Способ расчета состава тернарной сыпучей смеси

 

Использование: испытание и определение свойств материалов, технология композиционных материалов. Сущность: способ расчета количественного состава тернарной сыпучей смеси включает опредение объемных коэффициентов ₁, ₂, ₃ 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 _{1 2} и ₃ и и

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 ₁= ; ₂= ; ₃= определяют пустотность фракций с размерами зерен d₁ и d₂, а насыпной объем каждой фракции определяют по формулам V₁=1 м³ (₁₂)^-1 м³; V₂= (V_п1+₁₂ 1) (₁₂₃)^-1 м³; V₃= (V_п1+₁₂-1)(V_п2+₃-1)x
x (₁₂₃) ^-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;
₁, ₂, ₃ 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
₁= _40-5= = = 1,423;
₂= _40-1,25= = = 1,098;
₃= _5-1,25= = = 1,953 определяют насыпной объем каждой фракции для приготовления тернарной сыпучей смеси объемом 1 м³ по формулам
V₁= V₄₀=1 м³ (₁₂)^-1=1 м³(1,423 1,098)^-1=0,640 м³;
V₂=V₅=(V_п1+₁₂-1)(₁₂₃)^-1= (0,410+1,423 1,098-1) (1,423 1,098 1,953)^-1=0,318 м³;
V₃=V_1,25=( V_п1+₂ 1) (V_п2+₃-1) x
x(₁₂₃)^-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-V₁V_п1) + + (V₂-V₂V_п2)+(V₃-V₃V_п3)= (0,640-0,6400,410) + (0,318-0,318 0,418)+(0,437-0,4370,426)= 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
₁= _5-1,25= = = 1,428
₃= _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 (₁₂)^-1=
1 м³(1,953 1,428)^-1=0,359 м³;
V₂= V_1,25=1 м³(V_п1+ ₁₂-1) (₁₂₃)^-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+₁₂-1)(V_п2+₃-1)x
x (₁₂₃)^-1(0,392+1,953 1,428-1)х (0,398+3,402) (1,953 1,4283,402)^-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-V₁V_п)+(V₂+V₂V_п2)+
+ (V₃-V₃ V_п3)=(0,359-0,359 0,392)+
+(0,230-0,2300,398)+(0,644-0,644
0,405)= 0,218+0,138+0,383= 0,739 м³ и остаточной пустотности смеси V_оп= V₃ V_п3= 0,6440,406=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.

Формула изобретения

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(₁₂)^-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;
₁, ₂, ₃ объемные коэффициенты раздвижки зерен соответственно размером d₁ зернами размером d₂ и d₃, размером d₂ зернами d₃ безразмерные величины, = 1 - 8..