Метод определения удельной поверхности на основе воздуха и водопроницаемости

Известно, что с уменьшением размеров частиц дробленого материала сужаются просветы между ними. Поэтому воздух просасывается тем труднее, чем мельче порошок. Козени предложил уравнение ламинарного протекания жидкости или воздуха через исследуемый пористый слой материала, в котором выразил скорость протекания как функцию удельной поверхности. Это уравнение рассматривает зернистый слой как ряд одинаковых по размерам канальцев, сумма объема которых равна объему пустот между зернами, а общая их внутренняя поверхность равна сумме поверхности зерен.

Методы определения удельной поверхности дробленого материала по установлению количества масла, покрывающего исследуемый материал сплошной пленкой. По методу П. Крамера поверхность дробленого материала определяется путем расчета количества масла, покрывающего исследуемый материал сплошной пленкой. Определение ведется следующим образом: 100 г высушенного мытого материала с определенной гранулометрией помещают в мешочек и заливают 40 см³ машинного масла. Через 60 с пробу центрифугируют в течение 4 мин. Во время этого избыток масла продвигается к стенкам мешочка и вытекает па внешнюю сторону.

После окончания центрифугирования на дне мешочка остается материал, покрытый масляной пленкой. Затем взвешивают мешочки вместе с содержимым. По разнице весов до и после центрифугирования вычисляют количество масла, оставшегося на поверхности зерен.

Чтобы получить толщину пленки масла на отдельных зернах, необходимо из исследуемого минерального материала вырезать прямоугольную тонкую плитку, точно измерять ее поверхность, очистить от пыли и покрыть маслом. Толщина масляной пленки является постоянной для данного материала.

Из обзора методов определения удельной поверхности смеси минеральных материалов можно сделать следующие выводы:

• Отдельные значения удельной поверхности, вычисленные по различным формулам для одних и тех же фракций, одного и того же материала, значительно отличаются.

• Метод измерения удельной поверхности по Крамеру весьма сложен и трудно выполним. Очень трудоемко определение толщины масляной пленки на образце из исследуемого материала, особенно трудоемко изготовление двадцати плиток правильной геометрической формы. Для проведения измерений по этой методике необходима центрифуга.

• Наиболее доступным является метод, основанный на воздухо- и водопроницаемости. По этой методике определяется коэффициент проницаемости (фильтрации), который является функцией пустотности и поверхности исследуемого материала. Этот метод может быть применен как для грубозернистых, так и для мелкозернистых материалов. В зависимости от размера зерен определяется воздухо- или водопроницаемость.

• Воздухопроницаемость слоя материала возрастает с увеличением размера частиц, так как увеличиваются просветы между частицами. В слое из частиц крупнее 5-10 мм воздух проходит настолько быстро, что нарушается ламинарность потока и поверхность материала практически невозможно вычислить. Поэтому для щебня принимается методика определения удельной поверхности по водопроницаемости слоя.

Таким образом, для определения удельной поверхности всех минеральных составляющих асфальтобетона принят единый метод, основанный на проницаемости слоя материала воздухом или водой. Однако методика различна для минерального порошка, песка и щебня. Удельную поверхность минерального порошка определяют по методике испытания цемента по ГОСТ 310.1-76, удельную поверхность частиц размером от 0,14 до 5 мм по методике испытания песка ГОСТ 8735-88, удельную поверхность щебня по методике ВНИИН руд.

Зависимость удельной поверхности от размера зерен описывается гиперболической кривой. Расчетные величины удельной поверхности, в которых принята тетраэдная форма зерен, в наибольшей степени приближаются к величинам удельной поверхности зерен гранита и известняка, полученной эмпирическим путем, а для песка наибольшее совпадение значении происходит при кубической форме. Преимущество расчетного способа заключается в том, что он позволяет вычислять удельную поверхность фракций любого размера н устанавливать закономерности изменения удельной поверхности от размера и формы зерен.

Диализ работ по изучению удельной поверхности компонентов плотных минеральных смесей, а также исследования автора показали, что для практических целей удельную поверхность минеральной части асфальтобетонной смеси можно определять расчетным методом.

На основании полученных зависимостей был произведен расчет удельных поверхностей минеральных компонентов асфальтобетонных смесей. Расчет показал, что удельная поверхность минеральной части асфальтобетона возрастает от типа Л, до типа Д почти в 3 раза. Так, для среднезернистой смеси типа А удельная поверхность составляет 29, а для песчаной типа Д - 79,28 м²/кг.