ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВОЙСТВАХ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ЗЕРНИСТЫХ СРЕД, ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ, ПОЛИМЕРБЕТОНОВ И НЕКОТОРЫХ ВИДАХ ПРОМЫШЛЕННЫХ И БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

А ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ХИМИ- Е I ЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СРЕД, ОТХОДОВ, ШЛАМОВ И ПАСТ

Гранулометрический состав и однородность смеси

Крупность частицы сыпучего тела определяется ее длиной а, выраженной в миллиметрах. Например, крупность зерен пшеницы составляет 6,84 мм.

Зерновым, или гранулометрическим, составом (грансоставом) сыпучих материалов называется относительное содержание в нем частиц различной крупности в процентах от общей массы пробы.

Грансостав определяется при последовательном просеивании взятой пробы через ряд сит с отверстиями разных диаметров. При этом взятая проба распределяется на фракции, каждая из которых содержит частицы данной фракции с наименьшим и наибольшим размерами. Класс фракции определяется размерами отверстий двух сит: того, через которое прошла данная фракция, и того, на котором она задержалась. Содержание фракций, размеры которых больше сит с отверстиями данного диаметра, в общем весе взятой пробы, %, называется выходом данной фракции сверху.

Грансостав дисперсного материала определяется процентным весовым содержанием данных фракции в виде графика (рис. 1.1), где на оси абсцисс размеры отдельных фракций или их логарифмы (иногда в процентах от размера наибольшей частицы), а по оси ординат — выход сверху отдельных фракций в процентах от массы пробы.

Рис. 1.1. Зерновой состав сыпучей смеси

Сумма частиц размером от наибольшего я_тах до 0,8я_тах называется коллективом наибольших частиц (т. Л на рис. 1.1).

По степени однородности состава определяют рядовые сыпучие тела, когдаотношение размеров наибольших и наименьших частиц , и сортированные, когда

В сыпучем теле обычно содержатся частицы, размер которых наиболее распространен для данного сыпучего тела. Наиболее типичными размерами сыпучих тел являются:

О размер, равный 0,8 наибольшего размера частиц, если коллектив наибольших частиц составляет менее 10 %:

0 наибольший размер частиц, если коллектив наибольших частиц превышает 10 % (я_т = я_тах).

Для сортированных сыпучих тел определяют средний размер частиц

В зависимости от крупности частиц сыпучие тела подразделяют на группы:

Так, строительные материалы из грунтовых пород делятся на классы по крупности: галечные (d_r> 20 мм), гравий (d_r= 20—2 мм), пески (крупные d_r = 2—0,5 мм; средние d_r = 0,5—0,25 мм; мелкие d_r= 0,25—0,05 мм), пылевидные (d_r= 0,05—0,005 мм), глинистые < 0,005 мм).

К важным свойствам вещества частиц относятся химический состав, плотность, упругопластические характеристики, электрическая проводимость, диэлектрические, магнитные свойства, гигроскопичность, растворимость, температура размягчения.

Для индивидуальных частиц важны следующие свойства: геометрические — размеры, форма, шероховатость; поверхностные — твердость, пластичность, смачиваемость, растворимость, электрическая проводимость поверхностного слоя и пленок адсорбируемых веществ; аутогезионная способность — предел прочности контактов частиц при растяжении и при отсутствии нагрузки, темп роста предела прочности контактов при нагрузке; фрикционные свойства — углы трения и сцепления в индивидуальных контактах.

Для сыпучих сред важными характеристиками являются пористость, влажность и насыпная плотность.

Между частицами, или зернами, сыпучего тела имеются промежутки — поры. Общий объем пор называется пористостью. Пористость можно выражать в процентах. Пористость дисперсных сред п зависит от грансостава, формы и взаимного распределения частиц и испытываемого давления.

Отношение объема пор к объему всего твердого вещества называется коэффициентом пористости е, а ее связь с п выражается зависимостью

Коэффициент плотности укладки определяется по формуле

Для условного сыпучего тела из частиц в виде шаров одинакового диаметра и уложенных так, что каждый шар расположен в вершине тетраэдра и касается 12 других, пористость и коэффициент пористости соответственно равны: п = 0,258, е = 0,352. При укладке, когда шары касаются в шести точках, п = 0,476, s = 0,923. В первом случае укладка шаров считается плотной, а во втором — рыхлой. Для полидисперсных частиц неправильной формы, например песка крупностью 0,2—3 мм, не рассеянного по фракциям, е = 0,475—0,78. Для выделенной фракции 1—3 мм коэффициент пористости равен 0,812.

Наиболее плотная структура возникает, когда песок высыпается с большой высоты на горизонтальную поверхность, а наиболее рыхлая структура песка образуется при его отсыпании с малой высоты из передвижного бункера. Предельные значения коэффициентов пористости воздушно-сухого песка экспериментально определены Н.В. Костылевой. Наибольший коэффициент пористости 1,012 в пылеватом песке при предельно рыхлом состоянии, а наименьший 0,415 в крупном песке в предельно плотном состоянии.

Для приведения песка в предельно рыхлое состояние в процессах переработки дисперсных сред (дробление, гранулирование) важную роль играет влажность. Вода, находящаяся между частицами, может быть:

• 0 свободная, не связанная молекулярными силами с поверхностью частиц сыпучего тела. Ее передвижение осуществляется под действием сил тяжести и сил поверхностного натяжения. Масса имеющейся свободной воды зависит от нагрузки на сыпучее тело в технологических операциях; материалы, содержащие свободную воду, называются влажными;
• 0 связанная, или гигроскопическая, набирающаяся из окружающего воздуха и удерживающаяся на поверхности частиц в виде пленки силами молекулярного притяжения; удаление связанной воды осуществляют высушиванием дисперсных материалов при температуре 105 °С до получения ими постоянного веса;
• 0 парообразная, или водяной пар, возникающая в порах сыпучего тела и заполняющая их при самом малом количестве свободной воды. При этом в самих частицах сыпучего тела может находиться так называемая конституционная влага.

Влажность сыпучего дисперсного материала (ДМ) определяется по отношению массы имеющейся в нем свободной и связанной воды к массе твердых частиц:

где G — начальный вес влажного материала; G₂ — вес высушенного материала.

Степень водонасыщенности, т.е. доля заполнения объема пор водой, вычисляется по формуле

где s — коэффициент пористости в естественном состоянии; р_в, р_ч — плотности соответственно воды и материала частиц. Для органических веществ р_ч колеблется от 1,2 до 1,4 г/см³, а для большинства минералов, входящих в состав грунта, составляет 2,4—2,8 г/см³.

Объемной массой ДМ называется масса 1 м³, кг; она зависит от пористости и степени заполнения пор водой.

Определим объемную массу ДМ с порами, заполненными соответственно воздухом, водой или их комбинацией: