آزمايش دوام – شکفتگی

ژئوتکنیک, آزمایشگاه صبا, مشاور تخصصی بتن
1404/06/13

آزمايش دوام – شکفتگی / Slake Durability

شايد يكي از مهمترين مشكالت احداث سازه روي سنگ‌هاي داراي رس، استعداد آنها براي هوازده شدن باشد. هوازدگي سبب ايجاد يك تغيير سريع در اجزاء تشكيل دهنده‌ي سنگ و تبديل آنها به موادي با خواص بسيار متفاوت با خواص اوليه‌شان مي‌گردد. حساسيت يك سنگ در برابر هوازده شدن و نرخ وقوع هوازدگي، توسط پارامتري به نام ” شاخص دوام – شكفتگي” اندازه‌گيري و به صورت كمي بيان مي‌گردد. شاخص دوام- شكفتگي يكي از مهمترين ويژگي‌هاي ژئوتكنيكي سنگ‌هايي نظير گلسنگ، مارن، كنگلومراهاي با سيمان‌شدگي ضعيف و سيلتستون مي‌باشد. همچنين اين پارامتر در طبقه‌بندي ژئومكانيكي اصالح شده M-RMR نيز به كار گرفته شده است. بررسي تحقيقات انجام شده توسط محققين مختلف از جمله ( ;1992 ,Shakoor and Dick Tuğrul Dick et al, 1994; Franklin and Chandra, 1972; Gemici, 2001; (Kuhnel et al, 1995; ,Beattie and ,Moon; 1998 ,Zarif and نشان مي‌دهد كه شاخص دوام – شكفتگي با نسبت تخلخل و نفوذپذيري سنگ، طبيعت سيال مورد استفاده در آزمايش، مقاومت سنگ در برابر تورم، قطعه قطعه شدن، شكل قطعات سنگي مورد استفاده، ويژگي دستگاه آزمايش، شرايط نگهداري و انبار نمونه‌ها و تعداد سيكل‌هاي خشك و تر شدن مرتبط مي‌باشد.

شکل – دستگاه مندرج در تصوير جهت بدست آوردن شاخص دوام–شكفتگی سنگ‌های رسی و آرژليتی استفاده می‌گردد

هر چند كه اين آزمايش به منظور بررسي استعداد سنگ‌هاي سست و داراي رس به هوازده شدن ابداع و معرفي شده است، اما مطالعات برخي از محققان و بررسي‌هاي انجام شده در اين تحقيق، نشان‌دهنده‌ي آن است كه اين شاخص براي ارزيابي هوازدگي و حتي پاره‌اي از ويژگي‌هاي مقاومتي سنگ‌هاي سخت و مقاوم نظير ماسه سنگ‌ها نيز شاخص مناسبي مي‌باشد (حضور كانيهاي رسي در بتن و تشكيل دانه‌هاي آلكالي در آن). از مزاياي قابل توجه اين آزمايش مي‌توان عدم نياز به نمونه‌گيري (مشابه آنچه در آزمايش‌هاي تراكمي تك محوره نياز است) و هزينه‌ي بسيار پايين آزمايش در مقايسه با ديگر آزمايش‌ها را نام برد. نياز به زمان بيش از 16 ساعت براي خشك شدن نمونه‌ها و در نتيجه افزايش دوره‌ي زماني انجام آزمايش از معايب بزرگ اين آزمايش مي‌باشد. روش‌هاي متعددي براي اندازه‌گيري مقداردوام سنگ‌هاي سست و اجزاء ضعيف‌تر ارائه گرديده است كه رايج ترين اين روش‌ها آزمايش شاخص دوام – شكفتگي SDI مي‌باشد كه توسط (1972 (Chandra and Franklin ارائه و توسط (1979( ASTM توصيه و توسط ISRM (1990)استاندارد شده است. در اغلب مطالعات انجام شده، بررسي‌ها برروي سيكل دوم شاخص دوام – شكفتگي صورت پذيرفته است. با اين حال برخي محققان تأكيد كرده‌اند كه سيكل دوم آزمايش نمي‌تواند به طور كامل دوام – شكفتگي سنگ‌هاي داراي رس را توصيف كند بعد از تشخيص اين موضوع كه (Beattie and Moon (1995)) با وجود باقي ماندن تكه‌هاي سنگي جدا شده از قطعات سنگي داخل سبد آزمايش در داخل سبد باقي مي‌مانند، اما سنگ خواص خود را در پايان سيكل دوم آزمايش از دست مي‌دهد سه سيكل آزمايش را پيشنهاد دادند. آنها همچنين دريافتند كه رابطه بهتري ميان مقدار رس نمونه‌ها و سيكل سوم آزمايش وجود دارد. نمونه‌اي از آزمايش بر روي كاني سرپانتين.

Vistnes1, An analysis on the slaking and disintegration extent of weak rock, 2020

شکل-نمونه‌هاي حاصل از آزمايش دوام شكفتگي اين نمونه‌ها مربوط به كاني سرپانتين مي‌باشند كه شاخص دوام شكفتگي در هر نمونه، با SDI مشخص شده است

البته شایان ذکر است جهت آزمايش بر روي نمونه‌هاي بتني در شرايط برخورد با آب از این آزمایش استفاده کرد. بطور مثال در سال 1401 خانیکی و نجاتی برای بررسی تاثیر نانو سیلیس برروی مشخصات دوام بتن از این آزمایش استفاده کردند. جهت دستيابي به مشخصات موردنظر در استاندارد ASTM) آزمایش سایش،شاخص دوام – شکفتگی( موجود، با محدوديت‌هاي وزني و ابعادي در ساخت نمونه‌ها به جهت دقت و كيفيت بيشتر و حداقل خطا در ساخت، از قالب‌هاي كروي شكل استفاده شده است. نمونه هاي ساخته شده با اين قالب ها به راحتي در دستگاه قرار گرفته و همچنين داراي ساختار همگني مي باشند. قالب‌هاي نيم كروي استفاده شده داراي قطر 43 ميليمتر مي‌باشد. تصوير قالب‌ها مطابق اشكال ارائه شده مي‌باشد.

شکل – شماتيكی از قالب‌هاي تهيه شده براي آزمايش

شکل – نماي از قالب‌هاي بتني

پس از اينكه نمونه‌ها به سن مد نظر رسيدند، آنها را از حوضچه خارج كرده و در صورتي كه برآمدگي در سطوح نمونه به چشم مي‌خورد با سمباده آن را برطرف مي‌كنيم . لازم بذكر است در اين مرحله عالوه بر برآمدگي‌هاي احتمالي و صيقل دادن آنها، بايد زواياي به وجود آمده را اصالح و برطرف كنيم.

شکل – تصويري از روند انجام اصالحات زمانيكه نمونه از استخر خارج مي‌شود

پس از اصالحات مورد نظر بر روي نمونه‌ها جهت شروع آزمايش آنها را داخل آون قرار مي‌دهيم تا براي آزمايش كاملا عاري از رطوبت شوند (بر اساس استاندارد، بايد 4 الي 6 ساعت داخل آون قرار بگيرند(.

بر اساس استاندارد، تمامي نمونه‌ها در 3 مرحله مجزا بايد وزن شوند. آزمايش بدينگونه است كه، در مرحله اول دو سري از نمونه‌ها كه هر سري از نمونه‌ها داراي 10 عدد مي‌باشد را پس از خارج كردن از آون داخل دو سلول توري شكل قرار مي‌دهيم. سپس هر 2 سلول را كه از قبل وزن شده را با نمونه‌هاي داخل آن دوباره وزن مي‌كنيم(اولين وزن).

شکل – نمايي از روند وزن كردن نمونه‌ها داخل سلول توری شكل

پس از مشخص شدن وزن هر دو سلول و ثبت آن، هر دو سلول را داخل دستگاه قرار مي‌دهيم (ميزان آب داخل سلول بايد با استاندارد مطابقت داشته باشد(.

سپس دستگاه را به مدت 10 دقيقه روشن ميكنيم كه دستگاه پس از به پايان رسيدن اين زمان به شكل اتومات خاموش مي‌شود.

در اين مرحله پس از خارج نمودن سلول، آنها را داخل آون ميگ‌ذاريم (مدت زمان خشك شدن نمونهها 4 الي 6 ساعت مي‌باشد).

دوباره براي بار دوم نمونه‌ها را از آون خارج و وزن ميكنيم (دومين وزن).

سيكل دوم آزمايش را پس از وزن نمونه‌ها دوباره با مدت زمان 10 دقيقه انجام مي‌دهيم (مطابق قبل)

پس از پايان، سلول‌ها را مجدداً داخل آون قرار مي‌دهيم و پس از خشك شدن (4 الي 6 ساعت) آنها را وزن مي‌كنيم (سومين وزن).

اين وزن‌هاي ثبت شده براي ما، با قرارگيري در فرمول‌هاي مورد نظر شاخص دوام – شكفتگي را در اختيار ما مي‌گذارد. كه هر چه اين شاخص باالتر باشد نشان از دوام باالتر آن نمونه بتني دارد.

شکل -تصويری از يك نمونه بتنی آزمايش شده

براي انجام آزمايش شاخص دوام – شكفتگي از ماشين سايش مدل شركت هيكو HEICO استفاده شده است.

از اين دستگاه (بر اساس استانداردهاي تعبيه شده براي آن) براي بدست آوردن شاخص دوام- شكفتگي سنگهاي آرژيليتي و سنگ هاي حاوي كانيهاي رسي استفاده مي شود ولي در اين تحقيق از اين دستگاه براي بررسي وضعيت دوام بتنهاي با زمان گيرش متفاوت در معرض آب استفاده شده است. اين دستگاه با استفاده از تايمر ديجيتالي، مدت زمان استاندارد را ثبت و به محض اتمام زمان، آزمايش را متوقف مي‌كند. كارايي ساده و راحت كار با اين دستگاه باعث افزايش رابط كاربري تكنسين‌ها با اين دستگاه شده است.