بخشی از مقاله
خلاصه
پوکههاي معدنی طبیعی سبک عمدتاً در زمره سنگهاي آذرین بیرونی قرار می گیرند و بدلیل فعالیتهاي آتشفشانی در دورانهاي گذشته زمین شناسی در ایران، گسترش قابل ملاحظهاي دارند. در مقاله حاضر به شناسایی خصوصیات و ویژگیهاي مهندسی پوکههاي معدنی در محدوده کوه دماوند پرداخته شده است.
در این مطالعه پس از نمونهبرداري از چند معدن ناحیه دماوند و تبدیل آنها به سنگدانه، آزمایشات جامع فیزیکی و مکانیکی مخصوص سنگدانهها برروي آنها انجام گرفته و خصوصیات مهندسی سنگدانههاي مذکور تعیین گردیدهاند. در ادامه با توجه به نتایج حاصل از آزمایشات، به ارائه توصیههاي فنی در خصوص امکان موارد کاربرد سنگدانههاي مختلف این معادن در صنعت ساختمان پرداخته شده است.
1. مقدمه
پوکههاي معدنی بدلیل بعضی از خواص فیزیکی خود همچون سبکی، مقاومت در مقابل آتش، ضریب هدایت صوتی و حرارتی پایین - عایق صوتی و حرارتی - داراي کاربردهاي بسیار متنوع در بخشهاي مختلف صنعت میباشند. در بسیاري از کشورهاي صنعتی دنیا این منابع بصورت شایستهاي مورد شناسایی قرار گرفته و در صنایع مختلف استفاده میشوند.عمده مصرف این مواد در صنعت ساختمان بوده که جهت سبکسازي استفاده میشود.
سبکسازي منجر به کاهش نیروي زلزله وارد بر ساختمان شده و علاوه بر ارتقاء سطح ایمنی لرزهاي ساختمان باعث کاهش مصرف مصالح سازهاي بکار رفته در سازه نیز میگردد. با توجه به زلزله خیز بودن کشور از یک سو و مصرف بیش از حد انرژي بدلیل ضعف سیستم عایقبندي - صوتی و حرارتی - اکثر ساختمانها از سوي دیگر، استفاده بهینه از منابع نسبتاً ارزان پوکه معدنی کشور میتواند علاوه بر افزایش ایمنی در مقابل زلزله به کاهش قابل ملاحظه در مصرف سایر مصالح با ارزشتر همچون سیمان، میلگرد، نفت وگاز بیانجامد.
پوکههاي معدنی کاربردهاي بسیار زیادي در صنایع مختلف و بخصوص در صنعت ساختمان دارند که از جمله آنها عبارتند از: ساخت بتن سبک سازهاي - در تیر، ستون و سقف - و بتن سبک غیر سازهاي - همچون دیوارهاي جداکننده - 3D Panel، تولید فرآوردههاي سبک مختلف سازهاي و غیرسازهاي بصورت پیشساخته به منظور کاهش اتلاف انرژي هاي حرارتی و ایجاد عایقهاي صوتی2]و[3، بعنوان مصالح پرکننده درکفسازي طبقات ساختمان در تعامل مناسب با لولههاي تاسیساتی در صنعت ساختمان، مصالح پرکننده پشت دیوارهاي حائل، مصالح پرکننده پشت لاینینگ بتنی تونلهاي متروي شهري و فیلتر جهت زهکشی در صنعت راهسازي، استفاده در کاشت گیاهان گلخانهاي و استفاده در زمینهاي کشاورزي کم آب در صنعت کشاورزي و کاربردهاي دیگري همچون درتصفیه فاضلاب، صنایع نساجی و ... .
در حال حاضر منابع غنی از پوکههاي معدنی در کشور وجود دارند که تعدادي از آنها در حال استخراج و بهره برداري هستند که از جمله این معادن میتوان به معادن حاشیه کوه دماوند و سهند اشاره نمود. لیکن علیرغم پتانسیل بالاي این مواد مصرف آنها از لحاظ حجمی و تنوع کاربرد بصورت شایسته انجام نمیگیرد. یکی از دلایل عمده این مسئله عدم شناخت کافی تولیدکنندگان واحدهاي صنعتی از خواص مهندسی و کاربردهاي بالقوه آنهاست. هدف اصلی از این تحقیق تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی این نوع از مصالح در ناحیه اطراف دماوند میباشد.
2. نمونهبرداري
در این پژوهش به منظور نمونهبرداري، از معادن رینه در اطراف کوه دماوند استفاده شده است. رینه یکی از شهرهاي استان مازندران میباشد که در کیلومتر 79 جاده هراز از مسیر شهرستان آمل به سمت تهران، بالاتر از روستاي گزنک واقع گردیده است. این بخش جنوبیترین ناحیه استان مازندران بوده و در دامنههاي شمالی رشتهکوه البرز قرار گرفته است. شکل1 موقعیت جغرافیایی این منطفه را نشان میدهد.
شکل-1 موقعیت جغرافیایی منطقه
بدین منظور پس از بازدید از چندین معدن پوکه در حال فعالیت در اطراف رینه، نمونههایی بصورت کلوخههاي بزرگ وکوچک اخذ شده و به آزمایشگاه مرکزي انتقال داده شدند. در آزمایشگاه برخی از این نمونهها به همان صورت کلوخهاي براي انجام آزمایشات مقاومتی و بعضی از آنها به صورت سنگدانه که شرح آن در ادامه ذکر خواهد شد، مورد استفاده قرار گرفتند.
3. مطالعات آزمایشگاهی
به منظورتعیین خصوصیات فیزیکی و مقاومتی مصالح، میبایست آزمایشات مختلفی هم بر روي سنگ و هم بر روي سنگدانه انجام پذیرد.
متداولترین آزمایشهاي تعیین خصوصیات فیزیکی عبارتند از:
بررسی ماکروسکوپی مصالح، آزمایشات تعیین وزن مخصوص در حالت خشک و اشباع، درصد جذب آب نسبت به مصالح خشک، آزمایش دوام و وارفتگی، تعیین Gs مصالح، درصد تخلخل، سلامت سنگدانه، تهیه مقطع نازك و شناسایی آن، آزمایشات شیمیایی بر روي مصالح، آزمایشهاي تعیین ضریب هدایت گرمایی و صوتی و 5]...و.[6
آزمایشهاي متداول تعیین خصوصیات مقاومتی سنگ و سنگدانه ها عبارتند از:
مغزه گیري وآزمایش تعیین مقاومت فشاري تکمحوري، آزمایش تعیین مقاومت کششی مغزهها، آزمایش لسآنجلس، آزمایش بار نقطهاي، آزمایش تعیین ارزش فشاري سنگدانهها، آزمایش تعیین ارزش ضربهاي سنگدانهها، آزمایش تعیین ارزش فشاري سنگدانهها، تعیین مدول الاستیسیته و ضریب پواسون سنگ، آزمایش مقاومت فشاري سهمحوري، آزمایشهاي دینامیکی - سرعت امواج فشاري و برشی - و ...
در این تحقیق پس از انجام آزمایشهاي شناسایی شامل وزن مخصوص در حالت خشک و اشباع، درصد جذب آب نسبت به مصالح خشک، تعیین Gs مصالح، درصد تخلخل و تعیین دوام و وارفتگی، آزمایشهاي مقاومتی تعیین ارزش ضربهاي سنگدانهها و مقاومت فشاري تکمحوري و مدول الاستیسیته نیز بر روي مغزههاي بدست آمده از کلوخهها انجام گردیده که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت.
4. آمادهسازي نمونهها
نمونههاي مورد استفاده در این مطالعه از دو نوع پوکه معدنی اسکوریا و پومیس میباشند. از دیدگاه ماکروسکوپی، پوکه معدنی اسکوریا به رنگ خاکستري تیره متمایل به قهوهاي بوده که ظاهري شبیه به سنگپا دارد و پوکه معدنی پومیس به رنگ سفید متمایل به کرم میباشد. این سنگها، از متداولترین نوع پوکههاي معدنی بوده و محققین مختلف مطالعات بسیار زیادي را در دنیا به منظور شناسایی خصوصیات و کاربرد آنها انجام دادهاند.
براي شناسایی بهتر خصوصیات فیزیکی این مصالح به منظور استفادههاي مختلف و بخصوص بعنوان سنگدانه بتن، پوکههاي معدنی با سه اندازه مختلف بررسی گردیدند که در ادامه به جزئیات این طبقهبندي پرداخته میشود:
4,1. پوکه معدنی اسکوریا
دانه بندي نوع : 1 پوکه معدنی اسکوریا با اندازه بین الک 3/4" و 3/8" - هم ابعاد شن درشت -
دانه بندي نوع : 2 پوکه معدنی اسکوریا با اندازه بین الک 3/8" و شماره 4 - هم ابعاد شن ریز -
دانه بندي نوع : 3 پوکه معدنی اسکوریا با اندازه بین الک شماره 4 و شماره 40 - هم ابعاد ماسه -
شکل2، تصویر مربوط به این طبقهبندي میباشد.
شکل-2 دانه بندي پوکه معدنی اسکوریا
4,2. پوکه معدنی پومیس
دانه بندي نوع : 1 پوکه معدنی پومیس با اندازه بین الک 3/4" و 3/8" - هم ابعاد شن درشت -
دانه بندي نوع : 2 پوکه معدنی پومیس با اندازه بین الک 3/8" و شماره 4 - هم ابعاد شن ریز -
دانه بندي نوع : 3 پوکه معدنی پومیس با اندازه بین الک شماره 4 و شماره 8 - هم ابعادماسه -
شکل3 ، تصویر مربوط به طبقهبندي سبکدانههاي پومیس میباشد.
شکل-3 دانه بندي پوکه معدنی پومیس
5. نتایج آزمایشگاهی
.1.5 آزمایشات وزن مخصوص، درصد تخلخل، درصد جذب آب و تعیین Gs
در این تحقیق بر روي هرسه نوع دانهبندي پوکههاي معدنی، 10عدد آزمایش وزن مخصوص در حالت خشک و اشباع، آزمایش تعیین Gs مصالح، درصد تخلخل و درصد جذب آب انجام گردید.[6] آزمایشات مربوط به این قسمت بر اساس استاندارد ASTM-C94 و ASTM-C97 انجام شده که در آنها با داشتن وزن مصالح در حالت خشک و اشباع در هوا و بصورت غوطهور در آب، پارامترهاي مذکور محاسبه میشوند. جدول1 نتایج این آزمایشات را نشان میدهد. لازم به ذکر است که هر یک از اعداد داخل جدول، میانگین نتایج 10 سري آزمایش میباشد.
جدول -1 نتایج آزمایشات خصوصیات فیزیکی
