Тақырып: «Толтырғыштардың құрылымы, суға және аязға беріктігі және оларды зерттеу әдістері»
Сұрақтар
1. Толтырғыштың құрылымы
2 .Толтырғыштың беріктігі
3. Толтырғыштың суға және аязға беріктігі
1.Толтырғыштың құрылымы
Толтырғыш түйіршіктері аморфты немесе қырлы қатты денелі (кристаллды), содан басқа тығыз немесе кеуекті құрылымы бар заттан тұрады.
Жалпы түрде осы екі құрылымдық айырмашылықтарды қарастырайық.
Материалдың аморфты құрылым оның изотроптылығын анықтайды, яғни мұндай материалдың қасиеттері барлық бағыттарда бірдей болады. Бұл жағымды фактор болып келеді, яғни бетон технологиясында әдетте толтырғыш түйіршіктерінің кеңестік бағытталуымен басқаруға мүмкіндік болмайды және олар кездейсоқ болып орналасады.
Кристалдар (қатты қырлы денелер) негізінде анизатропты. Бұл қызулық деформацияның біркелкісіздігіне және басқа жағымсыз немесе қажетт емес эффекттің пайда болуында көрінеді. Бірақ осы кристаллдар толтырғыш түйіршіктеріне қарағанда уақ және материалда жиі ретсіз орналастырылады, сондықтан толтырғыш түйіршіктерін изотропты деп санауға мүмкінділік береді. Сол себептен толтырғыштар үшін кристаллды тас жыныстарынан уақ түйіршіктілерді таңдаған жақсы.
Кеуекті материалдар изотропты және анизатропты болу мүмкін. Бұл жағдайда анизатроптылық кеуектердің бағытымен байланысты болу мүмкін. Анизатропты кеуекті материалдың мысалы болып ағаш болады. Оның құрылымы талшықты материалдың қасиеттері талшықтар бойы және көлденең бағытта ерекше болады.
Изотрапты материалдардың екі ерекше құрылымдарын қарастырайық. Олар ұялы және түйіршікті:
Ұялы құрылым – қатты материалдардың ортасында кеуектер барлық көлемі бойынша бөлек жабық (немесе жабық деп аталатын) түріндегі ұялардан тұрады. (2,2 (а) сур.)
Түйіршікті құрылым - қатты материалдың бір – бірімен жабысып тұратын түйіршіктердің жиынтығы (2,2 (б) сур.).
Кеуектілік бұл жағдайда үздіксіз және сусымалы материалдың қуыстылығы тәріздес болады. Осындай материалдың түйіршік ірілігі ұялы материалдағы кеуектердің өлшемдері сияқты әр түрлі болуы мүмкін, бірақ бұл кезде сол немесе басқа құрылым үшін сипатты ерекшеліктер пайда болады. Мысалы: түйіршікті құрылымды материалдардың су сіңірушілігі әдетте жоғары болады. Ұялы материалдардың өткізушілігі төмен болып беріктігі жоғары болады.
Ұялы құрылымды толтырғыштың мысалы болып табиғи пемза немесе бастапқы шикізаттың көбіктеу жолымен алынатын жасанды кеуекті толтырғыштар қызмет ету мүмкін. Түйіршікті құрылымды толтырғыштарғы кеуекті әктастан, туфтан, кірпіш щебеньнен және т.б. жасалынатын щебень жатады. Тәжірибеде сол немесе басқа құрылымы бар материалдар таза түрде жиі кездеспейді: ұялы макроқұрылымы бар кеуектер арасындағы материал каппиллярлардан тұру мүмкін немесе түйіршікті болу мүмкін; түйіршікті материалда ұялы құрылымның элементтері мүмкін, егер, мысалы, материалды қалыптау кезінде бөлек түйіршіктер бір – біріне жақындап жабысып қалса.
2.Толтырғыштың беріктігі.
Бастапқы жыныстық беріктігі толтырғышты тау жыныстарын уату арқылы алынатын жағдайда анықталады. Бұл үшін бұрғылау немесе тас кесу станогының ( білдек ) көмегімен диаметрі және биіктігі 40 .... 50 мм қырлы куб жасайды. Оларды сығылуғы сумен қаныққан күйіндк гидравикалық престе зерттеп беріктіктің шектеуін анықтайды ( МПа ) :
σсж = Р/А; [ l ];
мұнда Р – пресстың бұзу күші, МН
А – үлгінің көлденең қиманың ауданы, м2.
Бірақ мұндай зерттеу жасау қиын. Бір қатар жағдайларда бастапқы тау жыныстар (немесе жасанды толтырғыштарда жасау өндірісіндегі болатын жартылай өнім) ірі кеуектермен немесе жарықшақтармен әлсізденуі мүмкін. Мұндай жыныстардан уақтау арқылы алынған щебень жеткілікті берікті болу мүмкін, әсіресе оның уақ фракциялары, яғни түйіршіктері уату процесінен кейін жыныстарының макроқұрылымда болатын әлсірететін дефектілері жоқ болып кетеді. Ірі стандарты үлгілерді зерттеу кезінде щебньнның нақты сапасын көрсетпейтін төмендетілген беріктік көрсеткіштер алынуы мүмкін. Р.Л. Манлян мәліметі бойынша карбонатты тау жыныстарынан алынатын щебеньнның беріктігі бұл жыныстар стандартты үлгілерінен бірнеше ретке жоғары болу мүмкін.
Дайын щебньды алатын және оның беріктігін тексеруден өткізуге талап ететін тұтынушы барлық жағдайларда зерттеу үшін бастапқы жыныстар үлгілерін ала алмайды, ол гравий түріндегі толтырғыштар, ережегідей, сығылу кезінде тікелей беріктікке зертеу мүмкін емес. Сондықтьан әрекеттегі стандарттар шартты механикалық зерттеу көмегімен толтырғыштардың беріктігін анықтауын қарастырған. Мысалы, табиғи тастан болатын щебень үшін және гравийдан болатын гравий мен щебень үшін болат цилиндрде сығылу (езу) кезінде уатылу деңгейін анықтау қарасьтырылған.
Зерттеудің методикасы келесіден тұрады:
Бір фракциялы щебеньді немесе гравийды ішкі диаметрі 150мм. болат цилиндрге салады. Цилиндрге бірнеше төмен диаметрі бар (148 мм.) болат пуансонын қойып цилиндрге салған толтырғышты 200 кН күшімен гидравикалвқ прессте сығады. Нәтижесінде толтырғыштың үлгісі жартылай уатылып қалады.
Содан соң үлгіні цилиндрден алып өлшейді, кейін зерттелетін толтырғыш фракциялар түйіршіктерінің ең төмен номиналды өлшемінен 4 есе аз өлшемдегі саңылаулары бар електен өткізеді. (Дең. Төмен 0,25 ); 5 .... 10 мм. фракциялар үшін 1,25 мм. саңылаулары бар елек қолданылады; 10 .... 20 мм. фракциялар үшін – 5 мм. Осындай әдіс арқылы уақталған бөлшектерді үлгіден алып тастап, електе қалған қалдықты өлшейді.
Уатылу көрсеткіші, % Др = (m – m1) / m * 100 [ 2 ]
Мұнда m – барлық зерттелетін үлгінің массасы, г
m1 - зерттеуден кейінгі бақылау електегі қалдықтың массасы, г.
Кеуекті толтырғыштар үшін зерттеуді сәйкес өткізеді – цилиндрде сығу арқылы, бірақ зерттеу иәтижелерін бағалау басқаша жүргізіледі. Бір фракциялы құрамында кеуекті щебеньды немесе гравийды ішкі диаметрі 150 мм. 100 мм.
биіктікке цилиндрге салады, дұрыстап (түзетін) цилиндрге қатысты пуансонның жағдайын ұстап тұратын белгілері бар арнайы пуансонды цилиндрге қояды. Зерттеуге дейін пуансондағы төменгі белгі деңгей бойынша цилиндрдің жоғарғы шетімен бірдей болып тұру керек.
Содан соң гидравликалық прессте пуансон арқылы пуансон 20 мм – ге кіргенге дейін толтырғыш үлгісіне жүктеме жасапсығады және пресстің манометр көрсеткішін жазып қояды. Цилиндрді сығу кезінде бкріктіктің шектеуі (МПа)
σп = Р/А; [3]
мұнда Р – жоғарғы белгіге дейін пуансонды кіргізу кезіндегі болған жүктеме, МН
А – цицлиндрдің көлденең қиманың ауданы, А = 0,0177 м2.
Зерттеу барысында цилиндрдегі толтырғыштың үйінді тығызды стандартты өлшеуіш сосудта анықталған нәтижесіне сәйкес болып стандарттан айырымды болмауын бақылап тұру керек.
Цилиндрде сығылу кезінде болатын беріктіктің шектеуі толтырғыштың меншікті сипаттамасы. Сығу кезінде жүктеме цилиндрдің қиманың барлық ауданы бойынша таратылмайды. Бұл тек түйіршіктер арасындағы бөлек нүктелер арқылы беріледі. Сондықтан цилиндрдің көлденең қиманың ауданына жүктемені бөлу кезінде толтырғыш беріктігі бірнеше есеге төмендейді. Осындай мөлшерде жоғарыда көрсетілген уатылуға зерттеуде меншікті.
Осындай зерттеулердің нәтижелері толтырғыштың нақты беріктігіне қоса оның түйіршіктер пішініне де тәуелді болады. Сондықтан толтырғыштардың әр түлпі түрлері үшін беріктікті цилиндрде сығу немесе уату зерттеулердің нәтижелері бойынша салыстыруға болмайды.
Толтырғыштардың беріктігі R олардың тығыздығы мен құрылымына тәуелді. Өткізілген тау жыныстардың, толтырғыштардың және басқа материалдардың бірнеше зерттеу нәтижелерін талдау негізінде С.М. Цуковичпен келесі жалпы тәуелділік ұсынылған:
R = R1 (p/p1)n, [4]
Мұнда R1 – p1 – тығыздықты материалдың зерттеу жолымен анықталған беріктік шектеуі.
p – R беріктікке сәйкес материалдың тығыздығы (толтырғыш түйіршіктерінің тығыздығы)
n – материалдың құрылымына байланысты дәреже көрсеткіші.
R1/p1 = A мән – берілген материалдың параметрі, тең мөлшерде тығыздығы 1 – ге тең болғанда оның беріктігіне тең. Оның мәні әртүрлі болуы мүмкін. Мысалы, әк тас, әйнек, керамика және т.б үшін.
Сондықтан [4] формуласын келесі түрде жазуға болады.
R =A*pn
Яғни, кеуекті материалдың беріктігі оның тығыздығына пропорционалды болады.
Дәреженің көрсеткішін (n) ұялы құрылымды материалдар үшін (2.2 сур - а) 2 тең деп қабылдауға болады. Сонымен ұялы құрылымды кеуекті материалдардың беріктігі квадратты параболаның теңдеу арқылы жазылады. Егер, мысалы, кеуектілік жоғарлау нәтижесінде материалдың беріктігі 2 есеге төмендесе, лнда оның беріктігі 4 есеге төмендеп қалады. Соған сәйкес, егер мұндай материалдардың тығыздығы 10% көтерілсе, онда оның беріктігі 21% ұлғаяды (1,102 = 1,21).
Түйіршікті құрылымды материалдар үшін (2.2 сур (б)) дәреже көрсеткіші (n) материалдықұрайтын түйіршіктердің пішініне және олардың жанасу беріктігіне тәуелді болады.
Зерттеулердің иәліметтері бойынша әртүрлі материалдар үшін n = 3....6, ал орташа мәні 4 шамасында болады. Сонымен, түйіршікті құрылымды кеуекті материалдардың беріктігі төртінші немесе басқа жоғарғы қатардағы парабола теңдеумен жазылады.
Түйіршікті және ұялы құрылымды материалдардың айырылымды ерекшеліктерін материал тығыздығының оның беріктігіне әсері бойынша көруге болады (2.3сур.).
Бірдей меншікті тығыздығы болған кезде түйіршікті құрылымдағы материалдың беріктігі едәуір төмен ұялыға қарағанда. Мысалы, тығыздық 2 есеге азайса, онда беріктік 4 есеге емес, 16 есеге төмендеп қалады.
Сондықтан бастапқы материалдардың кеуектілігі мен бірге толтырғыштарды анықталатын сипаттамасын бағалау қажет.