Метод за определяне на обемната маса на твърди порести тела в насипен материал
Притежатели на патенти RU 2289130:
Употреба: в производството на лек бетон, гранулирани катализатори, гранулирани топлоизолационни материали, както и при оценка на качествените характеристики на порести насипни материали за всякакви цели. Същност: определят се обемът Vm на монолитен материал от твърди порести тела и неговата плътност ρm, обемът Vpus на междузърнести кухини в порест насипен материал и обемната маса ρn на порести твърди вещества в порест насипен материал се определя по формулата
Техническият резултат от изобретението е намаляване на сложността. 1 болен.
Изобретението се отнася до областта на изпитването и определянето на свойствата на материалите и може да се използва при производството на лек бетон, гранулирани катализатори, гранулирани топлоизолационни материали, както и при оценка на качествените характеристики на порести насипни материали за всякакви цели.
Известни експериментални методи за определяне на обемната плътност на порести твърди вещества чрез измерване на масата и техния обем (Veselovsky B.C. Тестване на изкопаеми горива. - М .: Gosgeoltekhizdat, 1963, стр. 246-252, Berl-Lunge Химико-технически методи на изследване, t.iv, второ издание. - M., L .: Goshimizdat, 19 40, стр. 876).
Въпреки това, когато се определя стойността на насипната маса, която е отношението на масата към обема на порестото тяло, е необходимо да се измери обемът на материал с известна маса. Порестите тела с неправилна геометрична форма са материални обекти, чието измерване е свързано с технически трудности, поради което на практика се използват няколко метода за определяне на стойността на техния обем (метод на насищане с вода, метод на потапяне в живак, пикнометричен метод за определяне на обема на предварително хидрофобизирани порести зърна, метод на хидростатично претеглянепарафинирани порести тела и др.).
Лабораторните методи за определяне на обема на порести твърди вещества са сложни, многоетапни, особено трудоемка е предварителната подготовка на порестите материали преди измерване на техния обем.
Създаването на изобретението се основава на задачата да се разработи такъв метод, който позволява, без да се прибягва до експериментални тестове за директно определяне на обема, да се определи насипната маса на порести твърди вещества чрез характеристиките на порест насипен материал.
Техническият резултат се постига чрез установяване на количествена връзка между стойността на обемната маса на порестите твърди вещества и стойностите на плътността и обема на монолитния материал на твърдите вещества, стойността на обема на междузърнестите кухини на порестия насипен материал.
Задачата се постига чрез определяне на обема на монолитен материал от твърди вещества, неговата плътност, обема на междузърнестите кухини в порест насипен материал и обемната маса на порестите твърди вещества се определя по формулата
където ρn е обемната маса на порестите твърди вещества, които са част от насипния материал;
Vm е обемът на монолитния материал на твърдите порести тела;
ρm е плътността на монолитния материал на твърдите порести тела;
Vpus - обемът на междузърнестите кухини на порест насипен материал.
Изследването на порести насипни материали показа, че между обемно-масовите характеристики на порестите твърди вещества и обемно-масовите характеристики на порестия насипен материал съществуват аналитично изразени количествени зависимости, произтичащи от съотношението на обемите Vn=Vm+Vpor (обемът на порестия материал е равен на сумата от обемите на монолитния материал и порите) и равенството на масите (масата на порестите твърди вещества е равна на масата на порестия насипен материал).Освен това беше установено, че обемната маса на порестите твърди вещества има функционална зависимост от обема и обемната маса на порестия насипен материал, т.е. ρn=f(V, γ), където ρn е обемната маса на порестите твърди вещества, V е обемът и γ е обемната маса на порестия насипен материал.
Обемната плътност на порестите твърди вещества понякога се нарича "привидна" плътност, като се подчертава наличието на пори в измерения обем.
Чертежът схематично показва вариант на кубична опаковка на сферични тела.
Методът се осъществява по следния начин.
Пример 1 Налични са стъклени сфери с диаметър 2,5 mm (d1=2,5 mm) с вътрешна кухина 2 mm и кварцов пясък с размер на зърното 0,14 mm (d2=0,14 mm).
На базата на стъклени топчета и пясъчна фракция с размер на зърното d2 = 0,14 mm се приготвя смес в единица обем на мерителен съд (1 l) чрез послойно запълване със стъклени топчета и пясъчна фракция с размер на зърната 0,14 mm. За запълване на единица обем (1 l) разходът на топчета с диаметър 2,5 mm е V2,5 = 0,849 l, а разходът на пясъчна фракция с едрина на зърното 0,14 mm е V0,14 = 0,471 l. Стойността на разделянето на топките от песъчинки е равна на α=1l/0.849l=1.178, безразмерна стойност.
Като се вземат предвид получените експериментални данни, стойността на празнината на кухите топки на единица обем от сместа се определя по формулата
,
безразмерна стойност (отношението на обема на междузърнестите кухини към обема на насипния материал).
Като се вземе предвид получената стойност на междузърнестите кухини, обемната маса на порестите твърди вещества се определя по формулата
където ρn е обемната маса на порести твърди вещества;
Vm е обемът на монолитния материал от порести твърди тела;
ρm е плътността на монолитния материал;
Vpus - междузърнеста кухина на порест насипен материал.
Обемната плътност на порестия насипен материал на основата на сферични тела е γ=0,776 g/cm 3 , плътността на монолитния материал (стъкло) е ρm=2,65 g/cm 3 .
Пример 2. Да разгледаме физически модел на система, която представлява куб с твърди порести сферични тела с диаметър 2,5 mm и кухина с диаметър 2 mm.
Сферичните тела са опаковани в куб според кубичната версия (виж фигура 1). Размерите на куба са 100×100×100 мм. Височината на куба е 100:2,5 мм=40 сфери с диаметър 2,5 мм.
Обемът на куба е Vk=(2,5 mm 40) 3 =1 000 000 mm 3 . Обемът на една сфера е равен на Обемът на кухината в сфера с диаметър D=2,5 mm е равен на
Общият брой на сферите с диаметър D=2,5 mm в куб е Nsh=40 3 =64 000 броя.
Общият обем на сферите с диаметър D=2,5 mm в куб е Vsh=8,18 mm 3 ·64. 000=523520 mm 3 .
Общият обем на кухините в сфери с диаметър D=2,5 mm е Vpor=4,188 mm 3 ·64,000=268032 mm 3 .
Обемът на монолитния материал (стъклото) на всички сфери в куб е Vm=523520 mm 3 -268032 mm 3 =255488 mm 3 .
Обемът на междусферичните кухини в куб е равен на
Vстарт \u003d 1 000 000 mm 3 -523 520 mm 3 \u003d 476 480 mm 3.
При плътност на стъклото ρm=2,65 g/mm3 масата на всички топки в куба е Gsh=ρsh Vm=2,65 255488=677043 g.
Обемната маса на порести (кухи) твърди сферични тела, съдържащи се в куб, е равна на
Стойността на празнината на системата е , безразмерна величина, част от единица обем.
Обемната маса на кухи плътни сферични тела е равна на
Стойността на порьозността на системата е , безразмерна стойност, част от единица обем.
Обемната част на монолитния материал на топките е , безразмерна величина, част от единица обем.
Валидиране на заявената формула
Пример H. Разгледайте промяната на физическите величини в гранулирана система ссвободно изтупване на кухи топки с диаметър D=2,5 мм.
В процеса на свободно разклащане се получава по-плътно опаковане на топките. Независимо от размера, топките с еднакъв диаметър се уплътняват по такъв начин, че се образува гранулирана система със стойност на междусферична кухина, равна на Vpus=0,4.
Общият обем на сферите с диаметър D=2,5 mm е Vsh=523520 mm 3 , общият обем на кухините в сферите е Vpor=263032 mm 3 , обемът на монолитния материал (стъкло) на всички сфери е Vm=255488 mm 3 .
При плътност на стъклото ρm=2,65 g/mm3 масата на всички топки е Gsh=677043 g.
Като се вземе предвид промяната в стойността на междусферичната кухина на гранулирана система, е необходимо да се определи нейният обем.
Обемът на кухините е Vpus=0,4, а обемът на топките е Vsh=0,6 от обемната част на гранулираната система.
Обемът на междусферичните кухини е 0,6-523520 mm 3
Обемът на системата (порест насипен материал) е равен на V=523520 mm 3 +349013 mm 3 =872533 mm 3 .
Обемната маса на порестата гранулирана система е .
Обемната част на монолитния материал на топките е , безразмерна величина.
Стойността на порьозността на системата е безразмерна стойност.
Обемната маса на кухи плътни сферични тела е равна на
Валидиране на формула
Експерименталните тестове на предложения метод, проведени в CSL на Тверския завод за едропанелно жилищно строителство, показаха, че резултатите от изпитването на порести бетонни агрегати (експандирана глина, перлит) съгласно съществуващия метод и съгласно претендирания метод съвпадат при определяне на стойността на кухината и обемната плътност на порестите зърна на бетонните агрегати. В същото време беше отбелязано, че в процеса на изпитване на порести материали методът на изобретението осигурява намаляване на сложността на извършваните операции и ускоряване на тяхното изпълнение.
При внедряванеПредложеният метод не отчита естеството на изпитвания материал и геометричната форма на твърдите порести тела.
Стойността на обемната плътност на порестите твърди вещества се използва не само при оценката на свойствата на насипните материали, но и в процеса на проектиране на сложни смеси, които включват порести насипни материали като неразделна част.
1. Метод за определяне на обемната плътност на твърди вещества в порест насипен материал, характеризиращ се с това, че се определят обемът на монолитен материал и неговата плътност, обемът на междузърнестите кухини в порест насипен материал и обемната маса на порестите твърди вещества се определя по формулата
където ρn е обемната плътност на порестите твърди вещества, които са част от насипния материал, kg/m 3 ;
Vm е обемът на монолитния материал на твърдите порести тела;
ρm е плътността на монолитния материал на твърдите порести тела, kg/m 3 ;
Vpus - обемът на междузърнестите кухини на порест насипен материал.