Способ подбора состава бинарной сыпучей смеси

Комитет Российской Федерации по патентам и тоиарным знакам РЕТЕН ПАТЕЛ Т фра 41-42др ИвановичОРА СОСТАВА БИНАРНОЙ(57) Использованиесвойств материаловматериалов. Сущно 1 спытание и определение ехнологии композиционных ь изобретения: используют(19) ЮУ (1 Ц (5 Ц Я 601 ХЗЗ 38 и с размерами зерен О и д при Од и 1б О, Определяют пустотность, плотность и наплотность фракции с большими размерами Рассчитывают объемный коэффициент раззерен а. Фракцию с размерами зерен б в объеме, превышающем пустотность фрак- размерами зерен О на а/а. Насыпной каждой фракции определяют по формулам. сыпнуюзерен.движкивводятции собъемкак заполнение пустот зерновых фракций ираздвижка 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 иопределению свойств материалов и можетбыть использовано в технологии композиционных материалов.Известен способ оптимизации соотношения между песком и щебнем, заключающийся в определении зернового состава поидеальным кривым просеивания и табличным данным с последующим уточнениемподобранного состава экспериментальнымпутем, Известен также способ определениярасхода щебня и песка для бетонных смесейпо формулам,Однако известные. способы определения соотношения компонентов для составления зерновой смеси не обеспечиваютполучение объемных и массовых соотношений сырья с требуемой степенью точности,т,к. не учитывают оажнейших физическихвеличин производственных материалов, 20Кроме того. использование известных способов сопряжено с проведением большогоколичества экспериментальных испытанийисходных 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 определения количества каждой фракции дляполучения минеральной смеси, имеющейоптимальную плотность.Количество наиболее крупной Фракции(первой по перечню) определяется по фор100 К - 1муле а - , а количество промежуКн точной фракции по формуле300 Кх 1ах=К" - 1где а - количество первой фракции (наиболее крупной): К - коэффициент сбега: и -число фракций,Однако приведенные формулы, учиты-. 45вающие 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,зформирование оптимальной структуры смеси, в которой имеет место наибольшее количество контактов между зернами фракций,образующих механический остов (зерновойкаркас) оптимально упакованной гранулометрической системы,Указанный технический результат достигается тем, что при подборе состава 1 мбинарной сыпучей смеси, включающем определение пустотности, плотности и насыпной плотности фракции с большимиразмерами зерен, расчет объемного коэффициента раздвижки зерен по результатамгранулометрического анализа фракций и насыпного объема каждой фракции, используют фракции с размерами зерен О и б при О бби 1 - О, фракцию с размерами зерен бОвводят в объеме, превышающем пустотность фракции с размерами зерен О наа - 1величину, а насыпные объемы каждойафракции определяют по формуламЧо=1 м а ,мз;Чд=Чо(Ч.о)+1= (Ч.о+ а) а-) ==-1-) Чо р=1-)Ь а)где 1 - объем бинарной смеси, м; Чо, Ч -з,насыпные обьемы фракций сзоазмерами зерен соответственно Р и б, м; Чло - пустотность фракции с размерами зерен О,безразмерная величина; р,у- плотность инасыпная плотность соответственно фракции с размерами зерен О, кг/м; а- обьемз,ный коэффициент раздвижки зеренразмером О зернами размером б, безразмерная величина, а.= 1-3.Отличие предложенного техническогорешения от прототипа выражается приведенной совокупностью признаков и операций.Исследование известных в науке и технике решений по подбору составов бинарных сыпучих смесей показало, что подборсоставов бинарных сыпучих смесей, включающий определение пустотности, плотности,насыпной плотности фракции с большимиразмерами зерен, расчет объемного коэффициента раздвижки зерен по результатамгранулометрического анализа и насыпногообъема каждой фракции, для получения 1 мЗбинарной смеси использование фракций сразмерами зерен Ои б при Об и 1 - О,бОвведение фракции с размерами зерен б в2003103 объеме, превышающем пустотность фракции с размерами зерен О на величинуа - 1, а определение насыпного объемаакаждой фракции по формуламЧо=1 м а,л;з, - э,Чо =Чо (Чпо - 1)+ 1= (Чпо+ а - 1) а == 1- у Чо р- =1-у(о а)не были обнаружены,Это свидетельствует о том, что заявляемое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".Сущность предлагаемого способа иллюстрируется следующими примерами.П р и м е р 1. Проводят ситовой анализсмеси стеклянных сферофракций и выделяют монодисперсную сферофракцию с диаметрами сфер 5 мм, а также сферофракциюс диаметрами сфер 0,13 мм. Пустотностьсферофракции с диаметрами сфер 5 мм, определенная по ГОСТ 8735-65, равна 0,40,Плотность материала сфер, определеннаяпо ГОСТ,8269-87, равна 2,7 10 кг/м, насыпная плотность сферофракции с диаметрами сфер 5 мм. определенная по ГОСТ8269-87, равна 1,62 10 кг/м . Определяютобьемный коэффициент раздвижки сфер диаметром 5 мм сферами диаметром 0,13 ммпо формуле Для обеспечения раздвижки на рассчитанную величину к насыпному обьему сферофракции с диаметром сфер 5 мм необходимо ввести насыпной обьем сферофракции с диаметром сфер 0,13 мм в объеме, равном пустотности сферофракции са - 1диаметром сфер 5 мм плюс, т.е. Чп 5+аа - 1+, при этом насыпные обьемы каждой фракции составляютЧо=1 м а=Ч 5=1 м 1,080 =0,926зЧй = Чо(Чпо - 1) + 1 = 0,926(0,4 - 1) + 1 =4 з,Чд=(Чпо+ а - 1) а =(0,4+1,080 - 1)х х 1,080 = 0,444 м;Чд = 1 - у Чо р = 1 - 1 62 10 х х 0,926 (2,7 10 ) = 0,444 мз;Чд = ), (/з . а) - 1 1,62(2,71,080)-1 =0,444 м .Арифметическая сумма насыпных объемовЧо + Чд = Чо,1 з + Ч 5=0.926+ 0.444 0 а после перемешивания объем бинарной. смеси равен 1 м, поскольку пустотностьзбинарной смеси равна Чп = Чо,1 з Чпо,з =1,6052,7= 0,444 (1 -) = 0,181, а обьем монолитных зеренЧжон = (Ч 5 - Ч 5 Чпв) + (Чо,з - Чо,зххЧпо,1 з) = 0,819 мзобъем бинарной смеси составит Чм = 0,819.+ 10 +0,181 = 1,000 м,а - 1Таким образом, величина точноасоответствует разности между рассчитанным объемом Чо,1 з = 0,444 и пустотностыо 15 рассчитанного объема Ч 5 = 0,370, 0,444 -0,370 1,080 - 1 а - 11,080 аП р и м е р 2. Проводят ситовой анализсмеси измельченного известняка (по ГОСТ 20 8269-64, сита по ГОСТ 3584-73), выделяютмонодисперсные фракции с размерами зерен 50 мм и 10 мм. Пустотность фракции с размерами зерен 50 мм, определенная по ГОСТ 8269-64, равна 0,407. Плотность изве стняка - 2,7 10 кг/м; насыпная плотностьз.фракции с размерами зерен 50 лм - 1,60 10 кг/см . Определяют обьемный коэффициент раздвижки зерен размером 50 мм зернами размером 10 мм по формуле; 30 (+ з +з 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 50а - 1 а - 140 мм плюс, т.е, Чл 5 о+, при этома анасыпные объемы каждой Фракции определяют по формулам; 45 Чо; ЧБо = 1 м а =1 м 1728з,= 0,657 м,Чл =У о+ аа =(0,407+1,728 -50 1)1,728 = 0,656 м,Ч = 1 - у Чо р " = 1 - 1 60 0 578 хх 2,7 = 0,657 м,Ча =1 - у ф а) =1 - 1,60 (2,7 1,728) =55 = 0,657 м,Арифметическая сумма насыпных объемов Чо + Чд = 0,578 + 0,6571, а послеперемешивания объем бинарной смеси равен 1 мз, поскольку этот объем состоит изсуммы монолитных объемов и объема меж2003103 зерновых пустот фракции с размерами зерен 10 мм.Чмон = (Ч 50 Ч 50 Чп 50)+ 010 Ч 10 хх Чп 1 о) = (0,578 - 0,578 0,407)+ (0,657 -- 0,657 0,433) = 0,716 м,Чпсм = Чп 10 = 0,657 0,433 = 0,284.объем бинарной смеси составитЧсм = Член + Чпсм "0,716 + 0,284 = 1,0003а - 1Таким образом, величина точно соотаветствует разности между рассчитаннымнасыпным обьемом Ч 1 о = 0,657 и пустотностью рассчитанного насыпного объема Ч 5 о== 0,578 (Чпбо = 0,235) 0,657 - 0,235 = 0,422;а1,Л 8-1 0,421а 1,728Из примера 1 и 2 видно, что между величиной пустотности и величиной раздвижки зерен существует математическаязависимость, позволяющая рассматриватьфизические явления в процессах упаковкизерен с научных позиций.Наличие в отличительной части формуллы изобретения выражений Об и 1 - 0Оограничивает границы применимости соотношений размеров зерен и объемного коэффициента раздвижки зерен.При д = О, - =, а =(1 + - ) = 13 = 1,б 0ООпри такой величине коэффициента раздвижки отсутствует раздвижка и зернаразмером О касаются друг друга, При О =сиз з з=с), а=(1 - д) = (141) =2 =8,коэффициент раздвижки имеет максимальную вебличину раздвижки, При -1 с) ООнарушается условие Об, введенное в формуле изобретения. Формула изобретенияСПОСОБ ПОДБОРА СОСТАВА БИНАРНОИСЫПУЧЕЙ СМЕСИ. включающий определение пустотности, плотности и насыпной плотности фракции с большими размерами зерен, расчет объемного коэффициента раздвижки зерен а по результатам гранулометричес кого анализа и насыпного объема каждой фракции, отличающийся тем, что для получения 1 м сме 3 си используют фракции с размерами зерен О и б при Од и 1 -О, фракцию с разбОмерами зерен б вводят,в обьеме, превышающем пустотность фракции с размерами Применение предлагаемого способподбора 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 производстварасчетов требуется ограниченный перечень физических показателей сырья(сведения по ситовому анализу, пустотность или плотность и насыпная плотность), что сущест венно снижает объем трудозатрат,материалов, энергии и времени на проведение испытаний сырья, отпадает необходимость в корректировке состава.Использование в расчетах физических по казателей реально используемых материа.лов также способствует получению более точных результатов для приготовления бинарной сыпучей смеси с улучшенными характеристиками.25 Применение предлагаемого способаобеспечивает 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 ЭВМ с целью оптимизации составов по заказам конкретного потребителя.(56) Комар А,Г. Строительные машины и изделия, - М.: Вь 1 сшая школа, 1976, с.193,40 Гезенцвей Л.Б, и др. Дорожный асфальтобетон М Транспорт, 1985, с,110 - 113,и - 145 зерен О на - а насыпные объемы кажидой фракции определяют по формуламЧр 1 м а,мз, -1 з.Ч=Чр(Чпр - 1)+1 или50 (Чр+ а - 1) а, или1 - ) Чрр, или 1-) (Р а)-"где 1 - обьем бинарной смеси, м;з,Чр, Чд - насыпные объемы фракций сразмерами зерен соответственно О изЧпр - пустотность фракции с размерамизерен О, безразмерная величина;2003103 10 Составитель А.ГолубевТехред М.Моргентал Корректор. С.Лисина Редактор А,3 робок Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Рауаская 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/мз. а - объемный коэффициент раздвижки зерен размером О зернами размером б, безразмерная величина, а = 1-8,