Патент на изобретение №2236005

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ УПЛОТНЕНИЯ КРУПНОЗЕРНИСТЫХ ФРАКЦИЙ МЕЛКОЗЕРНИСТЫМИ

(57) Реферат:

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=(( ₂M₁+ ₁М₂– ₁₂) ₁)/(М₁( ₁– ₁) ₂), где У – величина степени уплотнения крупнозернистой фракции мелкозернистой, безразмерная величина, M₁ – масса крупнозернистой фракции, расходуемой для приготовления единицы объема смеси, кг/л, ₁ – объемная масса крупнозернистой фракции, кг/л, ₁ – плотность зерен крупнозернистой фракции, кг/л, М₂ – масса мелкозернистой фракции, расходуемой для приготовления единицы объема смеси, кг/л, ₂ – объемная масса мелкозернистой фракции, кг/л. Технический результат – повышение точности определения величины степени уплотнения.

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=(( ₂M₁+ ₁М₂– ₁₂) ₁)/(М₁( ₁– ₁) ₂),

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

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

₁ – объемная масса крупнозернистой фракции, кг/л,

₁ – плотность зерен крупнозернистой фракции, кг/л,

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

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 ₁=1305 кг/м³ (1,305 кг/л), плотность зерен щебня равна ₁=2417 кг/м³ (2,417 кг/л).

Определяют объемную массу щебня с размерами зерен 10-15 мм, она равна 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=(( ₂M₁+ ₁М₂– ₁₂) ₁)/(М₁( ₁– ₁) 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 ₁=1305 кг/м³ (1,305 кг/л), плотность зерен щебня равна 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 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=(( ₂M₁+ ₁М₂– ₁₂) ₁)/(М₁( ₁– ₁) 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.

Формула изобретения

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=(( ₂M₁+ ₁М₂– ₁₂) ₁)/(М₁( ₁– ₁) ₂),

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

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

₁ – объемная масса крупнозернистой фракции, кг/л;

₁ – плотность зерен крупнозернистой фракции, кг/л;

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

₂ – объемная масса мелкозернистой фракции, кг/л.

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: 17.06.2005

Извещение опубликовано: 20.02.2007 БИ: 05/2007