نشریه زمین شناسی مهندسی، جلد هشتم، شمارۀ 2 تابستان 9313 5912

معرفی دستگاه دوام بزرگ مقياس و کارايی آن برای
ارزيابی دوام سنگهای سخت

محمدرضا نیکودل، حبیب اله بهرام خانی، ماشاله خامه چیان، امین جمشیدی؛ دانشگاه تربیت مدرس
تاريخ: دريافت 28/8/19 پذيرش 98/4/12 چکیده
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

از مهم ترین مسائل مرتبط در طراحی و اجرای سازههای مهندسی، ارزیابی و بررسی دوام آنها در مقابل فرآیند سایش و تر و خشک شدنهای متوالی است. با توجه به این که دوام عبارت است از مقاومت سنگ در برابر هوازدگی فیزیکی و شیمیایی، حفظ شکل، اندازه و وضیعت ظاهری اولیه در زمانی طولانی و در شرایط محیطی حاکم بر سنگ، ارزیابی و بررسی آن دارای اهمیت زیادی است. از آن جا که دستگاه آزمایش دوام استاندارد برای ارزیابی و بررسی دوام سنگهای آرژیلیتی و نرم طراحی شده است، ضروری است دستگاه دوامی طراحی شود که بتواند برای ارزیابی دوام سنگهای سخت کارایی لازم را داشته باشد.
بدین منظور، با تلاش محققان گروه زمینشناسی مهندسی دانشگاه تربیت مدرس تهران، دستگاه دوامی به نام “دستگاه دوام بزرگ مقیاس” طراحی و ساخته شد. طول و قطر این دستگاه به ترتیب 6 و 3/4 برابر دستگاه دوام استاندارد طراحی شده فرانکلین و چاندر )9192( ]9[ است. برای انجام آزمایش به ده نمونه با وزن 444 تا 644 گرم نیاز است. برای بررسی کارایی این دستگاه در ارزیابی دوام سنگهای سخت، 99 نمونه سنگ با منشأ آذرین، رسوبی، دگرگونی و آذر آواری تهیه و ویژگیهای کانیشناسی، فیزیکی و مکانیکی آنها بررسی شد.
در ادامه آزمایشهای دوام استاندارد و بزرگ مقیاس تا 91 چرخه انجام و دادههای به دست آمده تجزیه و تحلیل شد. نتایج نشان میدهد دستگاه دوام بزرگ مقیاس کارایی بیش تر و مناسب تری نسبت به دستگاه دوام استاندارد در ارزیابی دوام سنگهای سخت دارد.
1871802210008

واژههای کلیدی: دوام، دوام بزرگ مقیاس، دوام استاندارد، سنگهای سخت *نویسنده مسئول [email protected]
5912 شمارۀ مقدمه
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

دوام سنگ ارزیابی و سنجش مقاومت سنگ در برابر هوازدگی، حفظ شکل، اندازه و وضیعت ظاهری اولیه در مدت زمانی طولانی و در شرایط محیطی حاکم بر سنگ است ]2[. شاخص دوام نه تنها ویژگی مهمی در ارزیابی کنترل کردن پایداری شیبها و کنترل کردن حفاریهای زیرزمینی به شمار میآید بلکه در طراحی سازههای سنگی، ساختمانها و بناهای تاریخی نیز نقش مهمی دارد ]3[. دوام از جمله ویژگیهای اساسی سنگها است و تقریباًتقریبا در همة پروژههای ژئوتکنیکی که مربوط به سنگهاست، اهمیت فراوانی دارد. از آن جا که عوامل هوازدگی سنگها در طبیعت بسیار زیاد و متغیر است، با هیچ آزمایشی نمی توان روند زوال سنگها در شرایط طبیعی را به طور دقیق پیشبینی کرد. با وجود این، آزمایشهایی مانند شاخص دوام وارفتگی ،ارزش ضربهای، سایش لس آنجلس، تر و خشک شدن متناوب، سلامت سنگ و انجماد و آب شدن برای تعیین این خصوصیت سنگها، پیشنهاد شده و استفاده می شود ]4[، که هر یک از آنها تنها بخشی از فرآیند هوازدگی را شبیهسازی کرده و آزمایش می شوند. از معروف ترین و مهم ترین این آزمایشها، دوام سنگ در برابر چرخه های مختلف سایش و تر و خشک شدن است که به «دوام وارفتگی» معروف است.
مقدار شاخص دوام یک سنگ، به عوامل متعددی بستگی دارد و از آنها تأثیر میپذیرد.
این عوامل را بسته به ماهیت آنها میتوان در دو گروه کلی جای داد. گروه اول عوامل مرتبط با ویژگیها و ماهیت سنگ مورد آزمایش است که از آن جمله میتوان به مواردی نظیر ساخت، بافت، ترکیب کانی شناسی، ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی و . . . اشاره کرد. گروه دوم عوامل مرتبط با شرایط و نحوه آزمایش است که مواردی نظیر دما و ترکیب شیمیایی محلول آزمایش دوام، شکل و میزان گردشدگی نمونههای آزمایش شده، کرویت، درجة زبری سطح نمونهها، تعداد چرخههای آزمایش و ویژگیهای دستگاه آزمایش در این گروه جا میگیرند.
در تحقیق حاضر ویژگیهای کانیشناسی، نوع دستگاه آزمایش شده و تعداد چرخههای آزمایش در ارزیابی دوام سنگها بررسی شده است. برای این منظور، به جای دستگاه دوام استاندارد که صرفاً میتواند برای ارزیابی سنگهای آرژیلیتی و نرم در برابر سایش و تر و 5912
خشک متوالی به کار رود، دستگاه دوام بزرگ مقیاسی معرفی شده که برای ارزیابی دوام سنگ های سخت استفاده می شود. علاوه براین ،نقش ویژگیهای کانیشناسی و تعداد چرخه های آزمایش به عنوان عواملی تأثیرگذار روی شاخص دوام سنگها، نیز بررسی شده است.
مواد و روش پژوهش
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

برای انجام یافتن تحقیق حاضر، 99 قطعه سنگ ساختمانی به ابعاد تقریبی )34×44×44 سانتی متر( از کارخانههای سنگبری اطراف تهران تهیه شد و از آنها نمونهها و مغزههای لازم با قطر NX برای انجام آزمایشهای پیشبینی شده تهیه شد. در ادامه به بررسیهای سنگ شناسی، ویژگیهای فیزیکی شامل چگالی، تخلخل، جذب آب و ویژگیهای مکانیکی شامل مقاومت فشاری تکمحوری و سرعت موج P آنها پرداخته شد. علاوه بر این، آزمایش دوام استاندارد و بزرگ مقیاس تا 91 چرخه در آب شرب تهران با 3/9pH= و دمای 24 درجة سانتی گراد انجام شد. در ادامه با توجه به دادههای به دست آمده از آزمایشها، با مقایسة نتایج دوام استاندارد و دوام بزرگ مقیاس به بررسی کارایی دستگاه دوام بزرگ مقیاس و تعیین کاربرد آن برای ارزیابی دوام سنگهای سخت می پردازیم.
بررسی های سنگشناسی
بررسی های سنگشناسی نه تنها اطلاعاتی در مورد ترکیب کانیشناسی و منشأ سنگ به دست میدهند، بلکه در ارزیابی دوام سنگها در برابر عوامل هوازدگی شیمیایی و فیزیکی نیز ابزاری مهم به شمار میآیند ]1[. دوام سنگ در برابر عوامل هوازدگی شیمیایی و فیزیکی ،سایش و تر و خشک شدن به مقدار زیادی به پارامترهای ذاتی سنگ از جمله ترکیب کانی شناسی بستگی دارد. سنگها به دلیل داشتن کانیهای تشکیل دهندۀ متفاوت، دوام متفاوتی در برابر این عوامل از خود نشان میدهند. در این تحقیق با تهیة مقطع نازک از نمونهها، ترکیب کانیشناسی آنها در زیر میکروسکوپ پلاریزان بررسی شده که نتایج آن در جدول 9 ارائه شده است.

5912
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

جدول 9. نام زمینشناسی، رده و ترکیب کانیشناسی نمونهها
ترکیب کانیشناسی رده نام زمین شناسی
شیشه آتشفشانی- زمینه شیشه آتشفشانی با تبلور مجدد- چرت- میکروفسیل آذرآوری توف )9(
شیشه آتشفشانی- فلدسپار در حال تجزیه به کائولینیت- کوارتز- بیوتیت آذرآوری توف )2(
کوارتز- فلدسپارهای آلکالن )ارتوکلاز(- پلاژیوکلاز- بیوتیت در حال تجزیه به کلریت آذرین گرانیت
فلدسپارهای آلکالن- پلاژیوکلاز- کوارتز- آمفیبول سدیم دار- بیوتیت- منیتیت-آپاتیت آذرین کوارتز مونزونیت
شیشه آتشفشانی- پلاژیوکلاز- هورنبلند آذرین تراکی آندزیت
زمینه میکرو اسپاریت– کلسیت اسپاری با تبلور مجدد رسوبی تراورتن )9(
کلسیت اسپاری- زمینه میکرواسپاریت ریزدانه با تبلور مجدد رسوبی تراورتن )2(
کلسیت ریزدانه- زمینه میکرایت و میکرو اسپاریت – کوارتز – اکسیدهای آهن رسوبی تراورتن )3(
کلسیت اسپاری- سیمان اسپاریتی با تبلور مجدد- زمینه میکرایت و اسپاریت- اکسیدهای آهن رسوبی تراورتن )4(
آراگونیت- کلسیت اسپاری ریز بلور- اکسیدهای آهن رسوبی تراورتن )1(
خردههای آلوکم- کلسیت اسپاری و فسیل اسپاراتی شده- زمینه میکرایت و اسپارایت رسوبی سنگ آهک )9(
خردههای فسیل اربیتولین– کلسیت اسپاری – زمینه دولومیت رسوبی سنگ آهک )2(
خردههای صدف )بریوزوآ- استراکود(- فسیلهای پلاژیک- سیمان اسپاراتی و میکراتی رسوبی لوماشل )9(
خردههای صدف دو کفهایها- کوارتز- سیمان میکرایتی و اسپارایتی رسوبی لوماشل )2(
خردههای سنگی- کوارتز- فلدسپار- کانیهای فلزی- سیمان کلسیتی- ماتریکس رسی رسوبی ماسه سنگ
ژیپس- انیدریت رسوبی ژیپس
کلسیت اسپاری- مواد آلی هیدروکربوری دگرگونی مرمر

ويژگیهای فیزيکی و مکانیکی
برای تعیین ویژگیهای فیزیکی نمونهها )چگالی، تخلخل و جذب آب( و مکانیکی )مقاومت فشاری تکمحوری و سرعت موج P( از روش استاندارد ]6[ استفاده شد. لازم به یادآوری است که بر روی هر یک از نمونهها 1 آزمایش انجام شد و نتایج ارائه شده در این جدول میانگین مقادیر این آزمایشها هستند. نتایج میانگین مقادیر به دست آمده از آزمایشهای تعیین ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی نمونهها در جدول 2 ارائه شده است.
5911
بر اساس ردهبندی آنون برای چگالی و تخلخل ]9[، بیش تر نمونهها در رده با چگالی زیاد
1268732149348

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

Downloaded from jeg.khu.ac.ir at 11:36 IRST on Saturday October 28th 2017

)91/2-11/2( و متوسط )11/2-2/2( و تخلخل کم )1-9%( و متوسط )91-1%( قرار گرفتهاند. با توجه به ردهبندی سنگها بر اساس مقاومت فشاری تکمحوری که آنون )9119( انجام داد ]8[، لوماشل )2( در ردۀ سنگهای با مقاومت کم، سنگ آهک )9(، لوماشل )9( و ماسهسنگ و تمامی نمونههای تراورتن در ردۀ مقاومت زیاد و سایر نمونهها در ردۀ مقاومت بسیار بیش تر قرار می گیرند. با توجه به ردهبندی سنگها بر اساس سرعت موج P به وسیلة آنون ]9[، لوماشل )2( در ردۀ سنگهای با سرعت خیلی اندک )کم تر از m/s 2144(، ماسهسنگ در ردۀ سرعت کم )m/s3144-2144(، تراکی آندزیت و لوماشل )9( در ردۀ سرعت متوسط )m/s 4444-3144(، سایر نمونهها در ردۀ سرعت زیاد )m/s 1444-4444( و سرعت خیلی زیاد
)بیش از m/s 1444( قرار میگیرند.
جدول 5. نتايج آزمون تعیین ويژگیهای فیزيکی و مکانیکی نمونهها
سرعت موج
)m/s(P مقاومت فشاری تک
محوری )MPa( جذب آب
)%( تخلخل مؤثر )%( چگالی اشباع
(g/cm3) چگالی خشک

(g/cm3) نام زمین شناسی
4299 922 3/16 1/22 2/42 2/33 توف )9(
1931 949 9/93 4/23 2/41 2/41 توف )2(
1944 924 4/28 4/93 2/66 2/61 گرانیت
4194 949 4/14 9/34 2/62 2/64 کوارتز مونزونیت
3899 84

2/48 2/44 تراکی آندزیت
4848 26

2/44 2/34 تراورتن )9(
4412 24

2/36 2/91 تراورتن )2(
4118 49 6/16 91/43 2/39 2/22 تراورتن )3(
4818 39 2/91 6/83 2/12 2/41 تراورتن )4(
1449 13 4/91 4/39 2/16 2/11 تراورتن )1(
1133 42 4/81 2/98 2/18 2/16 سنگ آهک )9(
6448 81 4/38

98
/
98

99
/
8

98

/

98

99

/

8



قیمت: تومان

دسته بندی : زمین شناسی

دیدگاهتان را بنویسید