СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ УПЛОТНЕНИЯ КРУПНОЗЕРНИСТЫХ ФРАКЦИЙ МЕЛКОЗЕРНИСТЫМИ Российский патент 2004 года по МПК G01N33/38 

Изобретение относится к области испытаний и определения свойств материалов и может быть использовано в дорожно-строительных лабораториях для приготовления плотно упакованных зернистых смесей, в других производствах, где требуется увеличение содержания монолитного материала в сыпучих зернистых смесях.

Известен способ определения плотной смеси на основе щебня и мелкого щебня, мелкого щебня и песка. Способ обеспечивает увеличение объемной массы смеси за счет заполнения объема пустот фракций с большими 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, 296 с., стр.266).

Однако плотные смеси получаются эмпирическим способом с учетом размеров зерен в совмещаемых фракциях и с учетом величины пустотности заполняемых фракций.

Влияние массы фракций и их объемно-массовых характеристик не учитывается, а величина степени заполнения объема пустот не имеет количественной зависимости от массовых характеристик применяемых для приготовления смеси фракций.

В основе создания изобретения лежит задача по разработке такого способа, который позволяет определять величину степени уплотнения полифракций или монофракций с большими размерами зерен полифракциями или монофракциями с меньшими размерами зерен, получения количественных зависимостей между величиной степени уплотнения, представляющей собой критериальную величину, и массовыми характеристиками фракций, используемых для получения бинарной зернистой смеси с заранее заданной величиной объемной массы.

Технический результат достигается тем, что, используя метод послойного заполнения единицы объема двумя испытуемыми фракциями, определяют массовые соотношения фракций в приготовленной смеси, а самопроизвольные процессы уплотнения фракций за счет упаковки зерен различных размеров выражают в виде критериальной величины (степени уплотнения).

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения величины степени уплотнения крупнозернистых фракций мелкозернистыми осуществляют послойное заполнение единицы объема крупнозернистых фракций мелкозернистыми, определяют средние размеры зерен крупнозернистой фракции d₁ и мелкозернистой фракции d₂ и d₂/d₁, массу крупнозернистой и мелкозернистой фракций, расходуемых для приготовления единицы объема смеси, объемную массу и плотность крупнозернистой фракции, объемную массу мелкозернистой фракции и при d₂/ d₁ больше 0,155 величину степени уплотнения крупнозернистой фракции мелкозернистой определяют по формуле

У=((γ ₂·M₁+γ ₁·М₂-γ ₁·γ₂)· ρ ₁)/(М₁·(ρ ₁-γ ₁)· γ ₂),

где У - величина степени уплотнения крупнозернистой фракции мелкозернистой, безразмерная величина,

M₁ - масса крупнозернистой фракции, расходуемой для приготовления единицы объема смеси, кг/л,

γ ₁ - объемная масса крупнозернистой фракции, кг/л,

ρ ₁ - плотность зерен крупнозернистой фракции, кг/л,

М₂ - масса мелкозернистой фракции, расходуемой для приготовления единицы объема смеси, кг/л,

γ ₂ - объемная масса мелкозернистой фракции, кг/л.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Определение величины степени уплотнения фракции щебня с размерами зерен 15-20 мм фракцией щебня с размерами зерен 10-15 мм.

Средние размеры зерен

d₁=(15+20)/2=17,5 мм, d₂=(10+15)/2=12,5 мм

d₂/d₁=12,5 мм/ 17,5 мм=0,714 больше 0,155.

Определяют объемную массу щебня с размерами зерен 15-20 мм, она равна γ ₁=1305 кг/м³ (1,305 кг/л), плотность зерен щебня равна ρ ₁=2417 кг/м³ (2,417 кг/л).

Определяют объемную массу щебня с размерами зерен 10-15 мм, она равна γ ₂=1345 кг/м³ (1,345 кг/л).

В мерную емкость объемом 5 л укладывается слой зерен фракции щебня с размерами зерен 15-20 мм, на него насыпается слой зерен фракции с размерами зерен 10-15 мм, на слой мелкозернистой фракции снова укладывается слой фракции с более крупными размерами зерен и т.д. Верхний слой до краев мерной емкости выравнивается насыпанием фракции с размерами зерен 10-15 мм. Полученная смесь вместе с тарой взвешивается, определяется объемная масса приготовленной смеси, а также массовый расход каждой фракции для приготовления фиксированного объема смеси.

Объемная масса смеси щебня составила величину, равную 1,480 кг/л. Расход фракции с размерами зерен 15-20 мм составил 0,896 кг, а расход фракции с размерами зерен 10-15 мм составил 0,584 кг для приготовления 1 л смеси щебня.

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

У=((γ ₂·M₁+γ ₁·М₂-γ ₁·γ₂)· ρ ₁)/(М₁·(ρ ₁-γ ₁)· γ ₂), безразмерная величина,

У=((1,345· 0,896+1,305· 0,584-1,305· 1,345)· 2,417)/(0,896(2,417-1,305)· 1,345)=0,383.

Величина У указывает на то, что в результате более плотной упаковки зерен различных размеров пустотность фракции с размерами зерен 15-20 мм уменьшилась на величину 0,687(1-У)· 0,46=0,687(1-0,383)· 0,46=0,195, а масса смеси в единице объема по сравнению с объемной массы фракции 15-20 мм увеличилась на 1,480 кг - 1,305 кг=0,175 кг.

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)/2=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 щебня с размерами зерен 15-20 мм, она равна γ ₁=1305 кг/м³ (1,305 кг/л), плотность зерен щебня равна ρ ₁=2417 кг/м³ (2,417 кг/л или 2,417 г/см³).

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

В мерную емкость объемом 5 л укладывается слой зерен фракции щебня с размерами зерен 15-20 мм, на него насыпается слой зерен фракции с размерами зерен 5-10 мм, на слой мелкозернистой фракции снова укладывается слой фракции с большими размерами зерен и т.д. Верхний слой до краев мерной емкости выравнивается насыпанием фракции с размерами зерен 5-10 мм.

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

Объемная масса смеси щебня составила величину, равную 1,537 кг/л.

Расход фракции с размерами зерен 15-20 для приготовления 1 л смеси составил 1,063 кг, а расход фракции с размерами зерен 5-10 мм составил 0,474 кг.

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

У=((γ ₂·M₁+γ ₁·М₂-γ ₁·γ₂)· ρ ₁)/(М₁·(ρ ₁-γ ₁)· γ ₂), безразмерная величина,

У=((1,315· 1,063+1,305· 0,474-1,305· 1,315)· 2,417)/(1,063(2,417-1,305)· 1,315)=0,467.

Величина У указывает на то, что в результате более плотной упаковки зерен различных размеров пустотность фракции с размерами зерен 15-20 мм уменьшилась на величину 0,815(1-0,467)· 0,46=0,20, а масса смеси в единице объема по сравнению с объемной массы фракции с размерами зерен 15-20 мм увеличилась на 1,537 кг - 1,305 кг=0,232 кг.

Лабораторно-экспериментальные испытания заявляемого способа определения величины степени уплотнения, проведенные в строительном павильоне университета, показали, что с учетом рассчитанных величин степени уплотнения получаются смеси щебня и смеси песка единицы объема с заранее рассчитанной величиной объемной массы. Заявляемый способ определения массовых соотношений фракций обеспечивает возможность получения плотно упакованных смесей сыпучих материалов на основе фракций с любыми размерами твердых тел и на основе сыпучих материалов любой природы.

Кроме того, точно определенные экспериментальные значения величин степени уплотнения используются в процессе проектирования сложных по составу сыпучих систем уплотненного, уплотненно-заполненного, уплотненно-раздвинутого и уплотненно-заполненно-раздвинутого типов.

Изобретение относится к испытанию свойств материалов и может быть использовано в дорожно-строительных лабораториях для приготовления плотно упакованных зернистых смесей, в других производствах, где требуется увеличение содержания монолитного материала в сыпучих зернистых смесях. В способе определения величины степени уплотнения крупнозернистых фракций мелкозернистыми осуществляют послойное заполнение единицы объема крупнозернистых фракций мелкозернистыми, определяют средние размеры зерен крупнозернистой фракции d₁ и мелкозернистой фракции d₂ и d₂/d₁, массу крупнозернистой и мелкозернистой фракций, расходуемых для приготовления единицы объема смеси, объемную массу и плотность крупнозернистой фракции, объемную массу мелкозернистой фракции и при d₂/ d₁ больше 0,155 величину степени уплотнения крупнозернистой фракции мелкозернистой определяют по формуле У=((γ ₂·M₁+γ ₁·М₂-γ ₁·γ₂)· ρ ₁)/(М₁·(ρ ₁-γ ₁)· γ ₂), где У - величина степени уплотнения крупнозернистой фракции мелкозернистой, безразмерная величина, M₁ - масса крупнозернистой фракции, расходуемой для приготовления единицы объема смеси, кг/л, γ ₁ - объемная масса крупнозернистой фракции, кг/л, ρ ₁ - плотность зерен крупнозернистой фракции, кг/л, М₂ - масса мелкозернистой фракции, расходуемой для приготовления единицы объема смеси, кг/л, γ ₂ - объемная масса мелкозернистой фракции, кг/л. Технический результат - повышение точности определения величины степени уплотнения.

Способ определения величины степени уплотнения крупнозернистых фракций мелкозернистыми, характеризующийся тем, что осуществляют послойное заполнение единицы объема крупнозернистых фракций мелкозернистыми, определяют средние размеры зерен крупнозернистой фракции d₁ и мелкозернистой фракции d₂ и d₂/d₁, массу крупнозернистой и мелкозернистой фракций, расходуемых для приготовления единицы объема смеси, объемную массу и плотность крупнозернистой фракции, объемную массу мелкозернистой фракции и при d₂/ d₁ больше 0,155 величину степени уплотнения крупнозернистой фракции мелкозернистой определяют по формуле

У=((γ ₂·M₁+γ ₁·М₂-γ ₁·γ₂)· ρ ₁)/(М₁·(ρ ₁-γ ₁)· γ ₂),

где У - величина степени уплотнения крупнозернистой фракции мелкозернистой, безразмерная величина;

M₁ - масса крупнозернистой фракции, расходуемой для приготовления единицы объема смеси, кг/л;

γ ₁ - объемная масса крупнозернистой фракции, кг/л;

ρ ₁ - плотность зерен крупнозернистой фракции, кг/л;

М₂ - масса мелкозернистой фракции, расходуемой для приготовления единицы объема смеси, кг/л;

γ ₂ - объемная масса мелкозернистой фракции, кг/л.