Ситовой анализ (или градационный тест ) — это практика или процедура, используемая в гражданском строительстве [1] и химическом машиностроении [2] для оценки распределения частиц по размерам (также называемого градацией ) гранулированного материала , позволяя материалу проходить через серию сит с постепенно уменьшающимся размером ячеек и взвешиванием количества материала, задерживаемого каждым ситом, как доли от всей массы.
Распределение по размерам часто имеет решающее значение для того, как материал ведет себя в использовании. Ситовой анализ может быть выполнен на любом типе неорганических или органических гранулированных материалов, включая песок , щебень , глину , гранит , полевой шпат , уголь , почву , широкий спектр промышленных порошков, зерна и семян , вплоть до минимального размера в зависимости от по точному методу. Будучи таким простым методом определения размера частиц , он, вероятно, является наиболее распространенным. [3]
Градационный тест проводится на образце заполнителя в лаборатории. В типичном ситовом анализе используется колонна сит с ситами из проволочной сетки с разным размером ячеек .
Репрезентативная навеска высыпается в верхнее сито с самыми большими отверстиями. Каждое нижнее сито в колонне имеет отверстия меньшего размера, чем верхнее. В основании находится поддон, называемый ресивером.
Колонку обычно помещают в механический шейкер, который встряхивает колонку, обычно в течение заданного периода времени, чтобы облегчить доступ всего материала к отверстиям сита, чтобы частицы, достаточно мелкие, чтобы пройти через отверстия, могли провалиться на следующий слой. После завершения встряхивания материал на каждом сите взвешивают. Затем массу образца каждого сита делят на общую массу, чтобы получить процент, оставшийся на каждом сите. Затем анализируется средний размер частиц на каждом сите, чтобы получить точку отсечения или определенный диапазон размеров, который затем фиксируется на экране.
Результаты этого испытания используются для описания свойств заполнителя и определения его пригодности для различных целей гражданского строительства, таких как выбор подходящего заполнителя для бетонных и асфальтовых смесей, а также определение размеров экранов вододобывающих скважин.
Результаты этого теста представлены в графической форме для определения типа градации агрегата. Полная процедура этого испытания изложена в документе Американского общества по испытаниям и материалам ( ASTM ) C 136 [4] и Американской ассоциации должностных лиц государственных дорог и транспорта ( AASHTO ) T 27 [5].
Подходящий размер сита для заполнителя под гнездом сит для сбора заполнителя, проходящего через самые мелкие. Затем все гнездо перемешивается, и материал, диаметр которого меньше отверстия сетки, проходит через сита. После того, как заполнитель достигает поддона, количество материала, оставшегося в каждом сите, взвешивается. [6]
Для проведения испытания необходимо получить достаточный образец агрегата из источника. Чтобы подготовить образец, заполнитель следует тщательно перемешать и измельчить до размера, подходящего для тестирования. Также требуется общая масса образца. [6]
Результаты представлены в виде графика зависимости процента прохождения от размера сита. На графике шкала размеров сит логарифмическая. Чтобы найти процент заполнителя, прошедшего через каждое сито, сначала найдите процент, оставшийся в каждом сите. Для этого используется следующее уравнение:
%Сохранено = ×100%
где W Sieve — масса заполнителя в сите, а W Total — общая масса заполнителя. Следующий шаг — найти совокупный процент заполнителя, оставшегося в каждом сите. Для этого сложите общее количество заполнителя, оставшегося в каждом сите, и количество на предыдущих ситах. Совокупный процент прохождения совокупности определяется путем вычитания оставшегося процента из 100%.
% совокупного прохождения = 100 % — % совокупного сохранения.
Затем значения наносятся на график с совокупным процентом прохождения по оси y и логарифмическим размером сита по оси x. [6]
Существует две версии уравнений %Passing. формула мощности 0,45 представлена на диаграмме градации мощности 0,45, тогда как более простой %Passing представлен на диаграмме полулогарифмической градации. Версия графика процента прохождения показана на диаграмме мощности 0,45 и с использованием формулы прохождения 0,45.
% прохождения = P i = x100%
Где:
Sieve Largest — используемое сито наибольшего диаметра (мм).
Aggregate max_size — самый большой кусок заполнителя в образце в (мм).
% прохода = x100%
Где:
W Ниже — общая масса заполнителя внутри сит под текущим ситом, не включая агрегат текущего сита.
W Total – общая масса всех заполнителей в образце.
Существуют различные методы проведения ситового анализа в зависимости от измеряемого материала.
Здесь на образец действует метательное движение. Вертикальное выбрасывающее движение сочетается с легким круговым движением, в результате чего количество пробы распределяется по всей просеивающей поверхности. Частицы ускоряются в вертикальном направлении (выбрасываются вверх). В воздухе они совершают свободные вращения и при падении назад взаимодействуют с отверстиями в сетке сита. Если частицы меньше отверстий, они проходят через сито. Если они больше, их выбрасывают. Вращательное движение в подвешенном состоянии увеличивает вероятность того, что частицы будут иметь другую ориентацию по отношению к сетке, когда они снова падут, и, таким образом, в конечном итоге могут пройти через сетку. Современные просеивающие машины работают с электромагнитным приводом, который приводит в движение пружинно-массовую систему и передает возникающие колебания на ситовой ряд. Амплитуда и время просеивания задаются в цифровом виде и постоянно контролируются встроенным блоком управления. Таким образом, результаты просеивания являются воспроизводимыми и точными (важное условие для значимого анализа). Регулировка таких параметров, как амплитуда и время просеивания, позволяет оптимизировать просеивание различных типов материала. Этот метод является наиболее распространенным в лабораторном секторе. [7]
В горизонтальном просеивающем устройстве пакет сит движется по горизонтальным кругам в плоскости. Горизонтальные просеивающие машины предпочтительно используются для игольчатых, плоских, длинных или волокнистых образцов, поскольку их горизонтальная ориентация означает, что в сетку попадает лишь небольшое количество дезориентированных частиц и сито не блокируется так быстро. Большая площадь просеивания позволяет просеивать большие объемы проб, например, при гранулометрическом анализе строительных материалов и заполнителей.
Горизонтальное круговое движение перекрывает вертикальное движение, которое создается постукивающим импульсом. Эти двигательные процессы характерны для ручного просеивания и обеспечивают более высокую степень просеивания более плотных частиц (например, абразивов), чем в просеивающих машинах с бросковым механизмом.
Большинство ситовых анализов проводятся всухую. Но есть некоторые применения, которые можно выполнить только путем мокрого просеивания. Это тот случай, когда анализируемый образец представляет собой, например, суспензию, которую нельзя сушить; или когда образец представляет собой очень мелкий порошок, склонный к агломерации (в основном < 45 мкм) – при сухом просеивании эта тенденция приведет к засорению ситовых ячеек, что сделает дальнейший процесс просеивания невозможным. Процесс мокрого просеивания организован так же, как и сухой процесс: пакет сит закрепляется на просеивающем устройстве, а образец помещается на верхнее сито. Над верхним ситом расположена водораспылительная форсунка, которая в дополнение к просеивающему движению поддерживает процесс просеивания. Промывку проводят до тех пор, пока жидкость, вытекающая через ресивер, не станет прозрачной. Остатки проб на ситах необходимо высушить и взвесить. При мокром просеивании очень важно не изменять объем пробы (отсутствие набухания, растворения и реакции с жидкостью).
Пневматические просеивающие машины идеально подходят для очень мелких порошков, которые склонны к агломерации и не могут быть разделены вибрационным просеиванием. Причина эффективности этого метода просеивания основана на двух компонентах: вращающейся щелевой насадке внутри камеры просеивания и мощном промышленном пылесосе, подсоединенном к камере. Пылесос создает вакуум внутри ситовой камеры и всасывает свежий воздух через щелевое сопло. Проходя через узкую щель сопла, поток воздуха ускоряется и обдувает ситовую сетку, рассеивая частицы. Над сеткой струя воздуха распределяется по всей поверхности сита и с низкой скоростью всасывается через ситовую сетку. Таким образом, более мелкие частицы транспортируются через отверстия сетки в пылесос.
Сита из тканой проволочной сетки соответствуют техническим требованиям ISO 3310-1. [9] Эти сита обычно имеют номинальную апертуру от 20 микрометров до 3,55 миллиметров и диаметр от 100 до 450 миллиметров.
Перфорированные пластинчатые сита соответствуют стандарту ISO 3310-2 и могут иметь круглые или квадратные отверстия диаметром от 1 до 125 миллиметров. [10] Диаметр сит варьируется от 200 до 450 миллиметров.
Сита американского стандарта, также известные как сита ASTM, соответствуют стандарту ASTM E11. [11] Номинальная апертура этих сит находится в диапазоне от 20 микрометров до 200 миллиметров, однако эти сита имеют диаметр только 8 дюймов (203 мм) и 12 дюймов (305 мм).
Ситовой анализ, как правило, использовался на протяжении десятилетий для контроля качества материала на основе размера частиц. Для крупнозернистого материала размером до #100 меш (150 мкм) ситовый анализ и распределение частиц по размерам являются точными и последовательными.
Однако для материала размером менее 100 меш сухое просеивание может быть значительно менее точным. Это связано с тем, что механическая энергия, необходимая для прохождения частиц через отверстие, и эффекты поверхностного притяжения между самими частицами, а также между частицами и экраном увеличиваются по мере уменьшения размера частиц. Мокрый ситовый анализ можно использовать там, где анализируемый материал не подвергается воздействию жидкости, за исключением его диспергирования. Суспендирование частиц в подходящей жидкости транспортирует мелкий материал через сито гораздо эффективнее, чем встряхивание сухого материала.
Ситовой анализ предполагает, что все частицы будут круглыми (сферическими) или почти такими и будут проходить через квадратные отверстия, когда диаметр частиц меньше размера квадратного отверстия в сите. Для удлиненных и плоских частиц ситовый анализ не даст надежных результатов, основанных на массе, поскольку указанный размер частиц будет предполагать, что частицы имеют сферическую форму, тогда как на самом деле удлиненная частица может пройти через сито торцом, но не сможет попасть в нее. сделать это, если он окажется сбоку.
Градация влияет на многие свойства заполнителя, включая объемную плотность, физическую стабильность и проницаемость. При тщательном подборе градации можно добиться высокой насыпной плотности, высокой физической стабильности и низкой проницаемости. Это важно, поскольку при проектировании дорожного покрытия важна работоспособная, стабильная смесь, устойчивая к воде. При открытой градации насыпная плотность сравнительно невысока, из-за отсутствия мелких частиц физическая стабильность умеренная, а проницаемость достаточно высокая. При богатой градации насыпная плотность также будет низкой, физическая стабильность низкая, проницаемость также низкая. На градацию можно влиять для достижения желаемых свойств для конкретного инженерного применения. [8]
Градация обычно указывается для каждого инженерного приложения, для которого она используется. Например, для фундаментов может потребоваться только крупный заполнитель, и поэтому необходима открытая градация. Ситовой анализ определяет гранулометрический состав данного образца почвы и, следовательно, помогает легко определить механические свойства почвы. Эти механические свойства определяют, сможет ли данный грунт выдержать предлагаемую инженерную конструкцию. Это также помогает определить, какие модификации можно внести в почву и как лучше всего добиться максимальной прочности почвы.
{{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )