• Измерение плотности упаковки .
  • Измерение параметров формы DIP
  • Корреляция плотности упаковки с параметрами формы
  • Плотность упаковки как одно-вариантные функции индивидуальных параметров формы



  • страница1/5
    Дата16.07.2018
    Размер3.2 Mb.

    Effects of various shape parameters on packing


      1   2   3   4   5

    Effects of various shape parameters on packing of aggregate particles
    Влияние формы частиц заполнителя на плотность упаковки
    A. K. H. Kwan_ and C. F. Mora_

    University of Hong Kong


    Форма частиц наполнителя оказывает существенное влияние на свойства получаемого бетона. Главный эффект – плотная упаковка частиц наполнителя, которая требуемое определяет кол-во цементной пасты для заполнения пустот между зернами наполнителя. Для изучения плотной упаковки были исследованы различные образцы наполнителя из разных источников на особенности их формы с помощью современной цифровой техники и их удельные веса в соответствии с существующим Британским стандартом. Связали удельные веса наполнителя с параметрами формы для математической оценки влияния параметров наполнителя на плотность упаковки. В результате, фактор формы и отношение выпуклости – самые важные параметры формы, оказывающие сильное влияние на плотность упаковки. Предложены две альтернативные формулы, демонстрирующие объединенные эффекты формы, влияющие на плотность упаковки.
    Введение.
    Плотная упаковка – результат того, на сколько зерна наполнителя заполнили бы объем бетона. Это обычно измеряется в терминах «плотной упаковки», которая определена как отношение твердого объема к объему всего наполнителя, занимаемого бетоном:
    плотность упаковки = твердый объем частиц наполнителя / объем всего бетона; (1)
    Следовательно,
    отношение пустот = 1 - упаковочная плотность; (2)
    В зависимости от распределения размера и особенностей формы зерен наполнителя, плотность упаковки может измениться от 55 до 85 %, в то время как соответствующее отношение пустот может измениться от 45 до 15 %.

    Так как пустоты между совокупными частицами должны быть заполнены с пастой цемента, отношение пустот определяет, какой минимальный объем пасты цемента должен быть использован для производства бетона. Более высокая плотность упаковки приводит к меньшему отношению пустот и таким образом к меньшему количеству необходимой пасты цемента.

    Следовательно, производителям и технологам требуется улучшать плотность упаковки для того, чтобы снизить стоимость продукции и снизить влияние растягивающих напряжений в процессе набора прочности при повышенных температурах. Эти явления напрямую связаны с объемом цементной пасты в бетоне.

    Плотность упаковки оказывает очень существенное влияние на удобоукладываемость смеси и В/Ц отношение. Kaplan показал, что для заданной смеси удобоукладываемость бетона уменьшается с увеличением отношения пустот. С другой стороны Bloem и Gaynor нашли, что В/Ц отношение увеличивается более менее линейно в зависимости от отношения пустот используемого наполнителя.

    Эти эффекты можно объяснить фактом, что добавленная паста цемента должна сначала заполнить пустоты между совокупными частицами, и это - паста цемента сверх количества, должен был заполнить пустоты, который смазывает относительно конкретного соединения и дает обрабатываемость соединения. Другая возможная причина - то, что некоторые из параметров формы, затрагивающих упаковку наполнителя, типа угловатости частиц наполнителя могут также затрагивать фрикционные силы между частицами и следовательно удобоукладываемость бетона. Связанный эффект упаковки наполнителя находится на pumpability производимого бетона3 Вообще, для бетона, чтобы быть pumpable, размеры пустот наполнителя должны быть как можно меньше, и объемное содержание пасты цемента должно быть больше чем содержание пустот наполнителя. Для данного содержания пасты цемента, pumpability выше, когда отношение пустот является меньшим и, для данного pumpability, большее отношение пустот привело бы к большему необходимому количеству пасты цемента.

    Упаковка наполнителя также имеет косвенный эффект на основании бетона, сделанного с наполнителем. Если упаковка будет хороша, то водное требование будет меньшим, и более низкое В/Ц отношение может использоваться, чтобы произвести более высокий бетон силы. Если, однако, упаковка будет не хороша, то водное требование будет большим и за то же самое количество используемого цемента, В/Ц отношение станет выше и конкретная сила ниже. Следовательно, в случае высокоэффективного бетона, где и высокая сила и высокая обрабатываемость потребованы, важно выбрать наполнитель с хорошей упаковкой, или иначе объем пасты цемента мог бы стать не по желанию высоким.

    Плотность упаковки наполнителя зависит от распределения размера зерен наполнителя. Наполнитель, имеющий хорошую аттестацию, в смысле, что он содержит зерна непрерывного широкого диапазона размера с пустотами между частицами, заполненными последовательно меньшими частицами, вообще имела бы относительно высокую упаковочную плотность. Максимальная теория плотности призывает к идеальной кривой аттестации, которая является параболической в форме когда подготовлено к естественному масштабу. Однако, такая 'идеальная' кривая аттестации, хотя способно к уменьшению количества необходимой пасты цемента, приводит к резкому увеличении жесткости бетонной смеси. В фактической практике, дополнение более чем достаточного количества пасты цемента, чтобы заполнить пустоты тонкодисперсным наполнителем и более чем достаточного количества миномета (цементная паста + отличный наполнитель), чтобы заполнить пустоты крупного наполнителя произвело бы более удобоукладываемая бетонная смесь.

    Упаковка наполнителя зависит также от формы зерен наполнителя, но эффект формы зерен более формализовать. Есть много разнообразия в том, как формализовать влияние различных параметров формы на плотность упаковки наполнителя, главным образом потому, что до сих пор многие из параметров формы еще не ясно определены и нет стандартизированных методов их измерения. Например, в Британском стандарте BS 812: Секции 105.1 и 105.2,5 облупленность/удлинение образца наполнителя измерена косвенно в терминах индексов облупленности/удлинения, которые соответственно определены как проценты массой частиц, классифицированных как облупленные/удлиненные частицы. Частицы классифицированы как облупленные/удлиненные частицы согласно довольно произвольным предположениям, что частица является облупленной, если ее толщина - меньше чем 0,6 раз размер решета и что частица удлинена, если ее длина больше чем 1,8 раз размер решета. Эти меры облупленности и удлинения далеки от того, чтобы быть удовлетворительными по главной причине, что степени того, насколько облупленный/удлиненный частицы фактически - не были приняты во внимание и по некоторым другим причинам, объясненным Кван и др. в недавнем исследовании6

    Ситуация с измерением угловатости еще хуже. Различные исследователи использовали различные определения для угловатости. Некоторая определенная угловатость как число выпячиваний, не принимая во внимание фактическую форму выпячиваний, 7 некоторые измерили угловатость в терминах среднего угла выпячиваний, 8, в то время как другие измерили угловатость как функция точности выпячиваний и вероятностей выпячиваний, связывавшихся другими телами 9, Чтобы преодолеть трудности имеющей размеры угловатости непосредственно от геометрии границ частицы, Британского стандарта BS 812: Часть 110 измеряет угловатость косвенно в терминах числа угловатости, которое определено как 67 минус упаковочная плотность фракции единственной-размера наполнителя, выраженной как ценность процента (или как отношение пустот, выраженное как ценность процента минус 33). Это основано на вере, что упаковочная плотность наполнителя определена исключительно угловатостью наполнителя. Однако, в то время как угловатость может быть главной упаковкой воздействия фактора, могут быть другие параметры формы, также имеющие существенные эффекты упаковать вещи. Фактически, Popovics11 предложил, что упаковочная плотность может зависеть также от шарообразности и поверхностной структуры. Это, поэтому, сомнительно, является ли число угловатости, измеренное упаковочным тестом плотности соответствующей мерой угловатости. В действительности, число угловатости - не что иное как мера упаковочной плотности или отношения пустот.

    Однако, некоторые успехи измерения формы частицы делались в последние годы, используя цифровую обработку изображения (DIP) техника, чтобы захватить и анализировать геометрию границ частицы. 6+-9,12+-14 Событий, полученных пока указали, что техника DIP является подходящей с этой целью и быстра, точна и надежна. С использованием техники DIP, сложный математический анализ геометрии границ частицы может быть выполнен, чтобы характеризовать форму частиц. Однако, есть главная проблема с техникой DIP, что только двумерное проектирование частиц захвачено и измерено. Другими словами, третье измерение, то есть, толщина, частиц не непосредственно доступно от результатов DIP. Из-за этой проблемы:


    (a) размеры количества анализа DIP должны быть выражены в терминах фракций области, а не массовых фракций и таким образом более трудны интерпретировать, поскольку большинство людей более используется к имеющему размеры количеству массой, и Кван и Морой
    (b) облупленность частиц, которая зависит от толщины частиц, не может быть измерена, используя метод DIP
    Однако, авторы недавно решили эти проблемы, добавляя результаты DIP с весом совокупного образца, чтобы получить среднее толщина±ширина отношение зерен наполнителя, основанных, на котором фракции области могут быть преобразованы к массовым фракциям, и облупленность совокупных частиц может быть оценена.

    В настоящем исследовании, чтобы исследовать, как различные параметры формы зерен наполнителя затрагивают упаковку наполнителя, 46 грубых образцов наполнителя различных типов скалы из различных источников проанализированы для их формы частицы, используя технику DIP и их упаковочные удельные веса, измеренные, используя упаковочный тест плотности, описанный в Британского стандарта BS 812: Часть 1.10 После анализа формы и упаковочных тестов плотности, взвешенные параметры формы связаны с упаковочным удельным весам образцов наполнителя, чтобы оценить эффекты различных параметров формы на плотность упаковки.


    Измерение плотности упаковки.
    Упаковочная плотность образца наполнителя измерена в соответствии с методом, описанным в Секции 7.5 из Британского стандарта BS 812: Часть 1.10. С тех пор и распределение размера и форма частиц наполнителя повлияла бы на плотность упаковки, необходимо удалить эффект распределения размера, чтобы изолировать эффект формы частицы. Это сделано, проводя упаковочный тест плотности на фракциях единственных-размера наполнителя. Следовательно, первый шаг в испытательной процедуре должен отделить образец наполнителя, просеивая в различные фракции размера, каждый находящийся в пределах узкого диапазона размера решета так, чтобы размер каждой фракции наполнителя был по существу единственнаго-размера. Диапазоны размера решета:

    20,0-14,0 мм, 14,0-10,0 мм, 10,0-6,3 мм и 6,3-5,0 мм.

    Плотность упаковки каждой фракции размера измерена, заполняя стальной цилиндр с частицами наполнителя, подвергая частицы предписанному набиванию и взвешиванию количества частиц в цилиндре. Цилиндр имеет размеры: диаметра 150 мм , высота 170 мм. Его объем определен, заполняя это с водой такой, что никакой мениск не присутствует выше оправы и взвешивания количества воды внутри. Определив вес наполнителя в цилиндре, плотность упаковки наполнителя может быть оценена как
    упаковочная плотность = вес частиц в цилиндре / р * объем цилиндра; (3)
    где p - плотность частиц наполнителя

    Измерение параметров формы DIP
    Чтобы проводить анализ изображения образца наполнителя, изображение частиц наполнителя сначала приобретено, помещая частицы на типовом подносе и помещая типовой поднос под видео камерой. О деталях процедур процесса и калибровки приобретения изображения сообщили, что предварительно6 приобрел изображение частиц наполнителя, DIP выполнено, чтобы отличить частицы наполнителя от фона.

    Как только границы частицы расположены, их геометрия проанализирована, чтобы измерить измерения и особенности (характеристики) формы частиц. Оценивая толщину и объем(том) частиц, Так как только двумерное проектирование захвачено для анализа изображения(образа), толщина и объем(том) частиц не непосредственно доступны от результатов DIP. Однако, метод оценки толщины и объема(тома) частиц был развит предварительно6. Это базируется при условии, что совокупные частицы из того же самого источника должны иметь более или менее те же самые особенности(характеристики) формы и таким образом подобная толщина к отношению широты. Используя это предположение, средняя(скупая) толщина и объем(том) частицы могут быть оценены как


    средняя толщина = lamda * широта ; (4)
    объем = средняя толщина * область (площадь) = lamda * широта * область ; (5)
    в котором lamda является параметром, зависящим от облупленности наполнителя. Добавляя объем всех частиц и умножения плотностью р, уравнение для полной массы совокупного типового М. получено как
    M = p * lamda * SUM [i=1 to n] (широта * область); (6)
    где n - общее количество частиц.

    Решая вышеупомянутое уравнение, lamda определен как


    lamda = M / (p * SUM [i=1 to n] (широта * область)); (7)
    Заменяя ценностью lamda в уравнения (4) и (5), средняя толщина и объем каждой частицы могут тогда быть получены. Будучи равным среднему толщина±ширина отношению совокупного образца, lamda может быть взят как мера облупленности.
    Арифметика и взвешенные средние ценности параметров формы
    Образец наполнителя состоит из многих частиц. Чтобы определять параметр формы наполнителя, необходимо сначала измерить параметр формы каждой частицы и затем вычислить среднюю ценность параметров формы частиц. Есть по крайней мере два способа вычислить среднюю ценность. Первое должно вычислить среднюю ценность как среднее арифметическое параметров формы частиц, с каждой ценностью параметра формы, полученного из частицы, данной равный вес. Однако, так как большие частицы вообще имеют большие эффекты на полную работу наполнителя, лучшая альтернатива должна взять среднюю ценность как взвешенные средние из параметров формы частиц, как дано:
    Средне взвешен.параметр формы=SUM[i=1 to n] (объем*параметр формы)/SUM[i=1 to n] (объем); (8)
    Взвешенные средние ценности используются в существующем исследовании, потому что они вообще дают более последовательные результаты и лучшую корреляцию друг к другу.


    Измерение параметра формы
    Отношение облупленности( Flakiness ratio ). Отношение облупленности определено как толщина±ширина (thickness±breadth) отношение. Это также называют отношением 12 плоскостности, Хотя толщина не непосредственно доступна DIP, ценность lamda - фактически взвешенная средняя ценность среднего thickness±breadth отношения совокупного образца. Следовательно, lamda используется как отношение облупленности в этом исследовании.
    Отношение удлинения (Elongation ratio). Отношение удлинения определено как (ширина±длина) breadth±length отношение 12, Это получено непосредственно от результатов DIP.
    Шарообразность. Шарообразность обычно определяется как отношение поверхностной области сферы, имеющей тот же самый объем как частица к фактической поверхностной области частицы 12 Однако, так как поверхностная область должна быть оценена трехмерным анализом и не может быть определена подарком или никаким другим двумерным методом DIP, альтернативное определение шарообразности, предложенной Krumbein 13 используется. Этим дают:
    шарообразность = корень {3} (толщина * широта / (длина ** 2)); (9)
    Заменяя толщиной lamda * широта, шарообразность может быть выражена как:
    шарообразность = корень{3}( lamda * (широта / (длина )**2 ) ; (10)
    который может тогда быть оценен от результатов DIP.
    Фактор формы. Фактор формы - обычно используемый индекс, но различные исследователи принимают различные определения для этого, чтобы описать различные аспекты формы 12,14

    В существующем исследовании, используемое определение следует что принятый Barksdale и др., 12, как дано


    фактор формы = толщина * длина / (широта ** 2); (11)
    Заменяя толщину на lamda * широта, уравнение (11) становится:
    Фактор формы = lamda *длина / широта; (12)
    Отношение Выпуклости. Отношение выпуклости - мера выпуклости (13) из-за трудности трехмерного анализа формы, отношение выпуклости оценено от двумерного проектирования частицы, как показано в рис. 1. Это определено как:
    отношение выпуклости = область / выпуклая область; (13),
    где, выпуклая область - область минимальной выпуклой границы, ограничивающей частицу.
    Отношение обилия. Отношение обилия - другая мера выпуклости, которая также оценена от двумерного проектирования частицы (14). Это определено как:
    отношение обилия = корень [2] (область / выпуклая область); (14)

    Корреляция плотности упаковки с параметрами формы


    Чтобы изучать эффекты различных параметров формы на упаковке наполнителя, три типа наполнителей скалы из пяти различных источников были проверены на их упаковочные удельные веса и проанализированы методом DIP для их параметров формы. Они сокрушены гранитная скала из Гонконга и материкового Китая, сокрушил вулканический наполнитель из Гонконга и материкового Китая, и гравия из Канады. Максимальные размеры частицы образцов наполнителя изменяются от 10 до 40 мм. Как сокрушенная скала образцы изучили покрытие оба конца масштаба angularity±roundness. Чтобы производить больше промежуточных результатов для статистического анализа, некоторые из сокрушенных совокупностей скалы были подвергнуты искусственному истощению, используя Лос-Анджелес, проверяющий машину, чтобы изменить их особенности формы перед измерением их упаковочных удельных весов и параметров формы.


    Плотность упаковки как одно-вариантные функции индивидуальных параметров формы
    Упаковочная плотность подготовлена против различных параметров формы в рис. 2. Чтобы показывать полную тенденцию корреляции, лучшие-пригодные линии оттянуты на графах наряду с подготовленными пунктами данных. Как можно заметить по различным степеням рассеивания пунктов данных от лучших-пригодных линий, различные параметры формы имеют различную корреляцию с плотностью упаковки. В табл.1 приведены значения коэффициента корреляции r, демонстрирующие связь между плотностью упаковки и каждым из параметров формы. Замечено, что среди шести измеренных параметров формы, отношение облупленности, фактор формы и отношение выпуклости, которые соответственно дают коэффициенты корреляции 0,873, 0,859 и 0,828, т.е. они оказывают самое большое влияние на плотность упаковки наполнителя. Однако, отношение удлинения имеет наименьший эффект плотности упаковки.
      1   2   3   4   5

    Коьрта
    Контакты

        Главная страница


    Effects of various shape parameters on packing