Патент на изобретение №2244921
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВОВ СЫПУЧИХ СИСТЕМ ЗАПОЛНЕННОГО ТИПА
(57) Реферат:
Изобретение относится к испытанию свойств материалов и может быть использовано в технологии строительных и дорожных материалов. В способе определения составов сыпучих би- квинарных систем заполненного типа при размерах зерен во фракциях d1>d2>d3>d4>d5 и отношениях размеров зерен d2/d1, d3/d2, d4/d3, d5/d4 меньше 0,155 объем фракций определяют для бинарных систем V1 = 1 м3,V2=V1·У1·Vn1, У1 = 1 – d2/d1, для тернарных систем V1 =l м3, V2 = V1·У1·Vп1, м3, V3=V2·У2·Vп2, м3, У1= 1-d2/d1, У2= 1-d3/d2, для кватернарных систем V1 =l м3, V2 = V1·У1·Vn1, м3, V3=V2·У2·Vп2, м3, V4= V3·У3·Vп3, м3, У1= 1-d2/d1, У2= 1-d3/d2, У3= 1-d4/d3, для квинарных систем V1 =l м3, V2 = V1·У1·Vn1, м3, V3=V2·У2·Vп2, м3, V4= V3·У3·Vп3, м3, V5= V4·У4·Vп4, м3, У1= 1-d2/d1, У2= 1-d3/d2, У3= 1-d4/d3, У4= 1-d5/d4, где V1, V2, V3, V4, V5 – объем фракции с размером зерен соответственно d1, d2, d3, d4, d5, м3, У1 У2, У3, У4 – величина степени заполнения объема пустот фракций с большими размерами зерен фракциями с меньшими размерами зерен, безразмерная величина, пределы изменений которой лежат в интервале 0<У
Изобретение относится к области испытаний и определения свойств материалов и может быть использовано в технологии строительных и дорожных материалов. Известен способ определения количества каждой фракции для получения минеральной смеси (Дорожный асфальтобетон, под ред. Л.В.Гезенцвея, изд. 2-е, М.: Транспорт, 1985, 350 с., с.112), заключающийся в том, что исходный сыпучий материал подвергают фракционированию, выделяют фракции с узким интервалом размеров зерен, при этом количество наиболее крупной фракции (первой по перечню) определяется по формуле: а=100(К-1)/(Кn-1), а количество промежуточной фракции по формуле aх=(100(К-1)/(Кn-1))Кх-1, где а – количество первой фракции (наиболее крупной); К – коэффициент сбега; n – количество фракций. Однако приведенные формулы, включающие отношения размеров зерен смежных фракций через коэффициент сбега, не учитывают основного показателя крупнозернистой фракции – пустотности. В основе создания изобретения лежит задача по разработке такого способа определения состава сыпучей смеси, который обеспечивает возможность регулирования объемной массы смеси и установления количественной взаимосвязи между всеми фракциями, входящими в состав проектируемой сыпучей системы, а также между размерами их зерен. Технический результат достигается тем, что используют пропорциональность размеров зерен смежных фракций, а также величину пустотности всех фракций и степень ее заполнения зернами меньших размеров. Поставленная задача достигается тем, что в способе определения составов сыпучих би- квинарных систем заполненного типа при размерах зерен во фракциях d1>d2>d3>d4>d5 и отношениях размеров зерен d2/d1, d3/d2, d4/d3, d5/d4 меньше 0,155, объем фракций определяют для бинарных систем V1=1 м3, V2=V1·У1·Vn1 У1=1-d2/d1, для тернарных систем V1=1 м3, V2=V1·У1·Vп1, м3, V3=V2·У2·Vn2, м3, У1=1-d2/d1, У2=1-d3/d2, для кватернарных систем V1=1 м3, V2=V1·У1·Vn1, м3, V3=V2·У2·Vn2, м3, V4=V3·V3·Vп3, м3, У1=1-d2/d1, У2=1-d3/d2, У3=1-d4/d3, для квинарных систем V1=1 м3, V2=V1·У1·Vn1, м3, V3=V2·У2·Vп2, м3, V4=V3·У3·Vп3, м3, V5=V4·У4·Vп4, м3, У1=1-d2/d1, У2=1-d3/d2, У3=1-d4/d3, У4=1-d5/d4, где V1, V2, V3, V4, V5 – объем фракции с размером зерен соответственно d1, d2, d3, d4, d5, м3, У1 У2, У3, У4 – величина степени заполнения объема пустот фракций с большими размерами зерен фракциями с меньшими размерами зерен, безразмерная величина, пределы изменений которой лежат в интервале 0<У Vп1, Vп2, Vп3, Vп4 – величина пустотности фракции с размером зерен соответственно d1, d2, d3, d4, безразмерная величина. В процессе изучения свойств сыпучих смесей, приготовленных на основе нескольких фракций с разными размерами зерен, было установлено, что размер зерен во фракции определяет величину объема межзерновых пустот. При использовании следующей смежной фракции с меньшими размерами зерен, соизмеримыми или меньше размеров пустот, обеспечивается заполнение объема пустот заполняемой фракции. Степень заполнения (У) зависит от размера зерен заполняющей фракции; при использовании dn, стремящемся к dn-1, У стремится к 0 (нет заполнения), при dn, стремящемся к 0, У стремится к 1 (наиболее полная степень заполнения объема пустот заполняемой фракции). Установленные закономерности в системах заполненного типа обеспечивают возможность расчета сложных по числу фракций сыпучих систем простейшими математическими средствами. Способ осуществляется следующим образом. В лаборатории строительного профиля производят испытания сыпучих материалов на их пригодность к использованию в производстве бетонных или асфальтобетонных смесей. Пригодные к применению сыпучие материалы подвергают фракционированию. Каждую фракцию щебня (гравия) или песка испытывают с определением следующих показателей их свойств: насыпной плотности (объемной массы), кг/м3, истинной плотности (удельный вес) материала щебня (минерала) или песка, г/см3, величины объема пустот каждой фракции (определяется экспериментально или методом расчета). В полидисперсных (полифракционных) сыпучих материалах по результатам ситового или седиментационного анализа определяют средний размер зерен в каждой фракции. Для определения составов проектируемых сыпучих смесей по заявляемому способу требуется наличие только объемно-массовых и гранулометрических характеристик фракций, используемых для приготовления сыпучих смесей. Характеристики исходных сырьевых фракций (получены по результатам испытаний каждой фракции): Фракция со средними размерами зерен d1=60 мм, Фракция со средними размерами зерен d2=8,4 мм, Фракция со средними размерами зерен d3=1,18 мм, Фракция со средними размерами зерен d4=0,16 мм, истинная плотность материала гранита d1+d2; d1+d3; d1+d4; d2+d3; d2+d4; d3+d4. Пример 1. Расчет состава бинарной смеси заполненного типа на основе фракций с размерами зерен di и d2. Для приготовления 1 м3 смеси требуется 1 м3 фракции с размерами зерен di V1=1 м3, G1=1370 кг/м3, а расход фракции с размерами зерен d2 определяется по формуле V2=V1·У·Vп1, м3, V1=1 м3; У=1-d2/d1=1-8,4/60=0,860 Vп1=1- V2=1 м3·0,860·0,489=0,421 м3 G2=У2 м3· Объемная масса рассчитанного состава смеси равна:
Vмсм=V1·(1-Vn1)+V2·(1-Vn2), м3 и равен Умсм=1 м33+0,209 м3=0,720 м3, Vn2=1-1330/2680=0,504 Объем пустот в смеси определяется по формуле Vпcм,=V1(1-У)·Vn1+V2·Vn2=1 м3(1-0,860)·0,489+0,421 м3·0,504=0,280 м3 Объем смеси определяется по формуле Усм=Умсм+Vncм=0,720 м3+0,280 м3=1,000 м3 (расчет состава смеси произведен правильно). Пример 2. Расчет состава бинарной смеси заполненного типа на основе фракций с размерами зерен d1 и d3. Для приготовления 1 м3 смеси требуется 1 м фракции с размерами зерен d1 V1=1 м3, G1=1370 кг/м3, а расход фракции с размерами зерен d3 определяется по формуле V3=V1·У·Vn1, м3, V1=1 м3; У=1-d3/d1=1-1,18/60=0,980 Vп1=1-1370/2680=0,489, V3=1 м3·0,980·0,489=0,479 м3 G3=0,479 м3·1320 кг/м3=632 кг. Объемная масса рассчитанного состава смеси Vмсм=V1-(1-Vn1)+V3-(1-Vn3), м3 Vn3=1-1320/2680-0,507 Умсм=1м3 (1-0,489)+0,479(1-0,507)=0,511+0,236=0,747 м3 Объем пустот в смеси определяется по формуле Vncм=V1·(1-У)·Vn1+У3·Vn3=1м3 (1-0,980)·0,489+0,479 м3·0,507=0,253 м3 Объем смеси равен Усм=Умсм+Vncм=0,747 м3+0,253 м3=1,000 м3 (расчет состава смеси произведен правильно). Пример 3. Расчет состава бинарной смеси заполненного типа на основе фракций с размерами зерен d1 и d4. V1=1 м3, G2=1 м3·1370 кг/м3, Расход фракции с размерами зерен d4 составляет V4=V1·У·n1, м3, V1=1 м3; У=1-d4/d1=1-0,16/60=0,997 Vn1=1-1370/2680=0,489, V4=1 м3·0,997·0,489=0,488 м3 G4=0,488 м3·1306 кг/м3=637 кг. Объемная масса рассчитанного состава смеси равна:
Объем монолитного материала в смеси определяется по формуле Vмcм=V1·(1-Vп1)+V4·(1-Vп4), м3 Vп4=1-1306/2680=0,513 Умсм=1 м3(1-0,489)+0,488(1-0,513)=0,749 м3 Объем пустот в смеси определяется по формуле Vпcм=V1(1-У)·Vп1+V4·Vп4=1м3(1-0,997)·0,489+0,488 м3·0,513=0,251 м3 Объем рассчитанного состава смеси равен Усм=Vмсм+Vпcм=0,749 м3+0,251 м3=1,000 м3, (расчет состава смеси произведен правильно). Пример 4. Расчет состава бинарной смеси заполненного типа на основе фракций с размерами зерен d2 и d3. Для приготовления 1 м3 смеси требуется 1 м3 фракции с размерами зерен d2 V2=1 м3, G2=1 м3·1330 кг/м3=1330 кг, а расход фракции с размерами зерен 1з определяется по формуле V3=V2·У·Vп2, м3, V2=1 м3; У=1-d3/d2=1-1,18/8,4=0,860 Vп2=1-1330/2680=0,504, V3=1 м3·0,860·0,504=0,433 м3 G3=0,433 м3·1320 кг/м3=572 кг. Объемная масса рассчитанного состава смеси равна:
Vмсм=1 м3·(1-0,504)+0,433·(1-0,507)=0,710 м3, Vп3=1-1320/2680=0,507 Объем пустот в рассчитанном составе смеси равен Vпcм=1 м3(1-0,860)·0,504+0,433 м3·0,507=0,290 м3 Объем рассчитанного состава смеси равен Усм=Vмcм+Vпcм=0,710 м3+0,290 м3=1,000 м3 (расчет состава смеси произведен правильно). Пример 5. Расчет состава бинарной смеси заполненного типа на основе фракций с размерами зерен d2 и d4. Для приготовления смеси объемом 1 м требуется 1 м3 фракции с размерами зерен d2 V2=1 м3, G2=1 м3·1330 кг/м3=1330 кг, а расход фракции с размерами зерен d4 определяется по формуле V4=V2·У·Vп2, м3, V2=1 м3; У=1-d4/d2=1-0,16/8,4=0,981 Vп2=1-1330/2680=0,504, V4=1 м3·0,981·0,504=0,494 м3 G4=0,494 м3·1306 кг/м3=645 кг. Объемная масса рассчитанного состава смеси равна:
Объем монолитного материала в смеси равен Vмcм=1 м3·(1-0,504)+0,494·(1-0,513)=0,737 м3, Объем пустот в рассчитанном составе смеси равен Vпcм=1 м3·(1-0,981)·0,504+0,494 м3·0,513=0,263 м3 Объем рассчитанного состава смеси равен Vсм=Vмсм+Vпcм=0,737 м3+0,263 м3=1,000 м3 (расчет состава смеси произведен правильно). Пример 6. Расчет состава бинарной смеси заполненного типа на основе фракций с размерами зерен d2 и d4. Для приготовления смеси объемом 1 м3 требуется 1 м3 фракции с размерами зерен d3, V3=1 м3, G3=1 м3·1320 кг/м3=1320 кг, а расход фракции с размерами зерен d^ определяется по формуле V4=V3·У·Vп3, м3, V3=1 м3; У=1-0,16/1,18=0,864, Vп3=1- V4=1 м3·0,864·0,507=0,438 м3 G4=0,438 м3·1306 кг/м3=572 кг. Объемная масса рассчитанного состава смеси равна:
Объем монолитного материала в смеси равен Vмсм=1 м3·(1-0,507)+0,438·(1-0,513)=0,706 м3, Объем пустот в рассчитанном составе смеси равен Vпcм=1 м3(1-0,864)·0,507+0,438 м3·0,513=0,294 м3 Объем рассчитанного состава смеси равен Vcм=0,706 м3+0,294 м3=1,000 м3 (расчет состава смеси произведен правильно). Результаты расчета примеров 1-6 сведены в таблицу 1
Расчет составов тернарных сыпучих систем заполненного типа. На основе имеющихся фракций можно рассчитать и приготовить тернарные смеси заполненного типа следующих составов (на основе трех фракций) d1+d2+d3; d1+d2+d4; d2+d3+d4 Пример 7. Расчет состава тернарной смеси заполненного типа на основе фракции с размерами зерен d1, d2 и d3. Для приготовления смеси объемом 1 м3 требуется 1 м3 фракции с размерами зерен d1 V1=1 м3, G=1370 кг, а расход фракции с размерами зерен d2 определяется по формуле V2=V1·У1·Vп1, м3, V1=1 м3; У1=1-d2/d1=1-8,4/60=0,860, Vп1=1-1370/2680=0,489, V2=1 м3·0,860·0,489=0,421 м3 G2=0,421 м3·1330 кг/м3=560 кг. Расход фракции с размерами зерен d3 определяется по формуле V3=V2·У2·Vп2, м3, V2=0,421 м3; У2=1-d3/d2=1-1,18/8,4=0,860, Vп2=1- V3=0,421·0,860·0,504=0,182 м3 G3=0,182 м3·1320 кг/м3=240 кг. Объемная масса рассчитанного состава тернарной смеси заполненного типа равна:
Объем монолитного материала в смеси определяется по формуле. Vмcм=V1·(1-Vп1)+V2·(1-Vп2)+V3·(1-Уп3), м3 и равен Vмсм=1 м3·(1-0,489)+0,421·(1-0,504)+0,182·(1-0,507)=0,810 м3, Объем пустот в рассчитанном составе смеси определяется по формуле Vпcм=V1(1-У1)·Vп1+V2(1-У2)·Vп2+V3·Vп3, м3 и равен Vпcм=1 м3·(1-0,860)·0,489+0,421·(1-0,860)·0,504+0,182·0,507=0,190 м3 Объем рассчитанного состава тернарной смеси заполненного типа равен Усм=Vмсм+Vпcм=0,810 м3+0,190 м3=1,000 м3 (расчет состава смеси произведен правильно). Пример 8. Расчет состава тернарной смеси заполненного типа на основе фракций с размерами зерен d1, d2 и d4. Для приготовления смеси объемом 1 м3 требуется 1 м3 фракции с размерами зерен d1 V1=1 м3, G1=1 м3·1370 кг/м3=1370 кг, а расход фракции с размерами зерен d2 определяется по формуле V2=V1·У1·Vп1, м3, V1=1 м3; У1=1-d2/d1=1-8,4/60=0,860, Vп1=1-1370/2680=0,489, V2=1 м3·0,860·0,489=0,421 м3 G2=0,421 м3·1330 кг/м3=560 кг. Расход фракции с размерами зерен d4 определяется по формуле Vп2=1- V4=0,421·0,981·0,504=0,208 м3 G4=0,208 м3·1306 кг/м3=272 кг. V4=V2·У2·Vп2, м3, V2=0,421 м3; У2=1-0,16/8,4=0,981. Объемная масса рассчитанного состава тернарной смеси заполненного типа равна:
Объем монолитного материала в смеси определяется по формуле Vмсм=V1·(1-Vп1)+V2·(1-Vп2)+V4·(1-Vп4), м3 и равен Vмсм=1 м3·(1-0,489)+0,421·(1-0,504)+0,208·(1-0,513)=0,821 м3, Объем пустот в рассчитанном составе смеси определяется по формуле Vпcм=V1(1-У1)·Vп1+V2(1-У2)·Vп2+V4·Vп4, м3 и равен Vпcм=1 м3·(1-0,860)·0,489+0,421·(1-0,981)·0,504+0,208·0,513=0,179 м3 Объем рассчитанного состава тернарной смеси заполненного типа равен Vсм=Vмcм+Vпсм=0,821 м3+0,179 м3=1,000 м3 (расчет состава смеси произведен правильно). Пример 9. Расчет состава тернарной смеси заполненного типа на основе фракций с размерами зерен d2, d3 и d4. Для приготовления смеси объемом 1 м3 требуется 1 м3 фракции с размерами зерен d2 V2=1 м3, G2=1 м3·1330 кг/м3=1330 кг, а расход фракции с размерами зерен d3 определяется по формуле У3=V2·V1·Vп2, м3, V2=1 м3; У1=1-d3/d2=1-1,18/8,4=0,860, Vп2=1-1330/2680=0,504, V3=1 м3·0,860·0,504=0,433 м3 G3=0,433 м3·1320 кг/м3=572 кг. Расход фракции с размерами зерен d4 определяется по формуле V4=V3·У2·Vп3, м3, V3=0,433 м3; У2=1-d4/d3=1-0,16/1,18=0,864, Vп3=1-1320/2680=0,507, V4=0,433·0,864·0,507=0,190 м3 G4=0,190 м3·1306 кг/м3=248 кг. Объемная масса рассчитанного состава тернарной смеси заполненного типа равна:
Объем монолитного материала в смеси определяется по формуле Vмсм=V2·(1-Vп2)+V3·(1-Vп3)+V4·(1-Vп4), м3 и равен Vмсм=1 м3·(1-0,504)+0,433·(1-0,507)+0,190·(1-0,513)=0,802 м3. Объем пустот в рассчитанном составе смеси определяется по формуле Vпcм=V2·(1-У1)·Vп2+V3(1-У2)·Vп3+V4·Vп4, м3 и равен Vпcм=1 м3·(1-0,860)·0,504+0,433·(1-0,864)·0,507+0,190·0,198 м3. Объем рассчитанного состава тернарной смеси заполненного типа равен Vсм=Умсм+Vпcм=0,802 м3+0,198 м3=1,000 м3 (расчет состава смеси произведен правильно). Пример 10. Расчет состава кватернарной смеси заполненного типа на основе фракций с размерами зерен d1, d2, d3 и d4. Для приготовления смеси объемом 1 м3 требуется 1 м3 фракции с размерами зерен V1=1 м3, G1=1 м3·1370 кг/м3= 370 кг, а расход фракции с размерами зерен d2 составляет V2=421 м3, G2=560 кг (из примера 7), расход фракции с размерами зерен d3 составляет V3=0,182 м3; G3=240 кг (из примера 7) Расход фракции с размерами зерен d4 определяется по формуле V4=V3·У3·Vп3, м3, У3=1-d4/d3=1-0,16/1,18=0,864, Vп3=1-1320/2680=0,507, V4=0,182·0,864·0,507=0,080 м3 G4=0,080 м3·1306 кг/м3=105 кг. Объемная масса рассчитанного состава кватернарной смеси заполненного типа равна:
Объем монолитного материала в рассчитанном составе смеси определяется по формуле Vмсм=V1·(1-Vп1)+V2·(1-Vп2)+V3·(1-V3)+V4·(1-Vп4), м3, Умсм=1м3·(1-0,489)+0,421·(1-0,504)+0,182·(1-0,507)+0,08·(1-0,513)=0,849 м3, Объем пустот в рассчитанном составе смеси определяется по формуле Vпсм=V1(1-У1)·Vп1+V2(1-У2)·Vп2+V3(1-У3)·Vп3+V4·Vп4, м3 Vncм=1м3·(1-0,860)·0,489+0,421·(1-0,86)·0,504+0,182·(1-0,864)0,507+0,08-0,513=0,151 м3 Объем рассчитанного состава тернарной смеси заполненного типа равен Vcм=Vмсм+Vпсм=0,849 м3+0,151 м3=1,000 м3 (расчет состава смеси произведен правильно). Результаты расчета составов тернарных и кватернарных смесей заполненного типа сведены в таблицу 2 (примеры 7-10).
Методы расчета составов сыпучих смесей, приведенные в материалах заявки, были проведены в лаборатории павильона инженерно-строительного факультета университета. Испытания проведены со смесями щебня и кварцевого песка. Фракции щебня и песка с различными размерами зерен были выделены с использованием стандартного набора сит (0,14-40,0 мм – для щебня, 0,14-10 мм – для песка). Определение объемной массы фракций и смесей на их основе проведено с использованием общепринятой, стандартной методики (справочник под ред. И.В.Горелышева. Материалы и изделия для строительства дорог. М.: Транспорт,1986). В результате испытаний смеси установлено, что увеличение объемной массы смесей щебня и песка происходит в соответствии с закономерностями, изложенными в заявке, изменения объема смеси не происходит при введении рассчитанных количеств мелкодисперсных фракций, что указывает на то, что действительно в системе имеет место уплотнение зерен и увеличение содержания монолитного материала щебня или песка. Заявляемый способ определения состава сыпучей системы обеспечивает уменьшение объема лабораторных испытаний сыпучих материалов, квалифицированный выбор фракций для получения смесей целевого назначения, регулирование их свойств, возможность оптимизации составов и структур с использованием средств компьютерной техники.
Формула изобретения
Способ определения составов сыпучих би- квинарных систем заполненного типа, характеризующийся тем, что при размерах зерен во фракциях d1>d2>d3>d4>d5 и отношениях размеров зерен d2/d1, d3/d2, d4/d3, d5/d4 меньше 0,155 объем фракций определяют для бинарных систем V1 = 1 м3, V2=V1·У1·Vп1 У1 = 1 – d2/d1, для тернарных систем V1 =1 м3, V2 = V1·У1·Vп1, м3, V3=V2·У2·Vп2, м3, У1= 1-d2/d1, У2= 1-d3/d2, для кватернарных систем V1 = 1 м3, V2 = V1·У1·Vп1, м3, V3=V2·У2·Vп2, м3, V4= V3·У3·Vп3, м3, У1= 1-d2/d1, У2= 1-d3/d2, У3= 1-d4/d3, для квинарных систем V1 =l м3, V2 = V1·У1·Vп1, м3, V3=V2·У2·Vп2, м3, V4= V3·У3·Vп3, м3, V5= V4·У4·Vп4, м3, У1= 1-d2/d1, У2= 1-d3/d2, У3= 1-d4/d3, У4= 1-d5/d4, где V1, V2, V3, V4, V5 – объем фракции с размером зерен соответственно d1, d2, d3, d4, d5, м3, У1, У2, У3, У4 – величина степени заполнения объема пустот фракций с большими размерами зерен фракциями с меньшими размерами зерен, безразмерная величина, пределы изменений которой лежат в интервале 0<У Vп1, Vп2, Vп3, Vп4 – величина пустотности фракции с размером зерен соответственно d1, d2, d3, d4 – безразмерная величина.
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 13.05.2005
Извещение опубликовано: 20.02.2007 БИ: 05/2007
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1, Vп1, Vп2, Vп3, Vп4 – величина пустотности фракции с размером зерен соответственно d1, d2, d3, d4, безразмерная величина. Технический результат – обеспечение возможности регулирования объемной массы смеси и установления количественной взаимосвязи между всеми фракциями, входящими в состав проектируемой смеси, а также между размерами их зерен. 2 табл.
1=1370 кг/м3,
=2,68 г/см3.