СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ СТЕПЕНИ РАЗДВИЖКИ КРУПНОЗЕРНИСТОЙ ФРАКЦИИ МЕЛКОЗЕРНИСТОЙ Российский патент 2006 года по МПК G01N33/38 

Изобретение относится к области испытаний и определения свойств материалов и может быть использовано в технологии искусственных строительных конгломератов и композиционных материалов, а также в процессе проектирования и оптимизации их составов.

Известен способ определения соотношения между песком и щебнем с учетом объемно-массовых характеристик щебня и коэффициента раздвижки щебня песком (Комар А.Г. Строительные материалы и изделия. М.: Высшая школа, 1976, с.191-195).

Однако в известном способе определения состава смеси щебня и песка коэффициенты раздвижки имеют табличные значения и получены эмпирическим методом, отсутствует учет размеров зерен в сыпучих материалах, не учитывается степень уплотнения (заполнения) раздвинутой части щебня песком, не приведена количественная зависимость расхода песка от его гранулометрических характеристик. Таким образом, известный способ является составной частью метода подбора составов сыпучих смесей, базирующегося на эмпирическом подходе к получению конгломератных смесей строительного назначения.

В основе создания изобретения лежит задача по разработке такого способа определения степени раздвижки крупнозернистых фракций мелкозернистыми, который позволяет, не прибегая к постановке экспериментальных испытаний, определять зависимость коэффициента раздвижки от величины степени уплотнения (заполнения) с учетом только гранулометрических характеристик твердых тел сыпучих материалов, используемых для приготовления смесей каменных материалов, щебня, гравия, гранул, песка, порошков на основе неорганических и органических веществ.

Технический результат достигается тем, что установлена количественная взаимосвязь между отношениями размеров зерен сыпучих материалов и величиной степени уплотнения (заполнения) одних фракций другими фракциями с меньшими размерами зерен, а также установлена количественная взаимосвязь между физическими явлениями раздвижки и уплотнения (заполнения) одних фракций другими с учетом только их гранулометрических характеристик. Указанные взаимосвязи выражаются через критериальные величины и имеют фундаментальный и универсальный характер, применимы для материалов любой природы и для любой области шкалы размеров твердых тел (м, дм, см, мм, мкм).

В способе определения величины степени раздвижки крупнозернистой фракции мелкозернистой методом ситового анализа определяют средние размеры зерен крупнозернистой и мелкозернистой фракций d₁ и d₂ соответственно, а величину степени раздвижки крупнозернистой фракции мелкозернистой α определяют по формуле

Исследования бинарных сыпучих смесей уплотненно(заполнено)-раздвинутого типа показали, что решающее влияние на соотношение фракций в формируемой сыпучей системе оказывает отношение средних размеров зерен. Гранулометрические характеристики фракций определяют не только тип и состав смеси на их основе, но и способы приготовления смесей, их объемно-массовые и гранулометрические характеристики.

В критериально выраженных зависимостях α=(2-У_у)³ и α=(2-У_з)³ установлена количественная взаимосвязь между природными физическими явлениями уплотнения (заполнения) и раздвижки зерен больших размеров зернами меньших размеров, проявляющимися в процессе совмещения фракций с различными размерами зерен и перемешивания сыпучей смеси.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Определение величины степени раздвижки фракции щебня со средними размерами зерен 40 мм фракцией щебня со средними размерами зерен 30 мм.

Отношение размеров зерен во фракциях равно d₂/d₁=30 мм/40 мм =0,750, эта величина превышает 0,155, поэтому смесь на основе фракций с указанными размерами зерен относится к уплотненному типу.

Определяют величину степени уплотнения фракции 40 мм фракцией 30 мм по формуле , она равна У_у=1-30/40=0,25, безразмерная величина.

Определяют величину степени раздвижки одной фракции другой в смеси уплотненно-раздвинутого типа по формуле (т.е. α=(2-(1-d₂/d₁))³, она равна α=(2-0,25)³=5,359, безразмерная величина.

Рассчитанные величины означают, что объем фракции 40 мм в смеси составит V₄₀=1 м³/5,359=0,187 м³, а расход фракции 30 мм складывается из расхода на раздвижку фракции 40 мм V₃₀=1 м³ - 0,187 м³ =0,813 м³ и из расхода на уплотнение 0,187 м³ фракции 40 мм.

V₃₀=0,187·У_у·У_п40, м³, при У_п40=0,49

V₃₀=0,187·0,25·0,49=0,023 м³

V₃₀=0,813 м³ + 0,023 м³ =0,836 м³ (общий расход фракции 30 мм для приготовления смеси уплотненно-раздвинутого типа объемом 1 м³).

Пример 2. Определение величины степени раздвижки фракции щебня со средними размерами зерен 40 мм фракцией щебня со средними размерами зерен 7 мм.

Отношение размеров зерен во фракциях равно d₂/d₁=7 мм/40 мм =0,175, эта величина больше 0,155, поэтому смесь на основе этих фракций будет относиться к уплотненному типу.

Определяют величину степени уплотнения фракции 40 мм фракцией 7 мм по формуле , она равна У_у=1-7/40=0,825, безразмерная величина.

Определяют величину степени раздвижки фракции 40 мм фракцией 7 мм по формуле , она равна α=(2-0,825)³=1,622, безразмерная величина.

С использованием рассчитанных величин соотношение фракций в смеси уплотненно-раздвинутого типа определяется следующим образом.

Объем фракции 40 мм V₄₀=1 м³/1,622=0,617 м³. Объем фракции 7 мм складывается из расхода на раздвижку V₇=1 м³ - 0,617 м³ =0,383 м³ и из расхода на уплотнение 0,617 м³ фракции 40 мм.

V₇=0,617·У_у·V_п40, м³, при V_п40=0,49

V₇=0,617·0,825·0,49=0,249 м³

Общий расход фракции 7 мм составит V₇=0,383 м³ + 0,249 м³ =0,632 м³.

Пример 3. Определение величины степени раздвижки фракции щебня со средними размерами зерен 40 мм фракцией песка со средними размерами зерен 2,5 мм.

Отношение размеров зерен песка и щебня равно d₂/d₁=2,5 мм / 40 мм =0,0625, эта величина меньше 0,155, поэтому смесь щебня и песка будет относиться к заполненному типу.

Определяют величину степени заполнения фракции щебня 40 мм фракцией песка 2,5 мм по формуле , она равна У_з=1-2,5 мм/40 мм =0,938, безразмерная величина.

Определяют величину степени раздвижки фракции щебня 40 мм фракцией песка 2,5 мм по формуле , она равна α=(2-0,938)³=1,198, безразмерная величина.

С учетом рассчитанных величин для приготовления 1 м³ смеси расход щебня составит У_щ=1 м³/1,198=0,835 м³, а расход фракции песка 2,5 мм складывается из расхода на раздвижку щебня V_п=1 м³ - 0,835 м³ =0,165 м³ и из расхода на заполнение объема пустот щебня объемом 0,835 м³.

V_п=0,835·У_з·V_п40, м³, при V_п40=0,49

V_п=0,835·0,938·0,49=0,384 м³

Общий расход песка составит V_п=0,165 м³ + 0,384 м³ =0,549 м³.

V_щ+V_п=0,835 м³ + 0,549 м³ =1,384 м³.

V_Δ=1,384 м³ - 1 м³ =0,384 м³ - это расход на заполнение пустот щебня. Объем смеси 1 м³.

Пример 4. Определение величины степени раздвижки фракции щебня со средними размерами зерен 40 мм фракцией песка со средними размерами зерен 0,14 мм.

Отношение размеров зерен песка к размерам зерен щебня равно d₂/d₁=0,14 мм/40 мм=0,0035, эта величина меньше 0,155, поэтому смесь щебня и песка будет относиться к заполненному типу.

Определяют величину степени заполнения фракции щебня 40 мм фракцией песка 0,14 мм по формуле , она равна У_з=1-0,14 мм/40 мм =0,9965, безразмерная величина.

Определяют величину степени раздвижки фракции щебня 40 мм фракцией песка 0,14 мм по формуле , она равна α=(2-0,9965)³=1,011, безразмерная величина.

С учетом рассчитанных величин для приготовления 1 м³ смеси расход щебня составит У_щ=1 м³/1,011=0,989 м³, а расход фракции песка 0,14 мм складывается из расхода на раздвижку щебня V_п=1 м³ - 0,989 м³ =0,011 м³ и из расхода на заполнение объема пустот щебня объемом 0,989 м³.

V_п=0,989·У_з·V_п40, м³, при V_п40=0,49

V_п=0,989·0,9965·0,49=0,483 м³

Общий расход песка составит V_п=0,011 м³ + 0,483 м³ =0,494 м³.

Арифметическая сумма объемов щебня и песка равна

У_см=0,989 м³ + 0,494 м³ =1,483 м³.

Фактический объем смеси 1 м³, а 0,483 м³ - это расход песка на заполнение объема пустот щебня.

Пример 5. Способ определения величины раздвижки фракции песка со средними размерами зерен 2,5 мм фракцией песка со средними размерами зерен 0,14 мм.

Отношение размеров зерен во фракциях песка равно d₂/d₁=0,14 мм/2,5 мм=0,056, эта величина меньше 0,155, поэтому смесь песка на основе данных фракций будет относиться к заполненному типу.

Определяют величину степени заполнения фракции песка 2,5 мм фракцией песка 0,14 мм по формуле , она равна У_з=1-0,14 мм / 2,5 мм =0,944, безразмерная величина.

Определяют величину раздвижки одной фракции песка другой по формуле α=(2-У)³, она равна α=(2-0,944)³=1,178, безразмерная величина.

Рассчитанные величины означают, что для приготовления 1 м³ смеси песка заполнено-раздвинутого типа расход фракции песка 2,5 мм составит V_2,5=1 м³/1,178=0,849 м³, а расход фракции 0,14 мм складывается из расхода на раздвижку фракции песка 2,5 мм

V_0,14=1 м³ - 0,849 м³ =0,151 м³ и из расхода на заполнение объема пустот фракции песка 2,5 мм

V_0,14=0,849·У_з·У_п2,5, м³, при V_п2,5=0,4

V_0,14=0,849·0,944·0,4=0,321 м³

Объем смеси песка 1 м³, 0,321 м³ фракции 0,14 мм расходуется на заполнение объема пустот фракции 2,5 мм.

Испытания заявляемого способа, проведенные в лаборатории строительного павильона университета, показали, что смеси щебня, смеси щебня и песка, смеси песка, приготовленные с учетом рассчитанных величин степени уплотнения (заполнения) и величин степени раздвижки фракций с большими размерами зерен фракциями с меньшими размерами зерен, имеют объемно-массовые характеристики, соответствующие расчетным данным.

Заявляемый способ определения величины степени раздвижки крупнозернистых фракций мелкозернистыми легко осуществляется в любой лаборатории дорожно-строительного профиля силами среднетехнического персонала. Для его применения и внедрения не требуется никаких дополнительных приспособлений, все операции выполняются с использованием стандартного лабораторного оборудования.

Уменьшение объемов лабораторных испытаний материалов, повышение точности определения соотношений фракций в проектируемых смесях сыпучих материалов выгодно отличает заявляемый способ от известных и ныне применяемых в лабораторной практике.

Предлагаемый способ входит в качестве составной части в разработанные методы проектирования и оптимизации составов армированных технических материалов.

Изобретение относится к области испытания свойств материалов и может быть использовано в технологии искусственных строительных конгломератов и композиционных материалов, а также в процессе проектирования и оптимизации их составов. В способе определения величины степени раздвижки крупнозернистой фракции мелкозернистой методом ситового анализа определяют средние размеры зерен крупнозернистой и мелкозернистой фракций d₁ и d₂ соответственно, а величину степени раздвижки крупнозернистой фракции мелкозернистой α определяют по формуле α=(2-(1-d₂/d₁))³. Технический результат - определение величины коэффициента раздвижки с учетом только гранулометрических характеристик сыпучих материалов без постановки экспериментальных испытаний.

Способ определения величины степени раздвижки крупнозернистой фракции мелкозернистой, характеризующийся тем, что методом ситового анализа определяют средние размеры зерен крупнозернистой и мелкозернистой фракций d₁ и d₂ соответственно, а величину степени раздвижки крупнозернистой фракции мелкозернистой α определяют по формуле .