Способ подбора состава бинарной сыпучей смеси

 

Использование: испытание и определение свойств материалов в технологии композиционных материалов. Сущность изобретения используют фракции с размерами зерен D и d при D d и 1 d / D 0. Определяют пустотность, плотность и насыпную плотность фракции с большими размерами зерен Рассчитывают объемный коэффициент раздвижки зерен а. Фракцию с размерами зерен d вводят в объеме, превышающем пустотность фракции с размерами зерен D на а-1/а. Насыпной объем каждой фракции определяют по формулам.

(19) RRU U(1Ц (5Ц 5 G 01 N 33 38

Комитет Российской Федерации по патентам и тотзарным знакам вр, ОписАние изОБРетент5

К ПАТЕИТУ

1 (21) 5039214/33 (22) 22.04.92 (46) 15.11.93 Бюл, Ия 41 — 42 (76) Голубев Александр Иванович (54) СПОСОБ ПОДБОРА СОСТАВА БИНАРНОЙ

СЫПУЧЕЙ СМЕСИ (57) Использование: испытание и определение свойств материалов в технологии композиционных материалов. Сущность изобретения: используют фракции с размерами зерен О и д при 0 > д и 1 > d

/ D > О. Определяют пустотность, плотность и насыпную плотность фракции с большими размерами зерен Рассчитывают объемный коэффициент раздвижки зерен а. Фракцию с размерами зерен d вводят в объеме, превышающем пустотность фракции с размерами зерен 0 на а-1/а. Насыпной объем каждой фракции определяют по формулам.

2003103 как заполнение пустот зерновых фракций и раздвижка одних зерен другими, Кроме того. с использованием известного способа определения объема фракций для получения смеси невозможно приготовить состав и сформировать структуру зернового каркаса с равноценным участием всех зерен в передаче внешних усилий через цепочку контактирующих зерен подбираемого состава. Применительно к упакованным системам это путь повышения прочности на сжатие материалов, конструкций и изделий, 50

Изобретение относится к испытаниям и определению свойств материалов и может быть использовано в технологии комлозицио н н ых материалов.

Известен способ оптимизации соотношения 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, Однако известные. способы определения соотношения компонентов для составления зерновой смеси не обеспечивают получение объемных и массовых соотношений сырья с требуемой степенью точности, т.к. не учитывают важнейших физических величин производственных материалов.

Кроме того. использование известных способов сопряжено с проведением большого количества экспериментальных испытаний исходных материалов и композиций, получаемых на их основе, что вызывает необоснованный расход электроэнергии, вспомогательных материалов, требует значительных трудозатрат и времени.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ on- 30 ределения количества каждой фракции для получения минеральной смеси, имеющей оптимальную плотность.

Количество наиболее крупной фракции (первой по перечню) определяется ло фор- 35

t00 К вЂ” 1 муле а =, а количество промежуK — 1 точной фракции по формуле ОО К-1) ах=

Ké-1 где а — количество первой фракции (наиболее крупной): К вЂ” коэффициент сбега: и— число фракций, Однако приведенные формулы, учиты- 45 вающие коэффициент сбега, обходят вниманием такие важнейшие физические явления

Данное изобретение обеспечивает снижение трудозатрат и времени на проведение испытаний сырьевых материалов, точное определение соотношения компонентов для получения 1 м бинарной смеси, з формирование оптимальной структуры смеси, в которой имеет место наибольшее количество контактов между зернами фракций, образующих механический остов (зерновой каркас) оптимально упакованной гранулометрической системы.

Указа. нный технический результат достигается тем, что при подборе состава 1 м бинарной сыпучей смеси, включающем определение пустотности, плотности и насыпной плотности фракции с большими размерами зерен, расчет объемного коэффициента раздвижки зерен по результатам гранулометрического анализа фракций и насыпного объема каждой фракции, испollüçóют фракции с размерами зерен D u d при D> d

d и l» — О, фракцию с размерами зерен d

0 вводят в объеме, превышающем пустотность фракции с размерами зерен 0 на

Q — 1 величину —, а насыпные объемы каждой а фракции определяют по формулам

Чл=1м а,мз; 4= 0(Чпр 1)+1 = (V p+ а-1) a )

=-1- Vo М =1-)9 ) где 1 — объем бинарной смеси, м; Чо, Vg— з. насыпные объемы фракций суазмерами зе-. рен соответственно D u d, м; Ч о — пустотность -фракции с размерами зерен D, безразмерная величина; р, р плотность и насыпная плотность соответственно фракции с размерами зерен О, кг/м; с- обьемз. ный коэффициент раздвижки зерен размером D зернами размером d, безразмерная величина, й.= 1-8.

Отличие предложенного технического решения от прототипа выражается приведенной совокупностью признаков и операций.

Исследование известных в науке и технике решений по подбору составов бинарных сыпучих смесей показало, что подбор составов бинарных сыпучих смесей, включающий определение пустотности, плотности, насыпной плотности фракции с большими размерами зерен, расчет объемного коэффициента раздвижки зерен по результатам гранулометрического анализа и насыпного объема каждой фракции, для получения 1 м3 бинарной смеси использование фракций с размерами зерен 0 и d лри D> d и 1» — 0, о

D введение фракции с размерами зерен d в

2003103 а после перемешивания объем бинарной смеси равен 1 м, поскольку пустотность з бинарной смеси равна Чп = Vo1з Чп0,13 =

1,60

5 2,7

= 0,444 (1 — — ) = 0,181, а обьем монолитных зерен

Чмон = (Ч5 Ч5 Vn5) + (Vo,13 Vo,13 хЧпо,1з) = 0,819 м

3 объем бинарной смеси составит Чгм = 0.819+

10 +0,181 = 1,000 м . а — 1

Таким образом, величина точно а соответствует разности между рассчитанным объемом Чв,1з = 0,444 и пустотностыо

15 рассчитанного объема Чв = 0,370, 0,444—

0,370 1,080 -1 а-1

1,080 а

Пример 2. Проводят ситовой анализ смеси измельченного известняка (по ГОСТ

20 8269-64, сита по ГОСТ 3584-73), выделяют монодисперсные фракции с размерами зерен 50 мм и 10 MM. Пустотность фракции с размерами зерен 50 мм, определенная по

ГОСТ 8269-64, равна 0,407. Плотность изве25 стняка — 2,7 10 кг/м; насыпная плотность

3, фракции с размерами зерен 50 л1м—

1,60 10 кг/см . Определяют обьемный коэффициент раздвижки зерен размером 50 мм зернами размером 10 мм по формуле:

Для обеспечения раздвижки на рассчитанную величину к насыпному обьему сферофракции с диаметром сфер 5 мм необходимо ввести насыпной объем сферофракции с диаметром сфер 0,13 мм в объеме, равном пустотности сферофракции с 40 а — 1 диаметром сфер 5 мм плюс, т.е. V,д+ а а — 1

+ —, при этом насыпные объемы каждой

Q фракции составляют

Чг>=1м а =Чв=1м 1,0801=0,926 з

Vd = Vo(VnD — 1) + 1 = 0,926(0,4 — 1) + 1 = з.

=0,444 м; 50

+ — 1) а 1= (0,4+ 1,080 — 1)x х1,080 = 0,444 м;

Va= 1 — у.Vo.p = 1 — 162 10х х0,926 (2,7 10 ) = 0,444 мз;

Vg = ), (p а} = 1 — 1,62 (2,7 1,080)

=0,444 м .

Арифметическая сумма насыпных объемов

Чр + Ча = Vo.1з + Чв = 0.926+ 0.444 > 0 объеме, превышающем пустотность фракции с размерами зерен О на величину а — 1 —, а определение насыпного объема

Q каждой фракции по формулам

ЧО=1 м а,л4; з. -1 э, Ч4 = Vo (VnD — 1)+ 1 = (Vno+ (Z 1) а 1= (/D .p- =1 — y(pa) не были обнаружены.

Это свидетельствует о том, что заявляемое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность предлагаемого способа иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Проводят ситовой анализ смеси стеклянных сферофракций и выделяют монодисперсную сферофракцию с диаметрами сфер 5 мм, а также сферофракцию с диаметрами сфер 0,13 мм. Пустотность сферофракции с диаметрами сфер 5 мм, определенная по ГОСТ 8735-65, равна 0,40, Плотность материала сфер, определенная по ГОСТ,8269-87, равна 2,7 10 кг/м, насыпная плотность сферофракции с диаметрами сфер 5 мм. определенная по ГОСТ

8269-87, равна 1,62 10 кгlм . Определяют обьемный коэффициент раздвижки сфер диаметром 5 мм сферами диаметром 0,13 мм по формуле а = — = == 1,728

Для обеспечения раздвижки на указанную величину к насыпному обьему фракции с размерами зерен 50 мм необходимо ввести насыпной объем фракции с размерами зерен 10 мм в объеме, равном величине пустотности фракции с размерами зерен 50 а — 1 а — 1 мм плюс —, т.е, Vn o+, при этом а Q насыпные объемы каждой фракции определя(от по формулам:

VD = Vso = 1м а =1 м 1,728

=0,578 м, Vd = VD(VnD -1)+ 1 = 0,578(0,407-1)+ 1 =

= 0,657 м, V4 =(V 0+ а-12 а =(0.407+ 1,7281) 1,728 =0,656 м, -1

Чс} = 1 — y Vo p " = 1 — 1,60 0,578х х2,7 = 0,657 м, Ч,1 = 1 — у р а) = 1 — 1,60 (2,7 1,728)

=0,657 м .

Арифметическая сумма насыпных объемов Чо + Vg = 0,578 + 0,657 > 1, а после перемешивания объем бинарной смеси равен 1 мз, поскольку этот объем состоит из суммы монолитных объемов и объема меж2003103 зерновых пустот фракции с размерами зерен 10 мм.

Чмон = (V50 V50 Чп50) + (Ч10 V10 х х Чп10) = (0,578 — 0,578 0,407) + (0,657— — 0,657 0,433) = 0,716 м, Чпсм = Чп10 = 0,657 0,433 = 0,284. объем бинарной смеси составит

Чсм = Чмон + Чпсм "0,716 + 0,284 = 1,000

3 а — 1

Таким образом, величина — точно соота ветствует разности между рассчитанным насыпным обьемом V10 = 0,657 и пустотностью рассчитанного насыпного объема V50=

= 0.578 (Чп50 = 0,235) 0,657 — 0,235 = 0,422; — = 0,421, 1,728

Из примера 1 и 2 видно, что между величиной пустотности и величиной раздвижки зерен существует математическая зависимость, позволяющая рассматривать физические явления в процессах упаковки зерен с научных позиций.

Наличие в отличительной части формул лы изобретения выражений 0 > d и 1» — 0

0 ограничивает границы применимости соотношений размеров зерен и объемного коэффициента раздвижки зерен.

При d = О, — =, а = (1 + — ) = 13 = 1, d 0

0 О при такой величине коэффициента раздвижки отсутствует раздвижка и зерна размером D касаются друг друга. При D =

С1З З З

=d, а=(1 — — ) = (14 1) =2 =8,коэффициент раздвижки имеет максимальную вео личину раздвижки, При — > 1 d> 0

D нарушается условие D>d, введенное в формуле изобретения.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОДБОРА СОСТАВА БИНАРНОИ.СЫПУЧЕЙ СМЕСИ. включающий определение пустотности, плотности и насыпной плотности фракции с большими размерами зерен. расчет объемного коэффициента раздвижки зерен и по результатам гранулометрического анализа и насыпного объема каждой фракции, отличающийся тем, что для получения 1м сме3 си используют фракции с размерами зерен

О и 0 при D > d и 1> — > О, фракцию с разd

D мерами зерен d вводят,в объеме, превышающем пустотность фракции с размерами

Применение предлагаемого способ подбора состава бинарной смеси по сравнению с прототипом обеспечивает высокую точность определения насыпных объемов

5 фракций для приготовления единицы объема смеси, возможность определения соотношений фракций как по насыпным объемам, так и по массе (соответствующим умножением на плотность или насыпную

10 плотность). Кроме того, для производства расчетов требуется ограниченный перечень физических показателей сырья (сведения по ситовому анализу, пустотность или плотность и насыпная плотность), что сущест15 венно снижает объем трудозатрат, материалов, энергии и времени на проведение испытаний сырья, отпадает необходимость в корректировке состава.

Использование в расчетах физических по20 казателей реально используемых материа.лов также способствует получению более точных результатов для приготовления бинарной сыпучей смеси с улучшенными характеристиками.

25 Применение предлагаемого способа обеспечивает также возможность оптимизации структуры сыпучей смеси с максимально плотной упаковкой зерен, с минимальной остаточной пустотностью, с

30 оптимальным числом контактов между зернами в полном соответствии с физическими закономерностями, сущность которых адекватно отражают математические зависимости, которые легко перевести на любой язык.

35 3ВМ с целью оптимизации составов по заказам конкретного потребителя. (56) Комар А,Г. Строительные машины и изделия. — M.: Высшая школа, 1976, с.193, 40 Гезенцвей Л.Б, и др. Дорожный асфальтобетон., M.. Транспорт, 1985, с.110 — 113, и — 1

45 зерен D на — а насыпные объемы кажи дой фракции определяют по формулам

Чр 1м и M

З -1 З.

Vd=Vo(V„p — 1)+1 или

50 (Vno+ и — 1) и, или

1 — 1.Vp р, или

1 — у(р и) где 1 - объем бинарной смеси, м; з, Vo Ч 1 - насыпные объемы фракций с размерами зерен соответственно D u з, Чпр - пустотность фракции с размерами зерен D, безразмерная величина;

2003103

Составитель. А.Голубев

Техред М.Моргентал Корректор. С.Лисина

Редактор А.3 робок

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3231

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 р и у - плотность и насыпная плотность соответственно фракции с размерами зерен О, кг/м . а - объемный коэффициент раздвижки зерен размером 0 зернами размером

d, безразмерная величина, а = 1-8.