Способ определения слеживаемости противогололедных материалов в виде пескосоляных смесей
Владельцы патента RU 2434218:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (RU)
Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов. Способ определения слеживаемости противогололедных материалов в виде пескосоляных смесей включает формование образцов под действием статической нагрузки в цилиндрических пресс-формах с перфорированными поршнем и дном. Затем осуществляют выдержку и высушивание сформованных образцов при температуре 48-55°С до постоянной массы. Исследование образцов на разрушение осуществляют путем приложения разрушающей нагрузки, по которому судят о слеживаемости материала. При этом предварительно создают реальные условия формирования слеживаемости противогололедного материала в виде пескосоляной смеси путем использования цилиндрических пресс-форм с отверстиями диаметром 2 мм в их боковых стенках для оптимизации влагообмена с окружающей средой при относительной влажности более 90%. Причем выдержку образцов противогололедного материала в виде пескосоляной смеси осуществляют в течение 72 ч при температуре 15-25°С, при этом прикладывают к образцам разрушающую динамическую нагрузку ударным воздействием шара массой 350 г с высоты 45 см. О слеживаемости противогололедного материала в виде пескосоляной смеси судят по установленному показателю слеживаемости, который определяют из выражения , где - показатель слеживаемости, %; Мобр - масса высушенного образца после формования, г; Мкус - масса кусочков образца, прошедших через сито с размером ячейки 10 мм, г, оценивая его по следующим уровням слеживаемости: - высокий уровень слеживаемости
более 5%; - средний уровень слеживаемости от 3% до 5%; - низкий уровень слеживаемости
менее 3%. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности объективной оценки слеживаемости противогололедного материала в виде пескосоляной смеси с учетом влияния на процесс слеживаемости природно-климатических факторов и условий хранения, гранулометрического состава песка и количества в нем пылевидных и глинистых частиц, а также с учетом динамического воздействия при разрушении слежавшейся пескосоляной смеси. 1 табл., 5 ил.
Изобретение относится к области дорожно-строительных материалов, а именно к способам определения слеживаемости противогололедных материалов (ПГМ) в виде пескосоляных смесей (ПСС).
Известен способ определения слеживаемости холодных асфальтобетонных смесей, включающий формование образцов асфальтобетона со сквозными отверстиями под действием статической нагрузки на прессе, исследование образцов на разрушение путем приложения ударной динамической нагрузки при внедрении конуса в отверстие сфомованного образца асфальтобетона, по которому оценивают способность холодной асфальтобетонной смеси к слеживанию при хранении в штабеле, используя условный показатель слеживаемости. При этом за условный показатель слеживаемости принимают количество ударов, необходимое для полного разрушения образца асфальтобетона конусом (ГОСТ 12801-98. Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний. - Введ. 1999-01-01. - М., 1998, С.47-50).
Использование данного способа для определения слеживаемости ПСС невозможно, так как, во-первых, состояние, соответствующее слеживаемости ПСС, может происходить только при наличии влагообмена с окружающей средой при необходимом времени выдержки под нагрузкой, и, во-вторых, разрушающий элемент - конус, не позволит создать ударную динамическую нагрузку на всю поверхность образца ПСС, так как при внедрении этого конуса в отверстие сформованного образца образуются горизонтальные сдвигающие усилия, разрушающие образец.
Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности (прототипом) является способ определения слеживаемости минеральных удобрений, включающий формование образцов под действием статической нагрузки в цилиндрических пресс-формах с перфорированным поршнем и дном, выдержку и высушивание сформованных образцов при температуре 48-55°С в термостате до постоянной массы, исследование образцов на разрушение путем приложения разрушающей статической нагрузки и фиксации ее в момент полного разрушения образца. По результатам исследования судят о слеживаемости материала, определяемой по отношению разрушающего усилия к площади горизонтального сечения образца (Кувшинников И.М. Метод определения слеживаемости минеральных удобрений / И.М.Кувшинников, Н.Л.Малоносов // Химия в сельском хозяйстве. - 1970. - №10. - С.27-31).
Основным недостатком указанного способа является отсутствие возможности использования способа для объективного определения слеживаемости ПГМ в виде ПСС в связи с тем, что, во-первых, предлагаемая температура выдержки и высушивания сформованных образцов, составляющая 48-55°С, не соответствует фактическим условиям хранения ПСС при температуре менее 30°С, и, во-вторых, оценка слеживаемости при статическом действии нагрузки не отражает разрушение слежавшейся монолитной массы в реальных условиях под воздействием динамической нагрузки.
Задачей изобретения является обеспечение возможности объективной оценки слеживаемости ПГМ в виде ПСС с учетом влияния на процесс слеживаемости природно-климатических факторов и условий хранения, гранулометрического состава песка и количества в нем пылевидных и глинистых частиц, а также с учетом динамического воздействия при разрушении слежавшейся ПСС.
Поставленная задача достигается тем, что в способе определения слеживаемости противогололедных материалов в виде пескосоляных смесей, включающем формование образцов под действием статической нагрузки в цилиндрических пресс-формах с перфорированными поршнем и дном, выдержку и высушивание сформованных образцов при температуре 48-55°С до постоянной массы, исследование образцов на разрушение путем приложения разрушающей нагрузки, по которому судят о слеживаемости материала, согласно изобретению предварительно создают реальные условия формирования слеживаемости ПГМ в виде ПСС путем использования цилиндрических пресс-форм с отверстиями диаметром 2 мм в их боковых стенках для оптимизации влагообмена с окружающей средой при относительной влажности более 90%, выдержку образцов ПГМ в виде ПСС осуществляют в течение 72 ч при температуре 15-25°С. При этом прикладывают к образцам разрушающую динамическую нагрузку ударным воздействием шара массой 350 г с высоты 45 см, а о слеживаемости ПГМ материала в виде ПСС судят по установленному показателю слеживаемости, который определяют из выражения
где 
- показатель слеживаемости, %;
Мобр - масса высушенного образца после формования, г;
Мкус - масса кусочков образца, прошедших через сито с размером ячейки 10 мм, г,
оценивая его по следующим уровням слеживаемости:
- высокий уровень слеживаемости более 5%;
- средний уровень слеживаемости от 3% до 5%;
- низкий уровень слеживаемости менее 3%.
Объективная оценка слеживаемости ПГМ в виде ПСС обеспечивается за счет моделирования естественных условий формования и испытания образцов, а также использования различных видов песков (Таблица; формула (1)) в составе ПСС.
В качестве оптимальных параметров процесса определения слеживаемости ПГМ в виде ПСС выбраны температура прессования 15-25°С, относительная влажность окружающей среды более 90%, что соответствует реальным условиям образования слеживаемости ПСС при давлении 0,42 МПа. Такое давление эквивалентно давлению, которое испытывает материал, находящийся на дне штабеля высотой 2-3 м. Достижение необходимого влагообмена с окружающей средой создается наличием дополнительных отверстий диаметром 2 мм в боковых стенках пресс-формы при длительности выдержки в течение 72 ч, что является оптимальным при указанной выше относительной влажности окружающей среды.
Масса шара и высота его падения соответствуют оптимальным условиям испытания ПСС со слеживаемостью, равной нулю, и приняты в результате моделирования процесса разрушения традиционной ПСС (фиг.1). Экспериментально установлено, что слеживаемость ПСС на основе NaCl равна нулю при высоте падения шара 45 см и его массе 350 г, а также при высоте падения шара 22,5 см и его массе 700 г (фиг.1). Анализ данных, приведенных на фиг.1, позволил выявить оптимальные условия проведения оценки слеживаемости, а именно установить высоту падения шара 45 см и его массу 350 г.
Размер ячейки сита, составляющий 10 мм, выбирают с учетом предъявляемых требований по зерновому составу (ОДН 218.2.027-2003. Требования к противогололедным материалам. - М.: Росавтодор Минтранса РФ, 2003. - С.15).
Способ определения слеживаемости ПГМ в виде ПСС поясняется чертежом, где на фиг.1 изображены графики зависимостей изменения слеживаемости традиционной ПСС от массы шара и высоты его падения, предназначенные для предварительного установления оптимальных значений массы шара и высоты его падения при слеживаемости, равной нулю, а именно сплошной линией показан график зависимости изменения слеживаемости традиционной ПСС от массы шара при высоте падения 22,5 см, представляющий логарифмическую зависимость вида
и пунктирной линией - график зависимости изменения слеживаемости традиционной ПСС от массы шара при высоте падения 45 см, представляющий полиноминальную зависимость второй степени вида
на фиг.2 изображено устройство для формования образцов ПСС, реализующее способ; на фиг.3 - разрез по линии А-А фиг.2; на фиг.4 - устройство для исследования образцов при приложении ударного воздействия, реализующее способ, вид сбоку; на фиг.5 - то же, что и на фиг.4, вид сверху, а также таблицей, в которой приведены результаты определения уровня слеживаемости ПСС.
Устройство для формования образцов ПСС содержит раму 1, на нижней пластине которой расположены цилиндрические пресс-формы 2. На верхней пластине рамы 1 жестко закреплены направляющие втулки 3. Внутри втулок 3 установлены с возможностью перемещения относительно них штоки 4 с платформами 5 для грузов. Штоки 4 жестко связаны с поршнями 6. Поршни 6, съемные днища 7 и боковые стенки пресс-форм 2 выполнены перфорированными, то есть имеют сквозные отверстия 8. Пресс-формы 2 предназначены для заполнения ПСС.
Устройство для исследования образцов при приложении ударного воздействия содержит две параллельные пластины 9,10, соединенные стержнями 11. С помощью зажимных винтов 12, установленных с возможностью перемещения по вертикальным стержням 11, верхняя пластина 9 также имеет возможность перемещения, что позволяет изменить высоту падения шара 13, установленного в отверстии пластины 9. При этом шар 13 закреплен хомутом 14, в свою очередь закрепленным на верхней пластине 9, и задвижкой 15, перекрывающей отверстие в верхней пластине 9. На пластинах 9 и 10 закреплены уровни 16 для достижения параллельности этих пластин. На нижней пластине 10 установлен поддон 17 для сбора развалившихся кусочков образца 18. Устройство также снабжено вертикальной шкалой 19 для установления высоты падения шара 13. На образец 18 ПГМ в виде ПСС укладывается пластинка 20 для равномерного распределения ударной нагрузки от свободно падающего шара 13.
Способ определения слеживаемости ПГМ в виде ПСС включает предварительное создание реальных условий формирования слеживаемости ПГМ в виде ПСС путем использования цилиндрических пресс-форм 2 с отверстиями 8 диаметром 2 мм в их боковых стенках для оптимизации влагообмена с окружающей средой при относительной влажности более 90%, формование образцов 18 под действием статической нагрузки в цилиндрических пресс-формах 2 с перфорированными поршнем 6 и дном 7, выдержку образцов 18 ПГМ в виде ПСС в течение 72 ч при температуре 15-25°С, высушивание сформованных образцов 18 при температуре 48-55°С до постоянной массы, исследование образцов 18 на разрушение путем приложения к образцам 18 разрушающей динамической нагрузки ударным воздействием шара 13 массой 350 г с высоты 45 см. На основании результатов исследования устанавливают показатель слеживаемости (в % по массе образца) в соответствии с формулой (1), оценивают его по одному из трех уровней слеживаемости: высокий уровень слеживаемости более 5%, или средний уровень слеживаемости от 3% до 5%, или низкий уровень слеживаемости менее 3%.
Пример конкретного осуществления способа. Для испытаний принимают традиционную ПСС с соотношением компонентов песка и соли 80:20 соответственно. Песок увлажняют водой до оптимальной влажности, в зависимости от вида песка в пределах 4-10% от его массы.
По графикам, изображенным на фиг.1, предварительно устанавливают оптимальные значения массы шара 13 и высоты его падения при слеживаемости, равной нулю.
Пробу ПГМ в виде ПСС с помощью мерного стаканчика и воронки помещают в цилиндрические пресс-формы 2, внутренние стенки которых, дно 7 и поршень 6 во избежание прилипания частиц обкладывают фильтровальной бумагой. Осторожным постукиванием о стенку пресс-формы 2 ПГМ утрясают, выравнивают и устанавливают пресс-форму 2 на раму 1, при этом проверяя свободный ход поршня 6 и устанавливая давление 0,42 МПа путем добавления груза на платформу 5. Такое давление эквивалентно давлению, которое испытывает материал, находящийся на дне штабеля высотой 2-3 м.
Далее производят выдержку образцов ПГМ материала в виде ПСС в течение 72 ч при температуре 15-25°С и относительной влажности более 90%. Относительную влажность более 90% устанавливают путем помещения проб ПГМ в виде ПСС в цилиндрических пресс-формах 2 внутри стеклянного футляра (на чертеже не показан), закрывая им устройство для формования образцов ПСС. По истечении заданного времени формования образцов 18 снимают нагрузку, производят расформовывание и высушивание сформованных образцов 18 при температуре 48-55°С до постоянной массы. При более высокой температуре возможно разложение некоторых компонентов ПСС.
Образцы 18 исследуют на разрушение путем приложения разрушающей динамической нагрузки ударным воздействием шара 13 массой 350 г, помещенного на верхнюю пластину 9 и сброшенного с высоты 45 см на образец 18, покрытый пластинкой 20 для равномерного распределения ударной нагрузки. Затем устанавливают показатель слеживаемости ПГМ в виде ПСС по формуле (1).
В результате определения показателя слеживаемости для значительного количества образцов ПСС (таблица) на песках с различным модулем крупности и количеством пылевидных и глинистых частиц осуществляют следующую оценку уровня слеживаемости:
- высокому уровню слеживаемости соответствует более 5%;
- среднему уровню слеживаемости соответствует от 3% до 5%;
- низкому уровню уровню слеживаемости соответствует менее 3%.
По установленному показателю судят о слеживаемости ПГМ в виде ПСС. Затем экспериментальные значения , % подвергают статистической обработке по критерию Стьютенда. Для оценки однородности ряда экспериментальных значений показателя слеживаемости вычисляется коэффициент вариации V, %, как отношение среднего квадратического отклонения S к среднему экспериментальному значению после статистической обработки. Как следует из таблицы, коэффициент вариации составляет менее 12%, что соответствует хорошей точности эксперимента.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения обеспечивает возможность объективной оценки показателя слеживаемости ПГМ в виде ПСС при установлении зависимости между показателем слеживаемости и видом материала ПСС с учетом моделирования естественных условий хранений и разрушений ПСС.
В сравнении с указанными выше способами определения слеживаемости предлагаемый способ не требует прессового оборудования.
Способ определения слеживаемости противогололедных материалов в виде пескосоляных смесей
Способ определения слеживаемости противогололедных материалов в виде пескосоляных смесей, включающий формование образцов под действием статической нагрузки в цилиндрических пресс-формах с перфорированными поршнем и дном, выдержку и высушивание сформованных образцов при температуре 48-55°С до постоянной массы, исследование образцов на разрушение путем приложения разрушающей нагрузки, по которому судят о слеживаемости материала, отличающийся тем, что предварительно создают реальные условия формирования слеживаемости противогололедного материала в виде пескосоляной смеси путем использования цилиндрических пресс-форм с отверстиями диаметром 2 мм в их боковых стенках для оптимизации влагообмена с окружающей средой при относительной влажности более 90%, выдержку образцов противогололедного материала в виде пескосоляной смеси осуществляют в течение 72 ч при температуре 15-25°С, при этом прикладывают к образцам разрушающую динамическую нагрузку ударным воздействием шара массой 350 г с высоты 45 см, а о слеживаемости противогололедного материала в виде пескосоляной смеси судят по установленному показателю слеживаемости, который определяют из выражения
где - показатель слеживаемости, %;
Мобр - масса высушенного образца после формования, г;
Мкус - масса кусочков образца, прошедших через сито с размером ячейки 10 мм, г,
оценивая его по следующим уровням слеживаемости:
высокий уровень слеживаемости более 5%;
средний уровень слеживаемости от 3% до 5%;
низкий уровень слеживаемости менее 3%.
