Способ определения оптимального состава смеси из неукрепленных каменных материалов

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА СМЕСИ ИЗ НЕУКРЕПЛЕННЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ(71) Заявитель Республиканское дочернее унитарное предприятие Белорусский дорожный научно-исследовательский институт БелдорНИИ(72) Авторы Штабинский Владислав Владиславович Смыковский Андрей Иванович(73) Патентообладатель Республиканское дочернее унитарное предприятие Белорусский дорожный научно-исследовательский институт БелдорНИИ(57) Способ определения оптимального состава смеси из неукрепленных каменных материалов, при котором приготавливают образцы смеси крупного и мелкого заполнителя в сухом состоянии, уплотняют их в три слоя методом вибрирования в цилиндрическом сосуде с насадкой и пригрузом, причем перед приготовлением образцов смеси крупного и мелкого заполнителя определяют массу крупного заполнителя в образцах смеси и массу мелкого заполнителя в образце смеси начального состава, при этом производят уплотнение в цилиндрическом сосуде раздельно крупного и мелкого заполнителя в сухом состоянии вибрированием, определяют максимальные плотности ккрупного заполнителя и м мелкого заполнителя в сухом состоянии, рассчитывают массу М к крупного запол р нителя в образцах смеси по выражениюк 1,15 цк,где 1,15 - коэффициент запаса крупного заполнителя ц - объем цилиндрического сосуда, см 3,и массум мелкого заполнителя в образце смеси начального состава по выражению Пк мц ,100 где 0,9 - коэффициент учета заполнения пустот между частицами крупного заполнителя П к - пустотность крупного заполнителя в уплотненном состоянии, ,после чего готовят образец смеси крупного и мелкого заполнителя начального состава,производят его уплотнение и определяют плотность уплотненного вибрированием образца смеси в сухом состоянии, затем готовят новый образец смеси крупного и мелкого за м 0,9 13433 1 2010.08.30 полнителя, увеличивая в смеси начального состава содержание мелкого заполнителя на 23 , сохраняя содержание крупного заполнителя постоянным, уплотняют его и определяют плотность нового образца, причем операции добавления мелкого заполнителя, уплотнения и определения плотности повторяют до двукратного получения образцов с уменьшающейся плотностью, строят график зависимости плотности образцов смеси крупного и мелкого заполнителя, полученных после виброуплотнений смеси в сухом состоянии, от процентного содержания в них мелкого заполнителя, по которому определяют оптимальное процентное содержание мелкого заполнителя См в смеси крупного и мелопт кого заполнителя, а оптимальное процентное содержание в смеси крупного заполнителя к определяют по выражению опт Ск 100 См . опт опт Изобретение относится к строительству автомобильных дорог, в частности к устройству слоев оснований и покрытий дорожных одежд из неукрепленных каменных материалов по способу заклинки. Известен прибор для подбора соотношения крупного и мелкого заполнителя бетона,включающий цилиндрический сосуд и расположенную внутри него диафрагму с отверстиями, диаметр которых равен максимальному размеру зерен мелкого заполнителя. Оптимальное соотношение заполнителей определяется путем засыпки на диафрагму равными порциями мелкого заполнителя и вибрирования с целью проникания мелкого заполнителя в пустоты предварительно уплотненного крупного заполнителя. При этом объем порций мелкого заполнителя принимают равным 5-10 от объема цилиндра 1. Недостатком этого прибора, а следовательно, и способа, основанного на работе прибора, является малая надежность при достижении цели, так как гарантии того, что мелкий заполнитель заполнит все пустоты в крупном заполнителе, особенно в нижней части цилиндра, нет. Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ определения плотности крупнообломочного грунта в плотном состоянии и устройство для его осуществления,включающий укладку и уплотнение сухого грунта в три слоя, причем уплотнение каждого слоя осуществляют вибрированием с частотой колебаний 50 Гц и амплитудой 0,35-0,5 мм в цилиндрическом сосуде с насадкой и пригрузом в течение 60-90 секунд 2. Однако данный способ позволяет определить максимальную плотность зернистого материала конкретного зернового состава, но не дает ответа на вопрос, является ли оптимальным зерновой состав данной смеси в части достижения на строительной площадке возможного наибольшего значения плотности в сухом состоянии. Задачей, решаемой изобретением, является повышение точности определения оптимального состава смеси крупного и мелкого заполнителя. Поставленная задача решается таким образом, что в способе определения оптимального состава смеси из неукрепленных каменных материалов, включающем приготовление в сухом состоянии образцов смеси крупного заполнителя и мелкого заполнителя, уплотнение их в три слоя методом вибрирования в цилиндрическом сосуде с насадкой и пригрузом и определение плотности образцов, причем перед приготовлением образцов смеси крупного и мелкого заполнителя определяют массу крупного заполнителя в образцах смеси и массу мелкого заполнителя в образце смеси начального состава, при этом производят уплотнение в цилиндрическом сосуде раздельно крупного и мелкого заполнителя в сухом состоянии вибрированием, определяют максимальные плотности ккрупного заполни заполнителя в образцах смеси по выражению где 1,15 - коэффициент запаса крупного заполнителя ц -объем цилиндрического сосуда, см 3,и массум мелкого заполнителя в образце смеси начального состава по выражению Пк мц ,(2) 100 где 0,9 - коэффициент учета заполнения пустот между частицами крупного заполнителя Пк - пустотность крупного заполнителя в уплотненном состоянии, ,после чего готовят образец смеси крупного и мелкого заполнителя начального состава,производят его уплотнение и определяют плотность уплотненного вибрированием образца смеси в сухом состоянии, затем готовят новый образец смеси крупного и мелкого заполнителя, увеличивая в смеси начального состава содержание мелкого заполнителя на 23 , сохраняя содержание крупного заполнителя постоянным, уплотняют его и определяют плотность нового образца, причем операции добавления мелкого заполнителя, уплотнения и определения плотности повторяют до двукратного получения образцов с уменьшающейся плотностью, строят график зависимости плотности образцов смеси крупного и мелкого заполнителя, полученных после виброуплотнений смеси в сухом состоянии, от процентного содержания в них мелкого заполнителя, по которому определяют оптимальное содержание мелкого заполнителя м в смеси крупного и мелкого заполниопт м теля, а оптимальное процентное содержание в смеси крупного заполнителя к опредеопт ляют по выражению(3) к 100 м . опт опт Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности. Определяют плотность крупного и мелкого заполнителя в уплотненном состоянии. Для этого производят уплотнение в три слоя раздельно крупного и мелкого заполнителя в цилиндрическом сосуде с насадкой и пригрузом, диаметр которого в 1,1-1,2 раза меньше внутреннего диаметра сосуда, причем уплотнение каждого слоя выполняют вибрированием на вибростоле с частотой колебаний 50 Гц и амплитудой 0,35-0,5 мм в течение 90 секунд. При этом нагрузка от пригруза составляет 2,0-2,4 кН/м 2, а высота сосуда не превышает его диаметр. В результате определяют максимальные плотности крупного к(г/см 3) и мелкого м (г/см 3) заполнителей в сухом состоянии. Определяют сред к нюю плотность зерен крупного заполнителя ф (г/см 3) по ГОСТ 8269.0-97 (п. 4.16) 3. Рассчитывают пустотность крупного заполнителя в уплотненном состоянии Пкпо выражениюк По выражению (1) рассчитывают массу крупного заполнителя в приготавливаемых смесях, а по выражению (2) - массу мелкого заполнителя в смеси начального состава. Готовят смесь крупного и мелкого заполнителя начального состава и производят ее уплотнение в цилиндрическом сосуде с насадкой и пригрузом по вышеуказанной методике. Рассчитывают плотность уплотненного вибрированием образца смеси в сухом состоянии см (г/см 3) по выражению 13433 1 2010.08.30 где Мсмц - масса цилиндрического сосуда с уплотненным образцом смеси, г Мц - масса цилиндрического сосуда, г ц - объем цилиндрического сосуда, см 3. Увеличивают содержание в испытанной смеси мелкого заполнителя по отношению к рассчитанному для начального состава на 2-3 , сохраняя содержание крупного заполнителя постоянным, готовят новую смесь и производят ее уплотнение аналогично уплотнению смеси начального состава. По выражению (5) рассчитывают плотность нового образца смеси. Операции по добавлению мелкого заполнителя, уплотнению и определению плотности образцов смеси в сухом состоянии повторяют. Испытания заканчивают, когда при последующих двух испытаниях с повышением процентного содержания в смеси мелкого заполнителя происходит уменьшение плотности образца смеси после виброуплотнения. По результатам испытаний строят график зависимости плотности образцов смеси крупного и мелкого заполнителя, полученных после виброуплотнений смеси в сухом состоянии, от процентного содержания в них мелкого заполнителя, по которому определяют оптимальное содержание мелкого заполнителя мв смеси крупного и мелкого заопт полнителя. Оптимальное содержание крупного заполнителя копределяют по выопт ражению (3). Сущность изобретения поясняется на примере. Необходимо установить оптимальный состав смеси из щебня фракции 40-70 мм(крупного заполнителя) и песка (мелкого заполнителя). Для уплотнения образцов смеси щебня и песка вибрированием применяют следующее оборудование цилиндрический сосуд объемом ц 10000 см 3, внутренний диаметр и высота которого 234 мм, с насадкой высотой 50 мм пригруз массой 6200 г и диаметром 200 мм вибростол с частотой колебаний 50 Гц и амплитудой 0,35-0,5 мм приспособление для фиксации цилиндра на вибростоле. По приведенной выше методике отдельно определяют максимальные плотности крупного и мелкого заполнителя. Определяют среднюю плотность зерен крупного заполнителя в соответствии с методикой, приведенной в п. 4.16 ГОСТ 8269.0-97. Определенные в результате испытаний величины составляют максимальная плотность щебня - к 1,65 г/см 3 средняя плотность зерен щебня - к 2,70 г/см 3 ср максимальная плотность песка - м 1,80 г/см 3. Вычисляют пустотность щебня в уплотненном состоянии Пкпо выражению (4) Пк(11,65/2,70)10038,9 . Рассчитывают массу щебняк (г) в образцах смеси щебня и песка по выражению (1) Рассчитывают массу песка Ммр (г) в образце смеси начального состава по выражению (2) Ммр 0,938,9/1001,80100006302 г. Проводят испытания по уплотнению образцов смеси с разным содержанием песка и постоянным содержанием щебня по приведенной выше методике и вычисляют их плотность в сухом состоянии по выражению (5). Испытания прекращают после двукратного получения образцов с уменьшающейся плотностью. Результаты испытаний приведены в таблице. 4 13433 1 2010.08.30 Оптимальное соПлотность Содержание Максимальная держание мелкого запол- уплотненного плотность смещебня песка щебня песка нителя в смеси образца смеси си м , г/см 3 3 к м к м см, г/см опт ,м ,С ,М ,г М ,г опт 6310 25,0 1,93 7020 27,0 1,99 7750 29,0 2,03 18980 2,05 69,0 31,0 8530 31,0 2,05 9350 33,0 2,03 10220 35,0 2,02 Строят график зависимости плотности уплотненных образцов смеси щебня и песка,полученных после виброуплотнений смеси в сухом состоянии, от процентного содержания в них мелкого заполнителя. Масса навески Содержание в смеси мелкого заполнителя,По графической зависимости определяют значение максимальной плотности смеси щебня и песка ( м 2,05 г/см 3) и соответствующее ему оптимальное содержание песка( м 31,0 ) в смеси. опт Оптимальное содержание в смеси щебня определяют по выражению (3) к 100,0 - 31,069,0 . опт Таким образом, предлагаемый способ позволяет в лабораторных условиях с высокой точностью определить состав смеси крупного заполнителя (в нашем случае щебня) и мелкого заполнителя (песка), уплотнение которой на строительной площадке позволит получить наиболее плотное и прочное состояние материала устроенного конструктивного слоя дорожной одежды. Источники информации 1. А. с.630586. Прибор для подбора соотношения крупного и мелкого заполнителей бетона / В.И. Овчаров // БИ 40.- 30.10.78. 5 13433 1 2010.08.30 2. Патент 6853. Способ определения плотности крупнообломочного грунта в плотном состоянии и устройство для его осуществления / В.В. Штабинский.- Опубл. 30.03.2005. 3. ГОСТ 8269.0-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6