مقاومت سایشی سنگ

مقاومت سایشی سنگ

مقاومت سایشی سنگ به مقاومت سنگ آن در برابر سایش و خراش گفته می شود. مقاومت سایشی سنگ به وضعیت دانه بندی و سختی کانی های تشکیل دهنده بستگی دارد.

برخی از سنگ ها به علت سختی متفاوت کانی ها و سایر اجزای سازنده ی آن ها، دچار فرسایش نامنظمی می شوند (مانند: گرانیت) و از این نظر ممکن است کمتر از سنگ هایی که دارای سختی کم، اما یکنواخت هستند (مانند: لایم استون) مورد توجه باشند. مقاومت سایشی سنگ وقتی مهم است که در معرض سایش قرار گیرد. راه پله، سنگفرش پیاده روها و کف ساختمان ها از جمله موقعیت هایی هستند که در معرض سایش مداوم می باشند.

علاوه بر این، در مناطق خشک که فرسایش ناشی از باد قابل توجه است یا در امتداد سواحل که وجود ماسه و باد می تواند عمل سایش را به وجود آورد، مقاومت سایشی سنگ باید در نظر گرفته شود. آزمایش مقاومت سایشی سنگ ها به روش های مختلف قابل انجام است که از جمله سایش اصطکاکی و پرتاب ماسه را می توان نام برد.

سایش اصطکاکی

به وسیله این آزمایش مقدار وزن یا حجم لایه ی ساییده شده از یک نمونه تخت که در مجاورت یک صفحه دوار با سرعت مشخص قرار گرفته و به وسیله مواد ساینده استاندارد ساییده می شود، تعیین می گردد. این آزمایش برای سنگ های کف، پله، پیاده رو و موارد مشابه انجام می شود. روش آزمایش مطابق استاندارد ملی ایران شماره 619 می باشد.

 

آزمایش پرتاب ماسه

این روش برای بررسی مقاومت سایشی سنگ های لاشه یا سنگدانه های درشتی که در معرض فرسایش باد و طوفان هستند مناسب است. یکی دیگر از روش های متداول برای مقاومت سایشی سنگ ها، آزمایش لس آنجلس است که مطابق استاندارد ملی ایران شماره 448 باید انجام گیرد.

مقاومت سایشی مطابق استاندارد ASTM C- 170 براساس جدول زیر دسته بندی می شود

در جدول زیر میزان مقاومت سایشی و سایر ویژگی های فنی تعدادی از سنگ های ساختمانی ایران ارائه شده است.

 

مهم ترین عوامل موثر بر مقاومت سایشی سنگ عبارت هستند از :

• ترکیب کانی شناسی
• شکل دانه ها و اندازه آن ها
• جنس سیمان بین دانه ای
• سختی کانی های تشکیل دهنده
• خصوصیات فیزیکی سنگ از قبیل مقاومت، سختی و دوام

 

ترکیب کانی شناسی

مهم ترین ویژگی سنگ که بر مقاومت سایشی آن موثر است، ترکیب کانی شناسی سنگ است. بدیهی است که با افزایش میزان کانی هایی با سختی بیشتر در ترکیب کانی شناسی سنگ، مقاومت سایشی آن نیز افزایش پیدا می کند.

وجود کانی هایی با درجه سختی بالا مانند: کانی کوارتز، اسفن و همچنین فلدسپات های ارتوکلاز در ترکیب کانی شناسی سنگ ها می تواند مقاومت سایشی این سنگ ها را به شدت افزایش دهد.

در مقابل، سنگ هایی که از کانی های با درجه سختی کمتر مانند: مسکوویت و بیوتیت تشکیل شده اند، دارای مقاومت سایشی کمتری خواهند بود. در واقع سنگ هایی مانند: گرانیت و هورنفلس با درصد کوارتز و فلدسپار بالا مقاومت سایشی بیشتری از سنگ هایی مانند: شیل و شیست دارند.

شکل دانه ها

متغیرهای شکل دانه ها توسط محققین مختلف بررسی شده است. محققین از دو متغیر بدون بعد برای توصیف شکل دانه ها استفاده کرده اند. این دو متغیر بدون بعد کرویت (Sphericity) و گردشدگی (Roundness) می باشند.

کرویت تعریف شده توسط ودل (Wadell, 1934) عبارت است از نسبت حجم دانه به حجم کره محیط کننده ی دانه ها. گردشدگی تعریف شده توسط ودل (Wadell, 1934) نیز از مجموع شعاع دوایری که در گوشه های ذره جای می گیرند به تعداد دوایر گوشه های ذره بدست می آید.

بر اساس مطالعات رستمی و همکاران (Rostami et al., 2012) متغیرهای شکل دانه (کرویت و گردشدگی) تأثیر قابل توجهی بر میزان مقاومت سایشی سنگ دارند به طوری که با افزایش میزان گردشدگی، میزان مقاومت سایشی به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

 

برخی از اصطلاحات و تعاریف

در استاندارد منتشر شده توسط سازمان ملی استاندارد در مورد تعیین مقاومت سایشی سنگ های ساختمانی به شماره ی INSO 8230 تعاریف و اصطلاحاتی ارائه شده است که در ادامه به معرفی برخی از آن ها پرداخته شده است. مبنای استاندارد یاد شده نیز استاندارد ASTM C1353: 2015 است.

ساینده abraser/ abrader

وسیله ی آزمون سایش برای ارزیابی مقاومت سایشی نمونه سنگ است.

چرخه سایش abrasion cycle

در آزمون سایش، حرکات یک یا چند باره ی ساینده از وسط سطح مواد تحت سایش یا سطح مواد تحت سایش از وسط سطح ساینده، که اجازه ی بازگشت به نقطه ی شروع را می دهد. روش آزمون با صفحات گردان شامل یک چرخش کامل آزمونه است.

 

 

شاخص مقاومت سایشی index of abrasion resistance

عددی است که از افت وزنی نمونه سنگ محاسبه می شود هنگامی که تحت سایش با تعداد دورهای معین در برابر یک چرخ ساینده ی استاندارد قرار گیرد.

نمونه sample

شامل یک بلوک سنگی دارای شکل هندسی منظم است.

آزمونه test specimen

یک منشور مسطح با اندازه و شکل مشخص که از نمونه ی مورد نظر بریده شده است.

خلاصه روش آزمون بر اساس استاندارد INSO 8230

آزمونه با استفاده از عمل سایشی چرخشی، تحت شرایط کنترل شده ی فشار و عملکرد ساینده، ساییده می شود. آزمونه در کف یک صفحه ی گردان قرار می گیرد و حول محور عمودی چرخیده و در مقابل چرخش سایشی دو چرخ قرار می گیرد.

یکی از چرخ های ساینده، آزمونه را از خارج به داخل در پیرامون آن می سابد و دیگری از داخل به خارج مرکز آزمونه را می سابد. مقاومت در برابر سایش، با تعیین حجم حذف شده در اثر سایش و محاسبه ی شاخص مقاومت سایشی ارزیابی می شود.

کاربرد مقاومت سایشی

توجه به میزان مقاومت سایشی سنگ های ساختمانی در کاربردهای مختلف بسیار حائز اهمیت است. استفاده از سنگ های نامناسب در محل های پرتردد که تحت سایش زیادی هستند، در مدت زمان کوتاهی باعث سایش سطح سنگ شده و افزایش لغزندگی آن را در پی خواهد داشت.

سنگ هایی چون لایم استون با کانی غالب کلسیت، به علت داشتن سختی کم، برای محیط های پرتردد مانند: راه پله ی ساختمان های شلوغ مناسب نبوده و دچار سایش نامتقارن خواهد شد. نمونه ای از این اتفاق در شکل زیر نشان داده شده است که مربوط به ساختمانی پرتردد در محدوده ی بازار بزرگ تهران است.

به همین دلیل پیشنهاد می شود در موقعیت های این چنینی از سنگ هایی چون گرانیت استفاده شود. این سنگ شامل کانی هایی چون کانی کوارتز و کانی فلدسپار است که دارای سختی زیادی هستند. علاوه بر این گرانیت با داشتن بافت در هم قفل شده و متراکم، مقاومت سایشی مورد نیاز در کاربری هایی که تحت سایش زیاد هستند را فراهم می کند.