هدف از انجام آزمایش تعیین تخلخل و چگالی سنگ چیست؟

در این مقاله قصد داریم شما را با یکی دیگر از سری آزمایش‌های مهم و الزامی که باید روی سنگ نمونه پروژه‌های عمرانی انجام شود، آشنا کنیم. همان‌طور که می‌دانید، آزمایش‌های مختلف و متعددی بر روی خاک و سنگ‌های سازه‌ای انجام می‌شود. در طی این آزمایش‌ها، مشخصه‌های مختلفی از سنگ‌ها و خاک‌ها مانند میزان مقاومت در برابر فشار، میزان جذب آب، میزان سایش، میزان نفوذپذیری، میزان تحمل تنش و فشارهای عمودی و موارد مشابه مورد ارزیابی و محاسبه قرار می‌گیرند. این مشخصه‌ها تأثیر مستقیمی در ابعاد کاربری پروژه‌های عمرانی مانند ساخت‌وساز، راه‌سازی، سدسازی، معادن، راه‌آهن و غیره ایفا می‌کنند. آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ یکی دیگر از آزمایش‌های بررسی خاک مختلفی است که بر روی سنگ نمونه پروژه عمرانی انجام می‌شود.

در آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ، میزان تخلخل و چگالی خشک نمونه سنگ مورد ارزیابی قرار می‌گیرد تا ارزش ماده سنگ و همچنین درصد جذب آب آن نسبت به وزن و حجم، مشخص شود. این آزمایش مطابق با استاندارد ISRM / ASTM D 2216 انجام می‌شود. باری آشنایی بیشتر با هدف آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ، مراحل آزمایش، تجهیزات و موارد مورد نیاز و همچنین محاسبات نهایی آن، تا انتهای این مطلب ما را همراهی کنید.

اهمیت انجام آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ در پروژه‌های عمرانی

همان‌طور که اشاره شد، آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ به‌منظور تعیین دو مشخصه مهم سنگ، یعنی میزان تخلخل و چگالی خشک آن انجام می‌شود. چگالی یکی از مهم‌ترین ویژگی‌ها و مشخصه‌های فیزیکی سنگ است که قبل از استارت زدن پروژه، حتماً باید مورد بررسی قرار بگیرد.

چگالی سنگ نسبت جرم به حجم آن است و مشخصات درزه، ترک‌ها و حفره‌های ریزودرشت سنگ را برای ما مشخص می‌کند. بررسی کردن چگالی خشک سنگ می‌تواند مشخصه‌های مهمی مانند سن سنگ، مقدار مقاومت احتمالی آن در برابر تنش و فشار و شناخت مواد و کانی‌های سازنده سنگ نمونه را در اختیار مهندسین و معمارها قرار دهد.

تخلخل سنگ نیز همانند چگالی خشک آن، یکی از مشخصه‌های فیزیکی سنگ است که مقدار روزنه‌ها، حفره‌ها و درصد جذب آب توسط سنگ نمونه را مشخص می‌کند. تخلخل سنگ از سوی مهندسین به دو دسته تخلخل کلی و تخلخل کارا تقسیم می‌شود. در اکثر موارد تخلخل کلی سنگ محاسبه می‌شود، مگر در مواردی که هدف از انجام آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ، تعیین مقدار روزنه‌های بازی باشد که به یکدیگر مرتبط هستند.

از آن جایی که سنگ‌ها و همین‌طور خاک‌ها در شرایط مختلفی مانند خشک بودن یا در مجاورت آب، رفتارهای مختلفی را از خود به نمایش می‌گذارند، روش‌های مختلفی نیز برای انجام آزمایش روی سنگ‌ها وجود دارد. آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ معمولاً به روش اندازه‌گیری ابعاد و اشباع نمونه انجام می‌شود.

این آزمایش بیشتر برای مشخص کردن تخلخل و چگالی خشک سنگ‌هایی با شکل هندسی منظم و مشخص کاربرد دارد. سنگ‌هایی که شکننده بوده و میزان مقاومت آن‌ها در برابر فشار، ‌تنش، خمش و سایش کم است نیز مناسب این آزمایش نیستند، چرا که ماشین به‌کاررفته در آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ، نمونه‌ها را برش داده و مورد سایش و فشار قرار می‌دهد. همچنین سنگ‌هایی که درصد جذب آب بالایی دارند  و با جذب آب، بیش از حد متورم شده و به‌راحتی خرد می‌شوند، مناسب این آزمایش نخواهند بود.

بیشتر بخوانید: بهسازی خاک چیست؟

تجهیزات و موارد مورد نیاز برای انجام آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ‌های با شکل هندسی منظم

برای انجام این آزمایش، به تجهیزات و موارد زیر نیاز پیدا خواهیم کرد:

• گرم‌خانه یا آون (کوره خشک) با توان افزایش دما تا ۳ ± ۱۰۵ درجه سانتی‌گراد و حفظ این دما به مدت ۲۴ ساعت.
• ترازو با دقتی معادل با %۰.۰۱ جرم نمونه سنگ
• کولیس با دقت ۰.۱ میلی‌متر
• دسیکاتور برای نگهداری نمونه در هنگام سرد شدن
• سامانه اشباع در خلأ (برای حفظ نمونه زیر خلأ کمتر از ۸۰۰ پاسکال و به‌صورت غوطه‌ور به مدت حداقل ۱ ساعت)

بیشتر بخوانید: میخکوبی (نیلینگ) چیست؟

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

برای انجام دادن این آزمایش و به دست آوردن تخلخل و چگالی خشک سنگ نمونه، مراحل زیر را دنبال کنید:

در اولین مرحله و برای شروع کردن آزمایش، به حداقل ۳ سنگ نمونه یک شکل که به شکل منشور استوانه‌ای هستند، نیاز خواهیم داشت. این ۳ نمونه سنگ باید حداقل یکی از دو شرط روبرو را داشته باشند: ۱. ابعاد نمونه به نحوی انتخاب شود که پس از خشک شدن، حداقل ۵۰ گرم جرم داشته باشد. برای این کار سنگی که اضلاع آن بیشتر از ۲۷ میلی‌متر باشند، کافی خواهند بود. ۲. کمترین جرم سنگ‌های نمونه، ۱۰ برابر بزرگ‌تر از اندازه بزرگ‌ترین سنگ‌دانه‌های سنگ پروژه باشد. از بین این دو پیش شرط، مقدار بزرگ‌تر را محاسبه کرده و به‌عنوان معیار آزمایش در نظر بگیرید.

در مرحله دو پس از انتخاب کردن نمونه سنگ‌ها، باید ابعاد سنگ‌ها را چند بار با کولیس اندازه بگیرید و مقدار میانگین اعداد به‌دست‌آمده را به‌عنوان ابعاد نهایی انتخاب کنید تا میزان خطا به حداقل برسد. پس از ابعاد، حجم نمونه‌ها را اندازه گرفته و یادداشت کنید.

مرحله سوم آزمایش، غوطه‌ور کردن سنگ نمونه در آب و در خلأ ماکزیممی ۸۰۰ پاسکال (معادل با ۶ تور) خواهد بود. نمونه‌ها را به مدت حداقل ۱ ساعت در آب غوطه‌ور کرده و هر از چندگاهی، برای آزاد شدن هوای حبس شده، آن‌ها را در آب تکان دهید.

بیشتر بخوانید: اختلاط عمیق خاک

مرحله چهارم آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ، خارج کردن سنگ‌ها از آب و خشک‌کردن سطح بیرونی آن‌ها با پارچه است. این کار را به‌آرامی و بادقت انجام دهید تا کوچک‌ترین سنگدانه‌ نیز از سنگ نمونه جدا نشود. سپس جرم نمونه سنگ اشباع‌شده را اندازه بگیرید.

در مرحله آخر باید نمونه سنگ را در مجاورت حرارت ۱۰۵ درجه سانتی‌گراد قرار دهید تا به وزن ثابت خود برسد. سپس به مدت ۳۰ دقیقه از دسیکاتور استفاده کنید تا سنگ خنک شود. پس از خنک شدن و تثبیت جرم، جرم سنگ نمونه خشک را اندازه‌گیری کنید.

محاسبات آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ

پس از طی کردن مراحل آزمایش، به کمک روابط و فرمول نهایی زیر، چگالی خشک و تخلخل مؤثر نمونه سنگ‌های پروژه را محاسبه کنید:

• V= حجم کل (برحسب سانتی‌متر مکعب)
• Vv= حجم منافذ مؤثر (برحسب سانتی‌متر مکعب)
• ρd= چگالی خشک (برحسب گرم بر سانتی‌متر مکعب)
• ρw= چگالی آب استفاده‌شده در آزمایش
• ne= تخلخل مؤثر (به درصد)
• Msat= جرم اشباع با سطح خشک‌شده (به گرم)
• Ms= جرم خشک نمونه (به گرم)

سخن پایانی

در این مقاله با روند کلی و هدف انجام آزمایش تعیین تخلخل و چگالی خشک سنگ آشنا شدیم. متوجه شدیم که انجام این آزمایش برای به دست آوردن تخلخل مؤثر و چگالی خشک سنگ‌های نمونه مهم و الزامی است.