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1、粉体堆粉体堆积特性特性粉粉体的堆积物性体的堆积物性颗粒材料密度颗粒材料密度-（真密度（真密度0颗粒磨得很细再测量颗粒磨得很细再测量）式中：式中：0颗粒材料密度，颗粒材料密度，kg/m3；m材料材料的质量的质量，kg；V 材料在绝对密实状态下的体积，材料在绝对密实状态下的体积，m3。材料在绝对密实状态下，单位体积材料在绝对密实状态下，单位体积(无任何孔隙无任何孔隙)的质量的质量。1、颗粒的密、颗粒的密度度一、填充指数一、填充指数式中式中：粉体堆粉体堆积积密度，密度，kg/m3；m材料材料的的质质量量，kg；材料的堆材料的堆积积体体积积，m3。粉粉体的堆体的堆积积密度密度填充密填充密度（容度（容积
2、积密度或松装密度）密度或松装密度）粉状或散粒状材料在堆粉状或散粒状材料在堆积积状状态态下，下，单单位体位体积积(包括包括颗颗粒粒间间空隙空隙+颗颗粒孔隙粒孔隙内孔内孔+外孔外孔)的的质质量量。2、粉体的空隙率粉体的空隙率 空隙体空隙体积占粉体填充体占粉体填充体积的比率。的比率。式中：式中：粉体空隙率，；粉体空隙率，；V，颗颗粒体粒体积积，m3；V0，材料堆材料堆积积体体积积，m3。3、粉、粉体的填充率体的填充率填填充率是指散粒状材料在其堆充率是指散粒状材料在其堆积积体体积积中，被中，被颗颗粒粒实实体体体体积积填充的程度。填充的程度。粉体空隙率与填充率的关系：粉体空隙率与填充率的关系：4、颗粒的
3、配位数及空隙率分布、颗粒的配位数及空隙率分布g配位数配位数k(n)粉体粉体层层中与某一中与某一颗颗粒接触的粒接触的颗颗粒个数。各个粒个数。各个颗颗粒有着不同的配位数，用分布粒有着不同的配位数，用分布来表示具有某一配位数的来表示具有某一配位数的颗颗粒比率粒比率时时，该该分布称分布称为为配位数分布。配位数分布。h空隙率分布空隙率分布以距以距观观察察颗颗粒中心任一半径的微小球壳空隙体粒中心任一半径的微小球壳空隙体积积比率比率对对距离表示的分布。距离表示的分布。二、粉二、粉体颗粒的填充与堆积体颗粒的填充与堆积1 1、等、等径球体颗粒的规则填充径球体颗粒的规则填充把把互互相相接接触触的的球球体体作作为为
4、基基本本单单元元，组组合合成成彼彼此此平平行行的的和和相相互互接接触触的的排排列列，构构成成变变化化无无限限不不同同的的规规则则的的二二维维球球层层。约约束束的的形形式式有有二二种种：正正方方形形，如如图图1 1所所示示；等等边边三三角角形形（菱菱形形、六边形）六边形）如如图图1 1所所示示图图1 1等径球体颗粒的规则填充等径球体颗粒的规则填充排列方式：排列方式：第一层：第一层：(1)(1)正方形排列，如正方形排列，如(a)(a)、(b)(b)、(c)(c)(2)(2)三角形排列，如三角形排列，如(d)(d)、(e)(e)、(f)(f)第二层：第二层：(1(1)在在下层球的正上面排列着上层球下
5、层球的正上面排列着上层球 (2)(2)在下层球和球的切点上排列着上层球，在下层球和球的切点上排列着上层球，(3)(3)在下层球间隙的中心上排列着上层球在下层球间隙的中心上排列着上层球。等径球体颗粒的规则排列图等径球体颗粒的规则排列图正方形排列正方形排列层：(a)正方体堆正方体堆积(b)正斜方体堆正斜方体堆积(c)菱面体堆菱面体堆积三角形排列三角形排列层：(d)正斜方体堆正斜方体堆积(e)楔形四面体堆楔形四面体堆积(f)菱面体堆菱面体堆积单元体结构图单元体结构图思考思考题：六种堆：六种堆积 方式中两方式中两层球中心距离分球中心距离分别是多少？是多少？表表1 1 等径球规则填充的结构特性等径球规则
6、填充的结构特性排列排列名称名称顺序顺序单元体单元体空隙率空隙率配位数配位数填充组填充组体积体积空隙空隙体积体积(a)立方体填充，立方立方体填充，立方最密填充最密填充110.47640.47646正方系正方系(b)正斜方体填充正斜方体填充20.8660.3430.39548(c)菱面体填充或面心菱面体填充或面心立方体填充立方体填充30.7070.18340.259412(d)正斜方体填充正斜方体填充40.8660.34240.39548六方系六方系(e)楔形四面体填充楔形四面体填充50.7500.22640.301910(f)菱面体填充或六方菱面体填充或六方最密填充最密填充60.7070.183
7、40.2595122 2、等径球形颗粒的随、等径球形颗粒的随机或不规则填机或不规则填充充1 1)随机密填充随机密填充 把把球倒入一球倒入一个容个容器中，当容器振动时或强烈的摇晃时得到的这类填充类型。器中，当容器振动时或强烈的摇晃时得到的这类填充类型。可得到可得到0.3590.359到到0.3750.375的平均空隙率，该值大大超过了对应的六方密填充时的平均空隙率，该值大大超过了对应的六方密填充时的平均值的平均值0.260.26。2)2)随机倾倒填充随机倾倒填充 把球倒入一个容器内，相当于工业上常见的卸出粉料和散袋物料的操作，把球倒入一个容器内，相当于工业上常见的卸出粉料和散袋物料的操作，可得到
8、可得到0 0.375.375到到0.3910.391的平均空隙率。的平均空隙率。3)3)随随机疏填充机疏填充 把把一一堆堆松松散散的的球球放放入入到到一一个个容容器器内内，或或用用手手一一个个个个地地随随机机把把球球填填充充进进去去，或或让让这这些些球球一一个个个个地地滚滚入入到到如如此此填填充充的的球球的上方，可得到的上方，可得到0.40.4到到0.410.41的平均空隙率。的平均空隙率。4 4）随机极疏填充）随机极疏填充 最最低流态化时流化床具有平均空隙率为低流态化时流化床具有平均空隙率为0.460.46到到 0.470.47。把流。把流化床内流体的速度缓慢地降到零，或通过球的沉降就可得化
9、床内流体的速度缓慢地降到零，或通过球的沉降就可得到到0.440.44的平均空隙率。的平均空隙率。Ridgway和和Tarbuck还还整理了其他研究者的整理了其他研究者的实验结实验结果，得到均一球形果，得到均一球形颗颗粒随粒随机填充机填充时时空隙率空隙率 和平均配位数的关系式如下：此式可用于确定配位数。和平均配位数的关系式如下：此式可用于确定配位数。另外另外，Haughey认为认为，在配位数小的范，在配位数小的范围围内，内，比上式比上式计计算算值值稍有减小的稍有减小的倾倾向，向，并同其他研究人并同其他研究人员员的数据的数据进进行了比行了比较较，还举还举出存在出存在压压力力时时的的实实例。此外，例
10、。此外，Rumpf指出，下式指出，下式虽虽然是近似式，但在然是近似式，但在k(n)612的范的范围围内内与上式极与上式极为为一致。一致。3、均一球形颗粒的实际填充均一球形颗粒的实际填充式中：式中：x为六方最密填充的比例数。为六方最密填充的比例数。4、非均一球形颗粒的实际填充非均一球形颗粒的实际填充式中：式中：W1、W2大、小颗大、小颗粒质量粒质量，kg；1、2大、小颗大、小颗粒填充密粒填充密度，度，kg/m3；1、2大、小颗粒单独填充时的空隙率大、小颗粒单独填充时的空隙率。则最大填充率则最大填充率Z为：为：对于同材质的球形颗粒，对于同材质的球形颗粒，1=2，1=2=，则，则=0.4时时，可能的
11、最大填充率的大，可能的最大填充率的大颗颗粒粒质质量比量比为为Z=0.71 一次填充：一次填充：一次填充后的堆一次填充后的堆积性性质类 别空 隙 率小球的直径混合物空隙率小球的体积比立方体0.47640.723dp0.2710.391正斜方体0.39540.528dp0.3070.147菱面体0.25950.255dp0.414dp0.1900.0190.0705、不同粒径球形颗粒的规则填充不同粒径球形颗粒的规则填充最密填充最密填充（1）Horsfield填充填充 Horsfield填充填充：Horsfield填充球 序球 体 半 径球 数空 隙 率1次求Er10.2602次球J0.414r11
12、0.2073次球K0.225r120.1904次球L0.177r180.1585次球M0.116r180.149最后填充球极小极多0.039（2）连）连续粒度体系和不连续粒度体系续粒度体系和不连续粒度体系混凝土骨料和耐火材料的原料混凝土骨料和耐火材料的原料。GaudinSuhuhmann(高登高登-舒兹曼舒兹曼)式中：式中：UDp累计筛下百分数；累计筛下百分数；Dpmax最大粒径；最大粒径；qFuller常数。常数。q=1/2时为最疏填充，时为最疏填充，q=1/3时为最密填充。试验结果时为最密填充。试验结果q=0.330.5时，具时，具有最小空隙率。有最小空隙率。6、非球形颗粒的随机填充非球形
13、颗粒的随机填充非球形非球形颗粒堆粒堆积与填充性与填充性质的影响因素：的影响因素：容器中容器中颗粒填充的空隙率，随着容器直径的减小和粒填充的空隙率，随着容器直径的减小和颗粒床粒床层高度的增加而高度的增加而变大。大。随着随着颗粒球形度的增加，空隙率会减小。粒球形度的增加，空隙率会减小。颗粒表面的粗糙度的增大，会使空隙率粒表面的粗糙度的增大，会使空隙率增大。增大。由于由于细粉粒具有粘粉粒具有粘结性，因此呈性，因此呈现出出较高的空高的空隙率形成松填充。隙率形成松填充。具有粒度分布的粉体，具有粒度分布的粉体，趋于于产生生较紧密的堆密的堆积。振振动的的频率与振幅率与振幅对粉体粉体层的空隙率有的空隙率有较大
14、影大影响。响。颗粒的配级颗粒的配级砂的颗粒级配，即表示砂中大小颗粒的搭配情况。在混凝土中砂粒之间的空隙砂的颗粒级配，即表示砂中大小颗粒的搭配情况。在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，为达到节约水泥和提高强度的目的，就应尽量减小砂粒之是由水泥浆所填充，为达到节约水泥和提高强度的目的，就应尽量减小砂粒之间的空隙。要减小砂粒间的空隙，就必须有大小不同的颗粒搭配。间的空隙。要减小砂粒间的空隙，就必须有大小不同的颗粒搭配。C30混凝土的混凝土的28天抗压强度应在天抗压强度应在30MPa以上以上。C15C80间隔间隔5。边长为边长为150mm的立方体标准试件，的立方体标准试件，在在28天龄期，抗压强
15、度低于该值的天龄期，抗压强度低于该值的百分率不超过百分率不超过5%。以以MPa表示。表示。7、影响颗粒填充的因素影响颗粒填充的因素(1)壁效应(2)局部结构(3)物料含水(4)颗粒形状(5)粒度大小（1 1）壁效应壁效应壁壁效效应应：在在接接近近固固体体表表面面的的地地方方会会使使随随机机填填充充中中存存在在局局部部有有序序,紧紧挨挨着着固固体体表表面面的的颗颗粒粒常常常常会会形形成成一一层层与与表表面面形形状状相相同同的的料料层层。这这种种层层是是正方形和三角形单元聚合的混合体。正方形和三角形单元聚合的混合体。（2）球形度）球形度对粉体空隙度的影响粉体空隙度的影响前面学习我们知道球形前面学习
16、我们知道球形度度越接近越接近1，颗粒形状，颗粒形状越接近球形。右图可以越接近球形。右图可以看出，球形度越接近看出，球形度越接近1孔孔隙度越小。隙度越小。（3）粗糙度）粗糙度对粉体堆粉体堆积孔隙度的影响孔隙度的影响左左图说明粉体明粉体颗粒粗糙度越粒粗糙度越大，粉体堆大，粉体堆积孔隙度越大。孔隙度越大。重点重点一、填充指数：真密度、松装密度、空隙率、填充率一、填充指数：真密度、松装密度、空隙率、填充率二、二、规则球形球形颗粒的堆粒的堆积方式方式三、三、均一球形颗粒的实际填充空隙率的计算均一球形颗粒的实际填充空隙率的计算四、非均一球形颗粒的实际填充中不同颗粒质量百分含量的计算；四、非均一球形颗粒的实际填充中不同颗粒质量百分含量的计算；五、不五、不规则球形球形颗粒堆粒堆积的最小空隙率的最小空隙率THE ENDTHE END！