учетом объемно-массовых характеристик, отличающийся тем, что при N_ж/т больше N расчет коэффициента раздвижки твердой фазы жидкой осуществляют по формуле

где α - коэффициент раздвижки твердой фазы жидкой в диспергированной системе, безразмерная величина;
γ_т - объемная масса сухой твердой фазы, г/см³;
ρ_т - плотность твердой фазы, г/см³;
ρ_ж - плотность жидкой фазы, г/см³;
N_ж/т - массовое отношение жидкой и твердой фаз, безразмерная величина
N = ρ_ж(1/γ_т-1/ρ_т).