Естественный угол откоса сыпучих материалов

СВОЙСТВА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Физико-механические свойства сыпучих материалов, а также их характеристика

На процесс транспортировки и складской переработки влияют характерные свойства сыпучих материалов: размер частиц, плотность, объемная масса, коэффициент внутреннего трения, коэффициенты трения о твердые несущие поверхности, угол естественного откоса, влажность, подвижность и связность частиц, слеживаемость, абразивность.

Размер частиц сыпучих материалов (средниц) — менее 0,1 мм. Поэтому эти грузы легко распыляются. Чтобы избежать потерь ценных материалов и защитить окружающую среду при транспортных и погрузочно-разгрузочных работах с сыпучим грузом, средства механизации и транспортные коммуникации должны быть полностью герметизированы.

Объемная масса сыпучего груза в количественном выражении составляет определенную часть величины плотности материала. Она зависит от способа и длительности его транспортировки или хранения. Величина сил сцепления сыпучих материалов зависит от гранулометрического состава, влажности, степени уплотнения и длительности нахождения материала в таре.

Относительная подвижность частиц порошкообразных материалов зависит от величины сил сцепления и трения между отдельными частицами, возникающими при их взаимном перемещении.

От подвижности частиц материала зависит величина угла α1 наклона к горизонтальной плоскости образующей конуса свободно насыпанного, без падения с высоты, материала.

Угол α1 носит название угла естественного откоса материала в покое.

Для материалов, сцепление которых незначительно или вовсе отсутствует, угол внутреннего трения равен углу естественного откоса: γ=α.

Для порошкообразных материалов со значительным сцеплением образующая поверхности откоса криволинейна, а средний угол естественного откоса больше угла внутреннего трения. Он зависит от метода получения откоса — свободным насыпанием или обрушением.

При насыпке материала с некоторой высоты угол естественного откоса α2 окажется меньше ранее определенного угла естественного откоса α1

Угол α2 принято определять условно при высоте падения около 1 м.

В этом случае на основании экспериментальных данных можно принять следующее соотношение:
α2=0,7α1

Коэффициент внешнего трения сыпучих материалов f также зависит от того, находится ли материал в покое или движении.
Коэффициенты внутреннего и внешнего трения для этих материалов находятся между собой в известной зависимости.

Слеживаемость — это свойство сыпучих материалов при длительном хранении или при воздействии вибраций терять подвижность частиц. За исключением сухой золы, все сыпучие строительные материалы относятся к слеживающимся грузам. С повышением влажности материала, а также с увеличением высоты слоя материала в бункере или силосе слеживаемость возрастает. У абсолютно сухих материалов свойство слеживаемости отсутствует или проявляется слабо. Чтобы предотвратить слеживаемость сыпучего материала, необходимо периодически осуществлять его механическое или аэрационное рыхление, а также перемещать (перекачивать) из одного силоса в другой (например, цемент необходимо перекачивать не реже одного раза в 15 дней).

Абразивность — это свойство сыпучих материалов истирать соприкасающиеся с ними поверхности транспортной установки при их движении относительно друг друга. Однако нельзя оценивать абразивность материала только по износу элементов транспортного оборудования. Интенсивность износа транспортной установки, помимо свойства транспортируемого груза, зависит также от скорости движения частиц материала, от направления вектора скорости движения относительно ограничивающей его рабочей поверхности, от материала, из которого изготовлены детали и трубопровод установки. Значительной истирающей способностью обладают самые массовые строительные материа-, лы — цемент, минеральный порошок, зола, песок. Абразивность этих сыпучих материалов существенно снижает работоспособность отдельных элементов транспортной установки. Особенно сильно изнашиваются поворотные участки трубопроводов (колена) в пневматических транспортных установках нагнетательного действия. При пневмотранспортировании цемента срок службы стального колена в несколько раз меньше, чем прямолинейного стального трубопровода.

Для увеличения долговечности пневматической установки, перемещающей абразивные сыпучие строительные грузы, следует по возможности снижать скорость транспортировки частиц, а также для изготовления наиболее изнашиваемых деталей применять износостойкие стали, сплавы, полимеры и другие материалы.Для снижения абразивного износа трубопровода необходимо прокладывать трассу без наклонных участков, применять колена с плавным поворотом (при подаче цемента оптимальный радиус поворота равен 1,5 и 2 м для трубопроводов диаметром 100 и 150 мм соответственно). Пневматическое перемещение абразивного материала приводит к истиранию горизонтальных трубопроводов преимущественно вдоль их нижней внутренней стороны на протяжении 20-25% длины окружности. Это истирание происходит за период от нескольких месяцев до 3 лет в зависимости от степени абразивности транспортируемого материала и характеристики движения воздушно-материального потока.

Взрыво- и пожароопасность.
Горючие сыпучие материалы могут при определенных условиях самовозгораться, а в смеси с воздухом — взрываться. Взрыв аэровзвеси сыпучих горючих компонентов происходит только в том случае, когда их концентрация в воздухе находится в диапазоне между нижним и верхним пределами воспламенения. Согласно существующим нормам нижний предел воспламенения служит основным критерием взрывоопаснсти аэровзвесей.
Взрывоопасными принято считать пылевоздушные смеси, нижний предел воспламенения которых меньше или равен 65 г/м³. Пыли с нижним пределом, превышающим 65 г/м³, считают пожароопасными. Для того чтобы аэровзвесь воспламенилась, к ней необходимо подвести определенную тепловую энергию. Минимальную энергию зажигания аэровзвесей определяют на специальном приборе путем экспериментального построения зависимости вероятности зажигания от энергии разряда конденсатора.

Источником тепловой энергии, необходимой для зажигания аэровзвесей, в смесителях, бункерах могут быть нагретые поверхности движущихся элементов, искровой разряд электрооборудования, электропроводки и статического электричества.

Для предупреждения взрыва пылевоздушных смесей необходимо избегать пыления при транспортировании и перегрузках материала, тщательно заземлять металлическое оборудование, использовать взрывозащшценное оборудование, контролировать с помощью датчиков температуру в зоне наибольшего трения, не допускать попадания посторонних металлических предметов, для чего загружаемую смесь необходимо пропускать через магнитный сепаратор.

Искры статического электричества при разряде заряженного диэлектрического материала в аппаратах обладают незначительной энергией, поэтому от них пылевоздушные смеси не взрываются. Реальную опасность представляют искры с заряженных металлических частей оборудования; требуется их тщательное заземление.

Влажность большинства массовых сыпучих строительных материалов (цемента, гипса) не должна превышать 1% по массе, так как при увеличении этой величины материалы могут слеживаться. Кроме того, влажные вяжущие материалы теряют химическую активность. Зимой, при содержании влаги более 4% по массе, они подвержены смерзанию.

Цемент
Цемент получают из клинкера после обжига и измельчения с необходимыми добавками. Номенклатура выпускаемых цементов достаточно широка и разнообразна: портландцемент, глиноземистый цемент, гидрофобный, сульфатостойкий, быстротвердеющий, белый портландцемент и др.

Цемент перевозят в специализированных транспортных средствах. При перевозке цемента в транспортных средствах общего назначения (крытый железнодорожный вагон, баржа) его необходимо защищать от увлажнения, распыления и загрязнения. Цемент должен храниться в стационарных или инвентарных складах. На мелких рассредоточенных объектах цемент необходимо хранить в контейнерах.

При хранении в силосах, чтобы избежать слеживания, необходимо периодически проводить аэрационно-пневматическое разрыхление цемента и перекачивать цемент не реже одного раза в 15 дней.

Запрещается складировать в одну емкость цемент разных марок и видов.

Объемная масса портландцемента меняется следующим образом в зависимости от способа и длительности хранения:
объемная масса рыхлого свеженасыпного цемента — 0,8-1,2 т/м³;
объемная масса уплотненного цемента (при хранении 2-15 суток при высоте слоя, равной 10 м, и 2-5 суток при высоте слоя выше 10 м, а также цемента, находящегося под воздействием случайных незначительных и кратковременных вибраций) — 1,2-1,6 т/м³;
объемная масса сильно уплотненного цемента (после хранения 15 суток при высоте слоя более 5 м или сброшенного с высоты более 10 м, а также подвергающегося значительным и продолжительным вибрациям и толчкам) — 1,5-1,75 т/м³.

Известь
Строительную известь получают, обжигая известняк, мел и другие кальциево-магниевые карбонатные горные породы. Тонкоизмельченную строительную известь получают путем гашения или размола негашеной извести, в процессе ее производства допускается введение минеральных тонкомолотых добавок.

Порошкообразную известь следует отгружать в автоцементовозах, железнодорожных цементовозах, контейнерах или бумажных многослойных мешках. Водным транспортом порошкообразную известь можно перевозить только в таре.

Известь-кипелку нужно хранить в закрытых складах, в которые не могут попасть атмосферные и грунтовые воды. Необходимо учитывать, что даже при правильном хранении молотая известь-кипелка постепенно теряет вяжущие свойства, так как гасится влагой из воздуха. Поэтому срок хранения извести-кипел-ки в мешках с момента изготовления до употребления не должен превышать 15 суток. Срок хранения извести в герметической таре не ограничен.

Гипс строительный
Строительный гипс получают путем термической обработки природного гипсового камня, который измельчают до или после этой обработки. По качеству гипс разделяют на три сорта — 1, 2 и 3-й.

К основным свойствам этого строительного материала относятся тонкость помола и предел прочности при изгибе и сжатии. Тонкость помола характеризуется остатком на сите с сеткой № 02. Для 1, 2 и 3-го сортов этот остаток не должен превышать 15, 20 и 30% соответственно. Предел прочности при изгибе образцов размером 4 х 4 х 16 см в возрасте 1,5 ч для 1, 2 и 3-го сортов составляет 0,27; 0,22 и 0,17 МПа соответственно.

Гипс не должен схватываться ранее, чем через 4 минуты после начала затворения гипсового теста. Полное схватывание не должно наступать ранее, чем через 6 минут, но не позднее, чем через 30 минут.

Строительный гипс отгружают навалом, в мешках, контейнерах и металлических бочках. Хранить его необходимо в закрытых сухих помещениях в штабелях высотой до 2 м. Пол в складских помещениях должен быть поднят над уровнем земли не менее чем на 30 см.

Гипс не рекомендуется долго хранить, так как в результате взаимодействия с парами воды, содержащимися в воздухе, его химическая активность постепенно снижается. Предельный срок хранения гипса — 3 месяца.

Трение сыпучих строительных материалов

Строитель — одна из древнейших профессий. Ещё со времён первобытной общины человек строил кров, чтобы защититься от стихийных бедствий, палящего солнца, пронизывающего ветра.

На территории нашей Родины найдены остатки жилища, сооруженного 25 тыс. лет назад, основанного на каркасе из черепов мамонтов, челюстей и берцовых костей разных животных.

Самые ранние каменные постройки, а также развалены гигантских стен из кирпича, обнаружены на юге Африки – они строились 57 тыс. лет назад.

В строительной практике человека долгое время оставались в качестве основных материалов камень, глина, песок, дерево.

Наблюдая с детства за тем, как сыпется с кузова грузового автомобиля строительный материал (песок, глина, щебень и др. ) меня интересовал вопрос: «Почему одни материалы при складировании имеют форму конуса и занимают малую площадь опоры, а другие приобретают форму круглой горки?» «От каких факторов может зависеть такая закономерность?»

Подобный вопрос возникал у меня и тогда, когда я видел, как сыпется сахар, мука, различные крупы, соль. Все они являются сыпучими материалами и между ними также как между жидкостями, газами и поверхностями твердых тел действует сила трения.

При строительстве различных объектов, площадь для хранения строительных материалов при них ограничена. Я поставил перед собой цель: определить факторы, от которых зависит коэффициент трения сыпучих строительных материалов?

Данная работа может позволить сделать прогноз о том, как лучше произвести складирование строительного материала, необходимого для ведения строительства с учетом ограниченности площади строительной площадки.

С результатами данного исследования можно выступить перед прорабом села, членами строительной бригады, сделав упор на обозначившиеся проблемы.

Исходя, из этого были поставлены следующие задачи.

Задачи исследования: изучить имеющеюся литературу по теме исследования, определить предметы исследования, определить коэффициент трения сыпучих строительных материалов и их угол откоса, делая упор на вес используемого материала, равномерность засыпания, на форму и характер поверхности частиц.

После исследования собрать и обработать данные, свисти их в таблицы и провести анализ, который позволит сделать выводы о том, что в большей степени влияет на форму образовавшихся горок и на занимаемую ими площадь.

В заключении, по полученным выводам, на основе теоретического материала, попытаться дать некоторые рекомендации администрации совхоза по более эффективной организации научно – технического процесса.

Для решения этих задач работа была организована в несколько этапов: сначала подбор литературы и изучение её по теме работы, затем составление таблиц, для занесения результатов эксперимента; на втором этапе — проведение исследования и обработка данных, а на третьем этапе — анализ результатов и выводы по ним.

Предметом исследования были взяты песок, глина, мелкий гравий, цемент массой по 1 кг и по 2 кг.

Коэффициент трения сыпучих строительных материалов я определял двумя способами: а) с помощью насыпных горок; б) с помощью угла откоса.

Оборудование: перечисленный выше строительный материал, воронка, тонкая соломинка, высотой 30 см, лист бумаги, линейка, коробка прямоугольной формы, транспортир.

Описание эксперимента № 1: Определение коэффициента трения.

1. Насыпаем горку (песок и др. материалы по очереди) на лист бумаги. Образуется конусовидная горка.

2. Измеряем высоту конуса, аккуратно вставив соломинку в его вершину, и радиус окружности основания конуса, очертив ее на бумаге.

3. Рассчитываем коэффициент трения песчинки о песчинку по формуле:

4. Результаты вносим в таблицу и делаем выводы.

Описание эксперимента № 2: Определение угла откоса сыпучих строительных материалов.

1. В коробку из плиссигласа прямоугольной формы помещаем определённое количество сыпучего материала (песок, глина, мелкие камушки и т. д. ).

2. Коробку осторожно наклоняем и ставим на боковую грань. Рис1 (Приложения)

3. С помощью линейки, транспортира определяем угол естественного откоса, и коэффициент трения трущихся частиц.

4. Результаты вносим в таблицу и делаем выводы.

Теоретическое обоснование темы:

О трении знают все, и не сомневаюсь, каждый из нас может рассказать о нем немало интересного. С явлением трения мы знакомы с детства. В разных случаях мы говорим: «В походе не натрите ноги»; в школе — «Сотрите с доски записи».

Всем известно, как трудно ехать на несмазанном велосипеде (да ещё против ветра) или тащить санки по посыпанной песком дорожке (да ещё с грузом); трудно передвигать шкаф (по гладкому паркету легче).

Совершенно очевидно, что без трения буквально и шага не сделаешь.

Трение удерживает все стоящие на столе и на полу предметы, а также нити в швах, гвозди и шурупы в стенах и деталях, гайки на болтах, узлы и т. д.

Так что судите сами, вредно трение или полезно. Трение есть, и с этим нужно считаться. А чтобы влиять на явление, нужно его изучать.

Классический закон трения. Два самых главных изобретения человека — колесо и добывание огня — связаны с силой трения. Изобретение колеса позволило значительно уменьшить силу, препятствующую движению, а добывание огня поставило силу трения на службу человеку. Однако до сих пор учёные далеки от полного понимания физических основ силы трения. И вовсе не оттого, что людей с некоторых пор перестало интересовать это явление. Первая формулировка законов трения принадлежит великому Леонардо (1519 г. ), который утверждал, что сила трения, возникающая при контакте тела с поверхностью другого тела, пропорциональна силе прижатия, направлена против направления движения и не зависит от площади контакта. Этот закон был заново открыт через 180 лет Г. Амонтоном, а затем уточнён в работах Ш. Кулона (1781 г. ). Амонтон и Кулон ввели понятие коэффициента трения как отношения силы трения к нагрузке, придав ему значение физической константы, полностью определяющей силу трения для любой пары контактирующих материалов. До сих пор именно эта формула:

Fтр = μN где Fтр — сила трения, N — составляющая силы прижатия, нормальная к поверхности контакта, а -μ коэффициент трения, — является единственной формулой, которую можно найти в учебниках по физике. (1, 20стр. )

В течение двух столетий экспериментально доказанный закон никто не смог опровергнуть и до сих пор он звучит так, как и 200 лет назад:

1. Сила трения прямо пропорциональна нормальной составляющей силы, сжимающей поверхности скользящих тел, и всегда действует в направлении, противоположном направлению движения.

2. Сила трения не зависит от величины поверхности соприкосновения.

3. Сила трения покоя всегда больше силы трения скольжения.

4. Сила трения зависит только от свойств двух материалов, которые скользят друг по другу.

Классики не всегда правы. Уже в XIX в. стало ясно, что закон Амонтона-Кулона не даёт правильного описания силы трения, а коэффициенты трения отнюдь не являются универсальными характеристиками. Прежде всего, было отмечено, что коэффициенты трения зависят не только от того, какие материалы контактируют, но и от того, насколько гладко обработаны контактирующие поверхности. Тела, перемещающиеся с трением друг относительно друга, должны соприкасаться поверхностями или двигаться одно в среде другого. Движения тел друг относительно друга может и не возникнуть из-за наличия трения, если движущая сила меньше максимальной силы трения покоя.

Сила трения есть сила сопротивления движению соприкасающихся тел друг относительно друга.

Трение объясняется двумя причинами: неровностями трущихся поверхностей тел и молекулярным взаимодействием между ними. Если выйти за пределы механики, то следует сказать, что силы трения имеют электромагнитное происхождение, как и силы упругости, о которых речь пойдет позже. Известны несколько видов трения, в числе которых трение покоя, трение скольжения, трение качения, сопротивление среды. Каждая из указанных выше двух причин трения в разных случаях проявляет себя в разной мере. Например, если соприкасающиеся поверхности твердых трущихся тел имеют значительные неровности, то основная слагаемая в возникающей здесь силе трения будет обусловлена именно данным обстоятельством, т. е. неровностью, шероховатостью поверхностей трущихся тел.

Если соприкасающиеся поверхности твердых трущихся тел отлично отшлифованы и гладки, то основная слагаемая возникающей при этом силы трения будет определяться молекулярным сцеплением между трущимися поверхностями тел.

Как атомы трутся друг о друга? — спрашиваем у учёных. Сложность изучения трения заключается в том, что место, где этот процесс происходит, скрыт от исследователя со всех сторон. Несмотря на это, учёные уже давно пришли к заключению, что сила трения связана с тем, что на микроскопическом уровне (т. е. если посмотреть в микроскоп) соприкасающиеся поверхности очень шероховатые, даже если они отполированы.

Если мы хотим изучать трение, нам надо ухитриться двигать песчинку, состоящую из несколько атомов, вдоль поверхности на очень маленьком расстоянии от нее, измеряя при этом силы, действующие на эту песчинку со стороны поверхности. Это стало возможным после изобретения атомно-силового микроскопа (АСМ) Г. Биннингом и

Г. Рорером, которым в 1986 г. была присуждена Нобелевская премия по физике. Создание такого микроскопа, способного чувствовать силы притяжения и отталкивания между отдельными атомами, дало возможность наконец «пощупать», что такое силы трения, открыв новую область науки о трении — нанотрибологию.

В современной технике имеет существенное значение еще одна физическая величина, имеющая прямое отношение к трению. Это угол трения.

Углом трения называется угол, при котором происходит равномерное скольжение тел по наклонной плоскости. На рисунке 2 (Смотрите приложение) угол α есть угол трения. Если коэффициент трения обозначить μ, то Fтр = μN.

Но F2 = Fсозα, тогда Fтр = μ тg созα, одновременно F1 = Fsin α, а значит, тgsin α = μ тg соз α, откуда μ = tg α, т. е. тангенс угла трения равен коэффициенту трения.

Исходя из значения коэффициента трения, между сыпучими телами и дном платформы автомобиля-самосвала конструктору автомобиля заранее задается максимальный угол подъема платформы автомобиля при разгрузке. При этом учитывается сыпучий материал, имеющий наибольший коэффициент трения с дном платформы самосвала, из тех материалов, для перевозки которых предназначается автомобиль. Максимальный угол подъема платформы всегда несколько превышает угол трения.

У некоторых из автомобилей-самосвалов он таков: БелАЗ 549 — 55°, МАЗ 525 — 55°,

ЯАЗ 210Е — 60°, ЗИЛ 585 — 48°.

Трение в жизни человека, в природе, быту и технике выполняет двойственную роль: в одних случаях — положительную, в других — отрицательную. Очень часто трение является полезным, вследствие чего оно широко используется в быту и в технике. Так, именно трение подошв обуви о пол зданий, о дороги и землю обеспечивают возможность передвижения, хождения человека. Трение об опору — землю, дороги, рельсы, движущих колес различных видов транспорта создает возможность движения автомобилей, трамваев, троллейбусов, поездов, самоходных сельскохозяйственных машин и т. д. С помощью трения обеспечивается передача движения в самых различных, так называемых фрикционных устройствах, например в муфтах сцепления автомобилей, тракторов и тепловозов, имеющих механическую силовую передачу от двигателей к движущим осям и колесам. Трение настолько необходимо и мы настолько сжились с ним, что мир без трения показался бы нам просто фантастическим.

Эксперимент № 1: Определение коэффициента трения.

№ п/п Материал Кол-во h, см R, см μ

1. Песок 1 8 11. 25 0,7

2. Песок 2 10 13,7 0,7

3. Глина 1 7 11,5 0,6

4. Глина 2 9 14,5 0. 6

5. Щебень 1 8,9 13 0,67

6. Щебень 2 11,2 17,2 0,67

7. Цемент 1 8 10 0,8

8. Цемент 2 10 12,5 0,8

Вывод: Исходя из данных таблицы, графика и диаграммы видно, что коэффициент трения не зависит от веса тела; от размеров насыпной горки. Его значение увеличивается от состояния соприкасающихся поверхностей (песок, щебень и т. д. ).

Эксперимент № 2: Определение угла откоса сыпучих строительных материалов.

№ п/п Материал Кол-во

(кг. ) h, см R, см α μ 1. Песок 1 8. 2 12 320 0,68 2. Песок 2 9,2 13,3 350 0,69 3. Глина 1 6,8 11,8 310 0,58 4. Глина 2 8,7 15 300 0,58 5. Щебень 1 9 13. 4 330 0,67 6. Щебень 2 11 16,4 330 0,67 7. Цемент 1 8,5 11,2 370 0,76 8. Цемент 2 10,4 13,3 380 0,78

Вывод: Используемые в эксперименте материалы образуют при насыпании горку, угол при вершине которой, исходя из данных таблицы, зависит в большей степени от формы и характера поверхности частиц. Чем коэффициент трения между частицами больше, тем радиус горки и площадь, занимаемая ею опоры меньше. Сравнивая углы откоса, строя график зависимости угла от коэффициента трения убеждаемся, что они заметно отличаются друг от друга. Величина угла связана с коэффициентом трения покоя.

Выводы и рекомендации.

В заключение моей работы, проанализировав все полученные и обработанные в таблицах результаты, можно сделать некоторые выводы и дать рекомендации по учету коэффициента трения сыпучих строительных материалов при проектировании строительных и складских работ.

1. Коэффициент трения не зависит от веса тела.

2. Коэффициент трения увеличивается в зависимости от состояния соприкасающихся поверхностей (песок, щебень и т. д. )

3. Различные сыпучие тела при насыпании их горкой образуют конус, у которого угол при вершине зависит от формы и характера поверхности частиц. Его величина связана с коэффициентом трения покоя.

4. Коэффициент трения от размеров насыпной горки не зависит.

5. Сыпучие вещества имеют неодинаковые коэффициенты трения и, следовательно, разные углы откоса.

По результатам данного исследования можно дать некоторые рекомендации:

1. С данной работой можно выступить перед членами строительной бригады, шоферами, занимающимися перевозкой строительных материалов.

2. Результаты работы можно учитывать при расчете площади, необходимой для разгрузки строительных сыпучих материалов.

3. Используя условия эксперимента можно показать, что угол трения учитывается и в установке различных ленточных наклонных транспортеров. Угол подъема ленты транспортёра должен быть меньше угла трения, чтобы транспортируемый груз, не ссыпался вниз, а двигался по назначению вместе с лентой транспортера.

4. Результаты работы можно использовать на уроках физики для активизации познавательной деятельности учащихся.

Устройство для определения углов обрушения и естественного откоса сыпучих материалов

Республик к ьвтоескомю свидетельств (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.03.78 (21) 2594895/25-28 с присоединением заявки Ме— (23) Приоритет— (51) М. Кл.

Гесударстееииый кемитет ссср пп делам изейретеиий

N OTKPblTNN (53) УДК 531.74 (088.8) Опубликовано 15.11.79. Бюллетень Мю 42

Дата опубликования описания 25.11.79 (72) Автор изобретення

Центральный научно-исследовательский и проектно(71) Заявитель технологический институт механизации и электрофикации животноводства южной зоны СССР (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВ

ОБРУШЕНИЯ И ЕСТЕСТВЕННОГО ОТКОСА

Изобретение относится к области технических измерений, а именно к определению величины углов обрушения и естественного откоса сыпучих материалов.

Известно устройство для определения величины углов обрушения и естественного откоса сыпучих материалов, содержащее основание, стойки, установленный на стойках ящик, выполненный с одной прозрачной боковой стенкой и с прямоугольным отверстием, длина которого равна ширине ящика, задвижку, установленную на дне ящика, и шкалу, расположенную на основании, начало координат которой совпадает с центром прямоугольного отверстия (1).

Недостатком известного устройства является низкая производительность измерений.

Целью изобретения является повышение производительности и точности измерений.

Цель достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено угловыми шкалами, нанесенными на боковой прозрачной поверхности ящика, начала координат которых совпадают с краями прямоугольного отверстия, и линейкой с поворотной подвижной губкой, установленной на одной из стоек.

На фиг. 1 представлено предлагаемое уст— ройство, вид спереди; на фиг. 2 — сечение

А — А на фиг. 1.

5 Устройство содержит основание 1, стойки

2, на которых установлен ящик 3, выполненный с одной прозрачной стенкой 4 и прямоугольным отверстием 5 прикрытым заслонкой 6. На прозрачной стенке 4 нанесены шкалы 7, начала координат которых совпадают

1Î с краями прямоугольного отверстия 5. На одной из стоек 2 нанесена шкала 8 и установлена поворотная подвижная губка 9. На основании 1 расположена шкала 10, нанесенная в обе стороны от нулевой отметки, 1S находящейся против центра прямоугольного отверстия 5 ящика. К днищу ящика по краям отверстия прикреплены откосы 11.

Устройство работает следующим образом

В ящике 3 с закрытой заслонкой 6 находится испытуемый сыпучий материал 12, Открывая заслонку 6, выпускают сыпучий материал 12, формируя угол обрушения материалом, оставшимся в ящике, и угол ес697792

Составитель Н. Бочаров

Редактор Л. Батанова Техред О. Луговая Корректор M. Помо

Заказ 6912/27 Тираж 844 Подписное

ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д; 4/5

Филиал П П П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тественного откоса — материалом, высыпавшимся из ящика на основание. Откосы 11 служат для лучшего формирования вершины насыпи материала на основании 1.

Угол обрушения замеряется по шкалам 7, нанесенным на прозрачной стенке ящика, а угол естественного откоса определяется по геометрическим расчетам из замеренных параметров насыпи — величины основания по шкале 10 и высоты насыпи по шкале 8 при помощи поворотной губки 9.

Данное устройство повышает производительность замеров.

Устройство для определения углов обрушения и естественного откоса сыпучих материалов, содержащее основание, стойки, 4 установленный на стойках ящик, выполненный с одной прозрачной боковой стенкой и с прямоугольным отверстием, длина которо- го равна ширине ящика, задвижку, установленную на дне ящика, и шкалу, расположенную на основании, начало координат которой совпадает с центром прямоугольного отверстия, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и точности измерений, оно снабжено угловыми шкалами, нанесенными на боковой прозрачной по16 верхности ящика, начала координат которых совпадают с краями прямоугольного отвер=твия, и линейкой с поворотной подвижной губкой, установленной на одной из стоек.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. «Физико-механические свойства растений, почв и удобрений», ВИСХОМ, М., «Колос», 1970 (прототип).

Подпорная стенка на участке: технология устройства и расчёт своими руками

Подпорная стенка — это строительное сооружение, которое удерживает грунтовую массу от обрушения при перепадах планировочных отметок. Высокая ответственность таких конструкций обусловлена большими нагрузками земляных масс и требует знания технологии их возведения. Предлагаемый вариант бетонной подпорной стенки поможет сделать её правильно.

Разновидности подпорных стенок

Подпорную стенку сооружают в случаях, когда откос грунта или насыпи превышает предельную величину. Они подразделяются по высоте, конструкции и материалу.

• низкие – перепад планировочных отметок менее 10 м;
• средние – перепад составляет от 10 до 20 м;
• высокие – при перепаде высот более 20 м.

• массивные;
• тонкостенные;
• анкерные.

1. Гибкая подпорка с анкерным прекплением. 2. Массивные подпорные стенки: а — с вертикальными гранями; b — с вертикальной лицевой и наклонной тыльной гранью; c — с наклонной лицевой и вертикальной тыльной гранью; d — с двумя наклонными в сторону насыпи гранями; e — со ступенчатой тыльной гранью; f — с ломаной тыльной гранью. 3. Тонкостенные подпорные стенки: a — уголковая консольная; b — уголковая консольная с зубом; c — уголковая контрфорсная; d — уголковая с анкерными тягами

• железобетонные;
• бетонные;
• кирпичные;
• каменные;
• деревянные;
• габионные.

Кирпичная подпорная стенка

Каменная подпорная стенка

Деревянная подпорная стенка

Габионная подпорная стенка

Массивные подпорные стенки обеспечивают устойчивость от сдвига и опрокидывания собственным весом. В тонкостенных кроме собственного веса учитывается вес грунта, который включается в работу в соответствии с конструкцией стенки.

Подпорные стенки бывают монолитными, сборными и сборно-монолитными. Конструктивно тонкостенные подпорные сооружения по форме подразделяются на:

• уголковые консольные;
• уголковые анкерные;
• контрфорсные.

Анкерные подпорные стенки применяются при высоких перепадах планировочных отметок. Каждый грунт имеет свои физико-механические свойства. Например, если для него существует понятие призма обрушения, то анкерная плита должна располагаться за её пределами.

Гибкие подпорные конструкции могу иметь небольшой прогиб и смещение, которые ограничиваются нормами. Если в основании подпорного сооружения имеются слабые грунты, применяются для стенок свайные фундаменты.

Размеры подпорных стенок принимаются в ходе расчёта, в котором учитывается:

• вес стенки;
• давление грунта;
• нагрузки, находящиеся в пределах призмы обрушения;
• нагрузки на лицевую часть стенки и другие возможные силы, возникающие в каждом конкретном случае.

Подпорная конструкция рассчитывается на несущую способность грунта и самой стенки, устойчивость против сдвига. Для сложных условий строительства расчёт учитывает все дополнительные нагрузки.

В случае водонасыщенных грунтов делается дренаж. При этом уменьшается нагрузка от грунта на стенку. Иногда грунт содержит агрессивные составляющие по отношению к бетону или металлу. В этом случае возведение сооружения делается с учётом защиты конструкций от коррозии.

Высота подпорной стенки напрямую зависит от высоты перепада планировки. Для массивных сооружений размер подошвы можно принять 0,5–0,7 высоты стенки. Наименьший размер сечений стен допускается для:

• бутобетонных — 600 мм;
• бетонных — 400 мм;
• железобетонных — 100 мм.

При определении глубины заложения подпорных стенок учитываются все требования, как к фундаментам, но не менее 600 мм для нескальных грунтов и 300 мм для скальных.

Бетонная подпорная стенка своими руками

Выбор материала подпорной стенки зависит от:

• назначения конструкции;
• высоты перепада планировочных отметок;
• физико-механических свойств грунта;
• присутствия грунтовых вод;
• дизайнерского решения конструкции.

Для подпорных стенок рекомендуется применять бетон классом не менее В15. Если условия эксплуатации предполагают замораживание и оттаивание попеременно, то важна при этом марка по морозостойкости и водонепроницаемости.

Так, например, в условиях непостоянного водонасыщения грунта для температур от -20 до -40 °С марка по морозостойкости допускается не менее F50. Из бетона выполняются подпорные стенки массивного вида, так как тонкие подвергаются нагрузки на изгиб, а бетон может работать только на сжатие.

Расчёт массивной подпорной стенки из бетона

Каждый грунт имеет показатель — плоскость естественного откоса. Она образуется за счёт сил трения частиц грунта и характеризуется углом внутреннего трения — φ. В природе такие плоскости можно встретить на естественных склонах или насыпях.

Если угол откоса, который необходим в строительстве для какого-либо сооружения, превышает угол внутреннего трения, то делается удерживающее сооружение для грунта — подпорная стенка. Она должна удержать грунт, находящийся над плоскостью естественного откоса.

Размеры подпорной стенки подбираются в результате расчёта на прочность и устойчивость. Для этого определяется величина давления грунта на конструкцию — Е.

Для расчёта используют теорию сыпучих тел, согласно которой под собственным весом (G) грунт стремиться вниз по плоскости сползания ВС и давит на подпорную стенку (E). S –давление грунта на плоскость сползания. В данном случае призма АВС предполагается как твёрдое тело с весом G, который должны уравновесить силы S и E.

Величина Е рассчитывается по формуле:

• γ_г — объёмный вес грунта (нормативный);
• Н — высота подпорной стенки;
• µ — коэффициент, который зависит от φ, α, β, φ.

Рассмотрим простой вариант — подпорная стенка из бетона прямоугольного сечения. Для предварительного подбора сечения подпорной стенки можно использовать формулу:

• b — ширина стенки в любом сечении;
• Н — высота сечения от поверхности грунта;
• С₁, С₂ — коэффициенты, которые зависят от углов наклона наружной и внутренней поверхности подпорной стенки. Для рассматриваемого случая прямоугольно сечения их значение равно нулю;
• γ_г и γ_к — объёмный вес грунта и материала стенки;
• µ — коэффициент, который можно принять по графику.

Для примера возьмём грунт φ = 35° с объёмным весом 1,6 т/м 3 , объёмный вес бетона — 2,2 т/м 3 . Глубину заложения фундамента примем 1,3 м. В случае прямоугольного сечения С₁ = С₂ = 0.

Н = 4,2 м; µ = 0,271 — по графику.

Подставив все данные в формулу, получаем:

Принимаем толщину стенки надземной части — 1,65 м. По этой же формуле находим ширину стенки по подошве фундамента.

1,2 — коэффициент надёжности для фундамента.

Подпорную стенку принимаем с предварительными размерами согласно расчёту сечением 1,65х2,54 м из бетона класса В15.

Последовательность работ

Перед устройством монолитной бетонной стенки под её подошву устраивают бетонную подготовку. Толщина её составляет 100 мм. По всему периметру подготовка должна быть шире стенки на 150 мм. Класс бетона не менее В5.

Опалубка

Опалубку для подпорной стенки монтируют из обрезной доски лиственных (берёза, бук, липа, ольха) и хвойных (ель, сосна) пород. Используются доски шириной не более 15 см. Влажность дерева для опалубки допускается не более 25%. Все деревянные элементы пропитываются антисептиками.

Из досок сколачиваются щиты, которые поддерживаются подкосами или распорками через 70–100 см. Можно также использовать и инвентарную опалубку. Для этого габариты подпорной стенки подбираются в соответствии с её размерами.

Изготовления бетонной смеси

Бетонную смесь для класса В15 (М200) готовят в пропорции — цемент:песок:щебень (гравий):

• 1:3:4,75 (по весу);
• 1:2,25:4,1 (по объёму).

На 1 м 3 бетона берётся 155 л воды и 250 кг цемента М400. Для приготовления смеси используется бетономешалка.

Укладка бетона

Перед началом бетонирования проводится проверка правильности формы и установки опалубки. Далее внутренняя поверхность опалубки очищается от грязи и мусора. Деревянные элементы за час перед бетонированием смачиваются водой.

Уплотнение бетонной смеси

Укладка бетонной смеси производится слоями 20–30 см. Каждый слой обязательно уплотняется ручными трамбовками или глубинным вибратором. Наилучшие условия для твердения бетона создаются при беспрерывном бетонировании всей конструкции.

Небольшой перерыв в работе, когда бетон находится в начальной стадии твердения и имеет определённую подвижность, не повлияет на прочность всей конструкции. В этом случае можно продолжать бетонные работы без дополнительных мероприятий.

Если бетон уже теряет свою подвижность и набирает прочность, необходимо поверхность ранее уложенного бетона очистить от цементной плёнки, сделать насечки и желательно продуть сжатым воздухом. Далее настилается тонкий слой раствора составом цемент:песок как и у бетона. Затем производится укладка бетона в обычном порядке.

Уход за бетоном

Летом в сухую жаркую погоду поверхность бетона защищают от перегрева и ветра. Для этого её покрывают мокрыми опилками, рогожкой или полиэтиленовой плёнкой.

Чтобы избежать быстрого высыхания поверхности, производится полив бетона в течение недели. При температуре более 15 ºС бетон поливают через каждые три часа в течение первых трёх дней, далее не менее трёх раз в сутки.

В холодную погоду при температуре менее 5 ºС поверхность твердеющего бетона укрывают теплоизоляционными материалами.

Распалубовка

Для подпорных стенок снятие опалубки возможно только при наборе бетоном 100% прочности. Простейший способ определить возможность распалубки — это простукивание готового бетона молотком. При наборе достаточной прочности конструкция издаёт звонкий звук.

После снятия опалубки обратную засыпку выполняют песком, гравием или щебнем с послойной утрамбовкой.

Если в длину подпорная стенка превышает 10 м, необходимо устройство температурно-осадочного шва. Его делают на всю высоту конструкции. Неоднородные грунт под подошвой сооружения может создавать напряжение в стенке и поэтому температурный шов делается в местах разделения грунтов с различными свойствами. В швы устанавливается просмолённые доски толщиной не менее 3 см.

Поверхность подпорной стенки, соприкасающуюся с грунтом, необходимо защищать окрасочной гидроизоляцией, мастиками или битумными растворами.

При большом уклоне приусадебного участка подпорная стенка решает вопрос его выравнивания, а также может стать прекрасным вариантом ландшафтного дизайна.