Влияние среднего размера зерна заполнителя на эффективную частоту виброактивации
Как было выяснено в первоначальных исследованиях, наиболее приемлемая частота вибрирования сильно зависит от крупности песка. Поэтому было бы весьма заманчиво математически установить эту зависимость, чтобы назначать оптимальную частоту вибрирования, а не подбирать ее путем длительных и кропотливых экспериментов.
Если рассматривать простейший случай изготовления виброактивированного раствора на мелком песке, то следует отбросить влияние вибрационных импульсов на цементные зерна ввиду их малой крупности по сравнению со средним размером зерен песка.
В начале виброобработки прилагаемые импульсы механического возмущения пронизывают полусухую рассыпчатую смесь. Благодаря такому вибровоздействию полусухая смесь приобретает свойства неоднородной вязкой жидкости (назовем ее псевдожидкостью). Поэтому в дальнейшем рассматривать вибрационные возмущения следует не по отношению к полусухой смеси, а к жидкости.
Так как эта псевдожидкость неоднородна по составу да еще и состоит из частиц разной размерности (а соответственно, и массы), оптимальным было бы назначение многочастотного вибрирования, чтобы как можно больше частиц, составляющих раствор, вошло в состояние резонанса с внешним вибровозмущением. Это самый экономичный случай, но не самый простой. Поэтому из практических соображений было предложено отказаться от многочастотного вибрирования, а искать оптимальную частоту для частиц некой средней размерности.
Для песков, максимальный размер зерен которых не превышает 1.2 мм, после многочисленных экспериментов по проверке математических моделей на практике была предложена следующая формула по определению средней величины крупности песка:
D = 11,25/ (А1 + А2/2 + А3/4 + А4/8)
Где:
11,25 - эмпирический коэффициент, вычисленный экспериментально для
Песков крупностью до 1.2 мм А1 - содержание в песке зерен крупностью 0,05-0,15 мм в % А2 - содержание в песке зерен крупностью 0,15-0,3 мм в % А3 - содержание в песке зерен крупностью 0,3-0,6 мм в % А4 - содержание в песке зерен крупностью 0,6-1,2 мм в %
В данной формуле зерна песка размерностью меньше 0.05 приплюсовывают к величине А1, а зерна песка больше 1,2 мм - к А4.
Для удобства последующих расчетов все данные сведены в одну таблицу (таблица 8.1.4-1).
Примеры расчета:
Для Тахиа-Таш D = 11,25 / (54,4 + 37,2/2 + 8,4/4 + 0/8 = 11,25 / (54,4 + 18,6 + 2,1 + + 0) = 11,25 / 75,1 = 0,1498
|
Карьер песка |
Величина средней крупности песка D |
Процентное содержание частиц класса |
|||
|
А1 (0,05-0,15) |
А2 (0,15-0,3) |
А3 (0,3-0,6) |
А4 (0,6-1,2) |
||
|
Тахиа-Таш |
0,1498 |
54,4 % |
37,2 % |
8,4 % |
0 % |
|
Казак |
0,2601 |
4,0 % |
61,4 % |
34,6 % |
0 % |
|
Балабан |
0,3707 |
1,6 % |
16,6 % |
81,8 % |
0 % |
|
Безлюдовский карьер (г. Харьков) |
0,1944 |
18,0 % |
56,0 % |
23,0 % |
3 % |
|
Примечание: 1. Действительно, весь Харьков построен на таком плохом для тяжелых бетонов песке. 2. Исходные данные для таблицы 8.1.2-1 взяты из таблицы 8.1.1-2. Таблица 8.1.4-1 |
Для Казак D = 11,25 / (4,0 + 61,4/2 + 34,6/4 + 0/8 = 11,25 / ( 4,0 + 30,6 + 8,65 +0) = = 11,25 / 43,25 = 0,2601
Для Балабан D = 11,25 / (1,6 + 16,6/2 + 81,8/4 + 0/8 = 11,25 / ( 1,6 + 8,3 + 20,45 + +0) = 11,25 / 30,35 = 0,3707
Для Безлюдовка D = 11,25 / (18,0 + 56,0/2 + 23,0/4 + 3,0/8 = 11,25 / ( 18,0 + 28,0 + + 11,5 + 0,375) = 11,25 / 57,875 = 0,1944
Исходя из величины средней крупности песка D была предложена формула для определения оптимальной частоты вибровоздействия:
F=K/D
Где:
F - оптимальная частота вибровоздействия в Гц
K - безразмерный коэффициент, вычисленный экспериментально и равный
50 для мелких песков D - величина средней крупности песка Согласно этой формуле, оптимальная частота вибровоздействия для песка Тахиа-Таш составляет
F = K / D = 50 / 0,1498 = 333,78 Гц Для Казак F = 50 / 0,2601 = 199,23 Гц Для Балабан F = 50/ 0,3707 = 135,88 Гц Для Безлюдовка F = 50 / 0,1944 = 257,20 Гц
Вышеприведенный математический аппарат был проверен экспериментально и показал высокую сходность результатов (см. таблицу 8.1.4-2).
Опыты также подтвердили теоретическое соображение о том, что оптимальная частота вибрирования должна снижаться с увеличением средней крупности песка, но одновременно было констатировано, что со снижением средне-
|
Карьер песка |
Величина средней крупности песка D |
Оптимальная частота вибрации, Гц |
|
|
Опытные данные |
Вычисленные данные |
||
|
Тахиа-Таш |
0,1498 |
300 |
333,78 |
|
Казак |
0,2601 |
200 |
199,23 |
|
Балабан |
0,3707 |
150 |
135,88 |
|
Таблица 8.1.4-2 |
Го размера зерна эффективность виброактивации не падает, но даже несколько повышается.
И экспериментальным, и эмпирическим путем было также доказано, что если соблюдать правило назначения оптимальной частоты виброактивации, то эффективность виброобработки растет с уменьшением величины среднего размера зерна заполнителя. С позиций физико-химической механики дисперсных систем это явление объясняется тем фактом, что при уменьшении размера зерна заполнителя (при прочих равных условиях) растет их число в единице объема виброактивируемого раствора. Соответственно уменьшается и толщина пленок цементного теста, обволакивающего эти зерна. А раз так, то результирующая однородность структуры цементно-песчаного камня также увеличивается, что способствует росту конечной прочности отвердевшего раствора.
