Влияние размеров образцов торфа на прочность готовой продукции Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

3. Шитарев В.Г. К вопросу о применимости прямого метода определения потерь полезных ископаемых при открытой разработке месторождений.

4. Ломоносов Г.Г. Формирование качества руды при открытойдобыче. Недра, - М., 1975.

5. Юматов Б.П., Байков Б.Н., Смирнов В.П. Открытая разработка сложноструктурных месторождений цветных металлов. Недра, - М., 1973.

6. Попов Г.Н., Лобанов Д.П. Разработка месторождений радиоактивных руд. Атомиздат, 1970.

7. Анистратов Ю.И. Технология открытой добычи руд редких и радиоактивных металлов. Недра, - М., 1988.

8. Зенкин В.Л., Котенко Е.А. Технология автоматизированной селективной выемки урановых руд роторным экскаватором. Сб. докладов. Научный симпозиум НУЦ, ФПИГД, ИПКОН РАН-МГГУ, - М., 2002.

9. . Шо1/гаеп Р., Е1ек[еМ Е., ИеМе1 Е. Распознание

границ между пластом бурого угля и вмещающими породами. ВгаипкоЫе-ЫеЬй^е81ет-Егкеиш^. №пе

Ве^Ьа^есЬи, 1978, 8, № 9.

10. Справочник «Открытые горные работы», Горное бюро. - М., 1994.

11. Виденхауз Г., Рудольф В., Краснянский Г., Штейнцайг Р. Опыт создания и применения экскава-ционой техники нового поколения. Сб. Открытые горные работы. - М., 1999..

12. Рубцов С.К., Иоффе А.М. и др. Обоснование и разработка технических предложений по технологии

добычи и стабильному развитию горных работ в условиях месторождений «Ташкура-Джерой». Годовой научный отчет (Этапы 3, 4). Фонды ВНИПИПТ, - М., 2001.

13. Компактные роторные экскаваторы фирмы KRUPP. Горнаяпромышленность, №1. 1999.

14. Проспекты фирмы FAM (ФРГ). 2000.

15. Радьков В.А. Опытно-промышленные испытания компактного роторного экскаватора на карьере «Удачный». Горный журнал, №10, 1997.

16. Караванов М.Ю. Автоматизированные системы навигации и управление горнотранспортным оборудованием. Горная промышленность №3, 1996.

17. Мазуркевич А.П, Канцель А.В., Прохоренко Г.А., Сытенков В.Н. GPS - система повышения качества отработки рудных тел сложного строения. Горный вестник Узбекистана №2, 2000.

18. Кустов А.М., Шеметов П.А. Флагману золотодобывающей промышленности Узбекистана руднику Мурунтау - 35 лет. Горный вестник Узбекистана №1, 2000.

19. Проблемы прикладной селектрометрии и радиометрии. Тезисы докладов. V Международное совещание. Дубна, 2001.

20. Переносной рентгенорадиометрической анализатор ПРАМ-1. Проспект ВНИИТФА, Москва, 2002.

21. Портативный гамма-спектрометр GS-512. ООО «Аэрогеотех», - Москва, 2002.

— Коротко об авторах

Зенкин В.Л. - ВНИПИпромтехнологии.

© А.Н. Васильев, Ю.Л. Ковальчук, 2004

УДК 622.331

А.Н. Васильев, Ю.Л. Ковальчук

ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ ОБРАЗЦОВ ТОРФА НА ПРОЧНОСТЬ ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ

Семинар № 13

ТТ ри сушке коллоидных капиллярно-пористых материалов происходит изменение прочности формованного торфа вследствие проявления усадочных давлений и свойств дисперсионной среды (влагосо-держания).

1

1

\ \

гУ

tA

;ч\,\ V

- 0

Прочность - способность тела сохранять целостность под действием разрушающей нагрузки. Прочность характеризуется числом и видом связей, а также наличием дефектов структуры, присутствующих в системе. Впервые дефект, структуры применительно к торфяным системам обосновал и доказал А.Е. Афанасьев [2]. Под дефектами структуры торфяных систем понимают следующие факторы: резко выраженную неоднородность в распределении пор, плотности твердой фазы, оказывающие влияние на прочностные свойства формованной или любой другой продукции из торфа непосредственно; распределение жидкой и газовой фаз, влияющие в процессе сушки; групповой и катионный состав, степень разложения, связанные с природными физикомеханическими свойствами. Для одного типа торфа, вида продукции и способа ее получения дефектами структуры необходимо считать, выраженное изменение в распределении пор, соответственно заполненные газовой или жидкой фазами, изменяющих процессы тепломас-сопереноса, развитие усадочных давлений и объемно-напряженное состояние, приводящее к образованию в процессе сушки нарушений сплошности (трещин) кусков. Поэтому даже макроскопическое однородное поле напряжений из-за микронеоднородностей строения и физико-механических свойств оказывается неоднородным.

Различие прочности малых и больших образцов одного и того же материала вызвано тем, что в больших образцах более вероятно наличие опасных дефектов или перенапряжений, чем в малых, а дефекты больших размеров не могут реализоваться в малых образцах. При этом физическая сущность протекающих процессов разрушения на атомно-молекулярном уровне от размеров тела не зависит. С увеличением размеров влажных пористых тел изменяется только количественная сторона процесса, которая зависит от внешних и внутренних условий тепломассо-переноса, не учитывающихся в статистических теориях прочности твердых тел.

В качестве структурно-чувствительного фактора при оценке процессов структурообра-зования нами используется прочность Я, рас-

Рис. 1. Зависимость прочности от влагосодержания: 1- д = 20 мм; 2 - 30

мм; 3 - 40 мм; 4 - 50 мм; 5 - 60 мм

считываемая по уравнению А.Е. Афанасьева:

Я1 = Яо^ехр(- /Я*Т)

где Яо„ -максимальная величина прочности при = 0; а - изменение энергии взаимодей-

ствия между элементами структуры при изменении влагосодержания на единицу, (Дж/моль)(кг/кг)-1; -изменение энергии

непосредственной связи между элементами структуры при соответствующем влагосо-держании (работа разрушения); Я*— универсальная газовая постоянная; Т - температура.

Следовательно, при постоянных размерах готовой продукции прочность влажных капиллярно-пористых тел увеличивается с уменьшением значений и Т1 из-за увеличения числа и

видов контактов между частицами.

Для оценки влияния размеров образцов на прочность исследовались образцы формованной торфяной продукции диаметром 20; 30; 40; 50; 60 мм. На рис. 1 показана зависимость прочности от изменения влагосодержания при различных диаметрах кускового торфа. Из анализа графиков видно, что прочность торфа растет с уменьшением влагосодержания, что связано с увеличением числа связей между элементами структуры, причем прочность торфа выше у кусков с меньшим начальным диаметром. Наиболее удобно представлять зависимость прочности от влагосодержания в полулогарифмических координатах :1п (рис. 2)

Анализ этих графиков показывает, что с уменьшением влагосодержания прочность независимо от размеров кусков проходит через два периода структурообразования, впервые отмеченных С.С. Корчуновым [2] и обоснованных А.Е. Афанасьевым в работе [3].

В первом периоде структурообразования при сушке торфа от до коагуляционная структура торфа упрочняется из-за сближения и уплотнения частиц под действием капиллярных сил, возникающих вследствие удаления

влаги из относительно крупных межчастичных пор и пор частиц. Темп усадки и обезвоживания зависит от прочности торфа и деформатив-ности ассоциатов, определяющих в конечном счете число элементарных актов взаимодействия и образование дефектов структуры вследствие неоднородности протекающих процессов по сечению образца.

Во втором периоде структурообразования происходит отставание темпа обезвоживания от темпа усадки. Влага удаляется из все более узких пор, частиц, слагающих кусок, и переносится через межчастичное поровое пространство в окружающую среду. Возникающее капиллярное давление в пределах таких частиц приводит к их дальнейшей усадке. В зависимости от соотношения межчастичного взаимодействия и величины капиллярного давления в частице может происходить разрыв (микродефект) молекулярных связей между частицами куска.

Рис. 2. Зависимость Ьн Ш = /(ф: 1- д =

20 мм; 2 - 30 мм; 3 - 40 мм; 4 - 50 мм; 5

- 60 мм

Рис. 3. Зависимость Ьн Ш = /(ф: 1 -

= 0 кг/кг; 2 - №1 = 0,25кг/кг; 3 - =

0,5 кг/кг; 4 - = 0,75 кг/кг; 5 - =

1,0 кг/кг;6 - = 1,25 кг/кг; 7- = 1,5

кг/кг

Число микродефектов тем больше, чем выше неоднородность протекающих процессов (например, величина давления в центре образца и на его поверхности), увеличивающая с ростом диаметра образца. Если взять значения прочности для каждого диаметра при Ш = (0; 0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25; 1,5 кг/кг), то можно построить зависимость прочности от начального диаметра кусков, которая в полулогарифмических координатах выражается прямой линией с отрицательным угловым коэффициентом К (рис. 3).

Определение физико-механических свойств (прочность на сжатие) показало, что уменьшение начальных диаметров образцов приводит к увеличению прочности готовой продукции, что обусловлено уменьшением дефектов структуры в них по сравнению с большими. Подтверждено существование двух периодов структурообразования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Афанасьев А.Е., Чураев Н.В. Оптимизация процессов сушки и структурообразования в технологии торфяного производства. - М.: Недра, 1992.-288 с.

2. Корчунов С. С. Исследование физико-

механических свойств торфа.- Труды ВНИИТП, М.-Л.: Госэнергоиздат,1953.-237 с.

3. Афанасьев А.Е. Исследование структурообра-

зования при сушке кускового торфа. Торфяная промыш-ленность.-!981.-№7.-С. 17-21.

— Коротко об авторах ---------------------------------------------

Васильев А.Н., Ковальчук Ю.Л. - Тверской государственный технический университет.