ایستاسازه
En Ar

خانه - مطالب آموزشی - آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ (Experiment to determine the porosity and dry density of rock)

این آزمایش با هدف تعیین میزان تخلخل و چگالی خشک نمونه و البته تعیین درصد جذب آب سنگ انجام می شود. مراحل این آزمایش مطابق با روش ISRM تعیین شده است.

اهمیت و موارد استفاده آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ

چگالی، یکی از خصوصیات فیزیکی سنگ است که به مقدار قابل توجهی به مشخصات درزه و ترک سنگ ها بستگی دارد. علاوه بر این موضوع با توجه به ارتباط مستقیم بین سن سنگ و چگالی آن، ارزیابی و تعیین چگالی بسیار می تواند در شناخت سنگ به مهندسین کمک نماید. با وجود نزدیک بودن چگالی دانه ای در کانی های مختلف، اختلاف چگالی سنگ ها بیشتر از میزان تخلخل بین آن ها ناشی می شود.

به طور کلی از منظر تخلخل، برای سنگ ها دو دسته تخلخل کلی و تخلخل کارا در نظر گرفته می شود. تفاوت این دو در این موضوع خلاصه می شود که در مواردی اگر تنها روزنه های باز و مرتبط با یکدیگر، مطرح باشد، تخلخل کارا محاسبه شده و در باقی موارد تخلخل کلی مد نظر است.

رفتار سنگ ها در شرایط مختلف متفاوت است، به عنوان مثال در مواجهه با آب و یا در هنگام خشک شدن، رفتار متفاوتی از سنگ های مختلف مشاهده می شود. این امر سبب می شود تا بر حسب وضعیت نمونه، روش متفاوتی برای آزمایش تعیین چگالی سنگ اتخاذ شود.

آزمایش های استاندارد جهت محاسبه چگالی سنگ ها در شرایط مختلف
آزمایش های استاندارد جهت محاسبه چگالی سنگ ها در شرایط مختلف

آزمایش با استفاده از روش اندازه گیری ابعاد و اشباع نمونه

این آزمایش برای محاسبه و تعیین میزان تخلخل و چگالی خشک در سنگ هایی با شکل هندسی منظم استفاده می شود. این روش برای سنگ های ترد و شکننده و دارای چسبندگی کم توصیه نمی شود چرا که نمی توان به این دسته از سنگ ها با کمک ماشین برش و سایش شکل داد. برای نمونه هایی که غوطه وری و یا خشک شدن باعث تورم و متلاشی شدن آن ها می شود این روش نمی تواند انتخاب مناسبی برای تعیین میزان تخلخل و چگالی سنگ ها باشد.

تصویری از خلل و فرج موجود در سنگ ها
تصویری از خلل و فرج موجود در سنگ ها

ابزار آزمایش تعیین میزان تخلخل و چگالی خشک در سنگ هایی با شکل هندسی منظم

  • یک عدد گرم خانه با توان افزایش دما تا 3 ± 105 درجه سانتیگراد و البته حفظ آن تا 24 ساعت.
  • یک عدد ترازو با دقتی معادل با %0.01 جرم نمونه برای توزین
  • یک عدد کولیس با دقت 0.1 میلی متر.
  • دسیکاتور برای نگهداری نمونه در هنگام سرد شدن.
  • تجهیز سامانه اشباع در خلأ که بتوان نمونه را زیر خلأ کمتر از 800 پاسکال برای مدت دست کم یک ساعت در آن به حالت غوطه ور درآورد.

مراحل انجام آزمایش تعیین میزان تخلخل و چگالی خشک در سنگ هایی با شکل هندسی منظم

الف) استخراج 3 نمونه معرف از سنگ برای آزمایش به گونه ای که شکل آن تقریباً مشابه با یک منشور استوانه ای باشد. ابعاد نمونه ها باید به نحوی باشد که یا دست کم جرم 50 گرم برای نمونه به دست آید (براي سنگ هایی با چگالی متوسط، مکعبی به ضلع 27 میلیمتر دارای جرم کافی خواهد بود) و یا کمترین بعد آن 10 برابر اندازه بزرگترین سنگ دانه در سنگ باشد. از بین این 2 شرط، آزمونگر موظف است مقدار بزرگتر را به عنوان معیار در نظر بگیرد.

ب) در این مرحله، ابعاد هر یک از نمونه به وسیله کولیس چندین بار اندازه گیری شده و مقدار میانگین مقادیر برای هر یک از بعد ها لحاظ می شود. پس از آن آزمونگر موظف است حجم نمونه ها را محاسبه و ثبت نماید.

پ) در ادامه در راستای اشباع سازی، نمونه ها باید به مدت حداقل یک ساعت در داخل آب و در خلأ با بیشینه 800 پاسکال ( 6 تور) قرار گیرد. برای رها شدن هوای محبوس، هر از چند گاه نمونه باید در آب جابه جا شود.

ت) در این مرحله با کمک یک پارچه مرطوب، سطح نمونه خشک می شود. این فرآیند باید به گونه ای انجام شود که هیچ قطعه ای هرچند بسیار کوچک از نمونه اشباع جدا نشود. در ادامه باید جرم نمونه اشباع با سطح خشک شده اندازه گیري شود.

ث) نمونه در گرم خانه با درجه حرارت 105 درجه سانتی گراد تا رسیدن به وزنی ثابت باقی می ماند، سپس به مدت30 دقیقه در دسیکاتور خنک شده و جرم جامد یا خشک نمونه اندازه گیری می شود.

ج) این مراحل برای تک تک نمونه ها باید تکرار شود.

محاسبات

چگالی خشک و تخلخل موثر نمونه از روابط زیر به دست می آیند:

فرمول تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ

در این روابط متغیرهای به کار رفته عبارتند از:

V = حجم کل (سانتی متر مکعب)

Vv = حجم منافذ موثر (سانتی متر مکعب)

ρd =  چگالی خشک (گرم بر سانتی متر مکعب)

ρw =  چگالی آب استفاده شده در آزمایش

ne =  تخلخل موثر (درصد)

Msat =  جرم اشباع با سطح خشک شده (گرم)

Ms =  جرم خشک نمونه (گرم)

گزارش نتايج

برای ارائه گزارش، مقادیر به دست آمده از هر یک از نمونه ها به تفکیک بیان شده و میانگین آنها به عنوان عدد نهایی گزارش می شود. مقادیر چگالی با دقت 10 گیلوگرم بر متر مکعب و تخلخل موثر با دقت %0.1 گزارش می شود. علاوه بر این موارد باید قید شود که حجم کل و ابعاد نمونه محاسبه شده و حجم منافذ، توسط روش اشباع با آب به دست آمده است.

برگه گزارش نتايج آزمايش تعيين چگالی و تخلخل موثر به روش اشباع و اندازه گيری ابعاد
برگه گزارش نتايج آزمايش تعيين چگالی و تخلخل موثر به روش اشباع و اندازه گيری ابعاد

آزمایش تعیین چگالی و نسبت تخلخل موثر سنگ بر پايه روش اشباع و غوطه وری

در این روش حجم نمونه بر خلاف آزمایش قبل با کمک قانون ارشمیدس و محاسبه وزن غوطه وری محاسبه می شود. این روش نیز برای نمونه هاي سنگی با اشكال هندسی منظم، نامنظم و يا قطعات سنگی استفاده مي شود. همچنين نمونه نبايد ترد و شكننده بوده و یا در تماس با رطوبت یا حرارت گرم خانه متلاشی شود.

ابزار آزمایش در روش اشباع و غوطه وری

  • یک عدد گرم خانه با توان افزایش دما تا 3 ± 105 درجه سانتیگراد و البته حفظ آن تا 24 ساعت
  • دسیکاتور برای نگهداری نمونه در طول مدت سرد شدن
  • ترازو با ظرفیت کافی و دقتی معادل %0.01 وزن نمونه
  • سامانه اشباع در فشار خلأ کم تر از 800 پاسکال ( 6 تور)
  • ظرف فلزی با درپوش محکم از جنس مقاوم در برابر خوردگی، زنگ زدگی و تغییر وزن
  • وان آب و یک سبد سیمی جهت غوطه ور کردن نمونه

مراحل انجام آزمایش

مراحل زیر، در مورد این آزمایش اجرا می شود:

الف) استخراج 10 نمونه معرف از سنگ برای آزمایش. ابعاد نمونه ها باید به نحوی باشد که یا دست کم جرم 50 گرم براي نمونه به دست آید و یا کم ترین بعد آن 10 برابر اندازه بزرگ ترین سنگ دانه در سنگ باشد.

ب)  در مرحله بعدی نمونه با آب شسته می شود تا گرد و غبار سطحی آن  برطرف شود.

ج) نمونه در داخل آب و در خلأ کمتر از 800 پاسکال (6 تور) به مدت حداقل یک ساعت قرار داده می شود تا نمونه ها به طور کامل اشباع گردد. در این مدت باید نمونه ها به طور متناوب حرکت داده شوند تا حباب های هوای آن خارج شود.

د) در این مرحله نمونه باید در داخل سبد گذاشته و وارد وان شود. (در این حالت سبد با سیم به ترازو آویزان می شود)

ه) درپوش و ظرف در حالت خشک و تمیز توزین و ثبت می شود. (A)

و)  نمونه از داخل وان آب خارج شده و سطح آن با دستمال مرطوب خشک می شود. این مرحله همانند آزمایش قبلی باید بسیار محطاتانه صورت گیرد به گونه ای که قطعه از سنگ جدا نشود. پس از آن جرم مجموعه به کمک ترازو محاسبه و یادداشت می شود. (B)

ز) در این بخش از آزمایش نمونه در داخل گرم خانه با دمای 105 درجه قرار می گیرد تا به طور کامل و با رسیدن به وزنی ثابت خشک شود.

ح) پس از خشک شدن، نمونه به مدت 30 دقیقه در داخل دسیکاتور قرار می گیرد تا سرد شود.

ی) این مراحل برای تک تک نمونه ها باید تکرار شود.

سیستم مورد استفاده در آزمایش تعیین چگالی و تخلخل به کمک روش اشباع و غوطه وری
سیستم مورد استفاده در آزمایش تعیین چگالی و تخلخل به کمک روش اشباع و غوطه وری

محاسبات

چگالی خشک و تخلخل موثر نمونه از روابط زیر به دست می آیند:

فرمول 2- تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ

که در این روابط:

V = حجم کل (سانتی متر مکعب)

VV = حجم منافذ موثر (سانتی متر مکعب)

ρd =  چگالی خشک (گرم بر سانتی متر مکعب)

ρw =  چگالی آب استفاده شده در آزمایش

ne =  تخلخل موثر (درصد)

Msat =  جرم اشباع با سطح خشک شده (گرم)

Ms =  جرم خشک نمونه (گرم)

Msub =  جرم اشباع غوطه ور نمونه (گرم)

B =  جرم اشباع نمونه به همراه ظرف (گرم)

C =   جرم خشک نمونه به همراه ظرف (گرم)

A =   جرم ظرف (گرم)

گزارش نتايج

گزارش باید شامل موارد زیر باشد:

گزارش باید شامل مقادیر چگالی خشک و تخلخل موثر نمونه ها باشد. مقدار چگالی با دقت 10 کیلوگرم بر مترمکعب و تخلخل موثر با دقت %0.1 گزارش می شود. در گزارش باید قید شود که حجم کل با روش غوطه وری و حجم منافذ با روش اشباع در آب به دست آمده است. یک نمونه برگه مربوط به گزارش و ثبت نتایج این آزمایش در ادامه قابل مشاهده می باشد.

برگه گزارش نتايج آزمايش تعيين چگالی و تخلخل موثر به روش اشباع و غوطه وری
برگه گزارش نتايج آزمايش تعيين چگالی و تخلخل موثر به روش اشباع و غوطه وری

منابع:

  1. نشریه شماره 737 سازمان برنامه و بودجه کشور “دستورالعمل انجام آزمون های آزمایشگاهی و صحرایی مکانیک سنگ”

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

سایر مقاله ها

ادوات و تجهیزات حفاری (دستگاه دریل واگن) (Drill Wagon)

یکی از اصول اساسی و کاربردی در کار پایدارسازی و [...]


بیشتر بخوانید

آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ (Experiment to determine the porosity and dry density of rock)

این آزمایش با هدف تعیین میزان تخلخل و چگالی خشک [...]


بیشتر بخوانید

آزمایش های تعیین درصد رطوبت و شاخص دوام وارفتگی در سنگ ها (Water content of rock)

امروزه در بسیاری از بخش های مهندسی ژئوتکنیک پیشرفت های [...]


بیشتر بخوانید

دستگاه و تجهیزات تزریق دوغاب سیمان (ست تزریق) (Cement Grouting Equipment)

تزریق دوغاب سیمان یکی از روش های نسبتاً جدید پایدارسازی [...]


بیشتر بخوانید