عنوان ترجمه شده مقاله: مدل‌سازی چگالی انباشتگی برای طراحی کامپوزیت‌های ذرات

Effective packing of solid particles is one of the main topics in the field of ceramics, powder metallurgy and concrete technology. In these material sectors it is necessary to maximise or optimise the packing density of particles. Therefore, it is necessary to obtain the ability not even to measure the packing density effectively but especially to predict it and affect it with sufficient accuracy. Despite of large experiences in field of metallurgy and ceramics technology, it is still relatively difficult to predict packing density in the concrete technology. Prediction is based on de Larrard linear packing theory expanded by third parameter including wedging effect of particles to the form of 3-parameter packing model. In this paper the model is calibrated for fillers using in Particle composites technology with respect to their granulometry, mainly aimed on UHPC technology. Calibration is based on correlation with experimentally determined values of packing density of model particles mixtures. Successful optimization of particular system composition in concrete technology then could lead not even to decrease of final price but it has also a beneficial influence mainly on mechanical properties and durability of final product

چکیده

انباشتگی موثر ذرات جامد یکی از موضوعات مهم در زمینه سرامیک، متالورژی پودر و فناوری بتن است. در این گونه مواد، به حداکثررساندن یا بهینه‌سازی چگالی انباشتگی ذرات، بسیار ضروری است. بنابراین دستیابی به این قابلیت، نه تنها برای اندازه‌گیری موثر چگالی انباشتگی بلکه برای پیش‌بینی و اثرگذاری برآن با دقت کافی، بسیار اهمیت دارد. علی‌رغم تجارب زیاد در زمینه‌ی متالورژی و فناوری سرامیک، هنوز هم به طور نسبی پیش‌بینی چگالی انباشتگی در فناوری بتن دشوار است. پیش‌بینی چگالی انباشتگی، مبتنی بر نظریه انباشتگی خطی لاراد است که با سه پارامتر از جمله اثر گوه‌گذاری ذرات، برای تشکیل یک مدل انباشتگی 3‌‌-پارامتری بسط داده شده است. در این مقاله، این مدل برای فیلرها (پُرکننده‌ها) با استفاده از فناوری کامپوزیت‌ ذرات با توجه به گرانولومتری (دانه‌سنجی) آنها، و عمدتا با تمرکز روی فناوری UHPC، کالیبره شده است. کالیبراسیون، بر اساس همبستگی با مقادیر تجربی چگالی انباشتگی مخلوط ذرات در این مدل صورت گرفته است. بنابراین بهینه‌سازی موفق ترکیبات خاص سیستم در فناوری بتن نه تنها منجر به کاهش قیمت نهایی می‌شود بلکه عمدتا تاثیر بسزایی روی خواص مکانیکی و دوام محصول نهایی خواهد گذاشت.

1- مقدمه

کامپوزیت‌های ذرات از جمله بتن‌های با عملکرد فوق‌العاده بالا (UHPC)، گروهی از کامپوزیت‌های غیرآلی منحصربفرد هستند که با مقاومت فشاری بسیار بالاتر از 150 MPa، داوم بالای تخمینی 200 ساله و تقریبا بدون نفوذ‌پذیری از عوامل خورنده، مشخصه‌یابی می‌شوند. این ویژگی‌ها در کنار سایر عوامل، با انتخاب دقیق مواد خام با توجه به شکل، اندازه و گرانولومتری (دانه‌سنجی) آنها جهت رسیدن به ساختار بسیار فشرده با کمترین حجم آزاد و بالاترین چگالی انباشتگی، به دست می‌آیند. به رغم تجربیات فراوان به دست آمده در زمینه انباشتگی ذرات در سرامیک‌ها و  متالورژی یا داروسازی پودر، اما در فناوری‌های جدید بتن، هنوز هم پیش‌بینی و اثرگذاری بر چگالی انباشتگی ذرات نسبتا دشوار است. انباشتگی ذرات، تاثییر بسزایی روی خواص نهایی مواد جامد از جمله رئولوژی (شارش‌شناسی) سوسپانسیون، تخلخل، نفوذ‌پذیری یا مقاومت دارد. بنابراین درک مکانیسم انباشتگی ذرات ضروری است. اگر ما یک سیستم منحصربفرد شامل ذرات کروی با اندازه یکسان را در نظر بگیریم، به راحتی می‌توان محاسبه کرد که چگالی انباشتگی این سیستم 74.05% (هگزاگونال تنگ‌پکیده) است. متاسفانه، امکان رسیدن به این مقادیر بالا در سیستمی که در آن بیشترین چگالی انباشتگی بالاتر از 64% نیست، وجود ندارد. برای افزایش چگالی انباشتگی باید اینگونه ذرات را اضافه کنیم تا شکاف بین ذرات درشت‌تر را پر کند. اساسا، نظریه چگالی ذرات را می‌توان به دو شاخه عمده تقسیم‌بندی کرد...