منظور از مقاومت فشاری سنگ‌ها چیست؟ دانستن آن چه ضرورتی دارد؟ تست و نحوه آزمایش آن به چه صورتی است؟ چه عواملی بر این پارامترها اثرگذارند؟ توجه به مقاومت سنگ چه اهمیتی در هنگام خرید سنگ ساختمانی دارد؟ در این مقاله با بهره‌گیری از منابع معتبر تلاش کردیم تا به تمامی سوالات در مورد تست مقاومت فشاری سنگ پاسخ دهیم. پس تا پایان مقاله همراه ما باشید.

تعریف مقاومت فشاری سنگ

مقاومت فشاری سنگ به توانایی سنگ در برابر فشارِ محوری عمود بر سطح آن می‌پردازد. این مقاومت به عنوان یکی از ویژگی‌های مکانیکی سنگ‌ها بسیار مهم است و در مطالعات مرتبط با مهندسی معدن، مهندسی سدسازی، مهندسی ژئوتکنیکال، ساخت و ساز و زمین‌شناسی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
معمولاً مقاومت فشاری سنگ با واحد فشار (مگاپاسکال، پاسکال و غیره) اندازه گرفته می‌شود. برای انجام تست مقاومت فشاری سنگ، نمونه‌های کوچکی از سنگ در شرایط خاصی قرار می‌گیرند و به تدریج فشار به آن‌ها اعمال می‌شود تا زمانی که نمونه شکست خورده و فشار لازم برای شکست آن ثبت شود.

مقاومت فشاری تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند ترکیب معدنی، ساختار داخلی، نسبت‌های سیالاتی، و درجه حرارت قرار می‌گیرد. این ویژگی می‌تواند در تعیین انتخاب مواد ساختمانی، برنامه‌ریزی معدنی، طراحی سازه‌های زمین‌شناسی و مسائل مشابه مفید باشد.

منظور از مقاومت سایشی سنگ چیست؟

مقاومت هر سنگی در برابر سایش و خراش مقاومت سایشی آن سنگ نامیده می‌شود که به وضعیت دانه‌بندی و سختی کانی‌های تشکیل دهنده آن بستگی دارد. بسیاری از سنگ‌ها به دلایل مختلفی از جمله تفاوت در سختی کانی‌ها و بقیه اجزای سازنده آن سنگ، فرسایش نامنظم دارند، همانند سنگ گرانیت. این سنگ‌ها از سنگ‌هایی که دارای سختی کم اما یکنواخت هستند، کمتر مورد توجه قرار می‌گیرند.

تست مقاومت فشاری سنگ

شرایط لازم برای انجام آزمایش مقاومت فشاری سنگ شامل موارد زیر است:
در وهله اول نمونه‌های مورد استفاده در آزمایشِ تعیین مقاومت سنگ، توسط هسته‌های مته بازیابی شده و با احتیاط انتخاب می‌گردند تا نماینده سنگ اصلی باشند. قطر نمونه سنگ باید حداقل ۴۷ میلی‌متر و ۱۰ برابر بزرگتر از اندازه بزرگترین دانه معدنی آن باشد. نسبت طول نمونه‌ها به قطر آنها، طبق استاندارد انجمن آزمایش و مواد آمریکا باید بین ۲.۰ تا ۲.۵ و طبق انجمن بین‌المللی مکانیک سنگ ۲.۵ تا ۳.۰ در نظر گرفته شود. سطوح استوانه‌ای به گونه‌ای آماده شده باشند که صاف و صیقلی به نظر آیند. به طور خاص، انتهای نمونه باید با تلورانس ۰.۰۲ میلی‌متر تراز شود و نباید بیش از ۰.۰۶ درجه از عمود بر هم خارج شوند. حداقل ۵ نمونه برای دستیابی به مقدار قابل اعتماد نیاز است.

دستگاه مورد نیاز برای آزمایش

دستگاهی که برای انجام تست، آزمایش مقاومت و یا فشرده سازی نامحدود مورد استفاده قرار می‌گیرد، شامل بخش‌های زیر می‌گردد.

دستگاه بارگیری

دستگاه بارگیری باید به گونه‌ای باشد که بار را با نرخ مورد نیاز تا پایان آزمایش به طور مداوم اعمال کند. آزمایش ممکن است تحت کنترل استرس یا فشار باشد. فقط دستگاه‌های کنترل شده با کرنش می‌توانند رفتارِ پس از شکست یک ماده را ثبت کنند. مشخصات این دستگاه باید با مشخصات استانداردهای بین المللی مطابقت داشته باشد.

صفحات دستگاه

تنش اعمال شده توسط دستگاه بارگذاری به وسیله دو صفحه فولادی با حداقل سختی به نمونه منتقل می‌گردد. قطر آنها باید حداقل برابر با قطر نمونه باشد.

هدف از انجام تست مقاومت فشاری سنگ

انجام آزمایش مقاومت سنگ، یک مرحله مهم در مهندسی معدن، مهندسی سدسازی، ساخت و ساز، مهندسی ژئوتکنیکال و دیگر صنایع و علوم مرتبط با سنگ‌شناسی است و اطلاعات حیاتی ارائه می‌دهد که در تصمیم‌گیری‌های مهم در علوم مهندسی و صنایع مرتبط با سنگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. انجام این آزمون‌ها برای اهداف زیر انجام می‌شود:

تعیین مشخصات مکانیکی

انجام تست مقاومت فشاری سنگ به ما کمک می‌کند تا ویژگی‌های مکانیکی سنگ مانند مقاومت فشاری، مقاومت کششی و مدول‌های الاستیسیته آن را تعیین کنیم. این اطلاعات برای انتخاب مواد ساختمانی، طراحی سازه‌ها و محاسبات مهندسی مورد نیاز هستند.

ارزیابی ایمنی

در صنایع معدنی و سدسازی، انجام آزمایش مقاومت سنگ به منظور ارزیابی ایمنی از نظر پایداری سنگ و پتانسیل شکست سنگ در معدن یا سد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

انتخاب محل استخراج

در معدن‌کاری، انتخاب محل استخراج سنگ‌ها نیاز به اطلاعات دقیق در مورد مقاومت سنگ دارد. اگر مقاومت سنگ کم باشد، استخراج سنگ ممکن است به مشکل بخورد یا خطراتی برای معدن‌کاران ایجاد کند.

برنامه‌ریزی سازه‌ها

در مهندسی عمران و کارهای ساختمانی، مقاومت سنگ در برنامه‌ریزی و طراحی سازه‌ها مثل تونل‌ها، سدها، معابر زمینی و ساختمان‌ها بسیار مهم است. انجام آزمایش‌های مقاومت سنگ به مهندسان کمک می‌کند تا سازه‌ها را به طور مناسب برای شرایط محیطی و مکانیکی مورد نظر طراحی کنند.

تست مقاومت فشاری سنگ  برای انجام تحقیقات علمی

آزمایش‌های مقاومت سنگ به منظور انجام تحقیقات علمی در زمینه‌های مختلف و مرتبط با سنگ‌شناسی، زمین‌شناسی مهندسی، و توسعه فناوری‌های مرتبط با سنگ‌ها و کاربردهای آن‌ها نیز انجام می‌شود.

مدول یانگ چیست؟

منظور از مدول یانگ یا ضریب الاستیک، یکی از پارامترهای مهمی است که طی این آزمایش به دست می‌آید. مدول یانگ، نوع و میزان تغییر شکل سنگ در اثر اعمال نیرو را نشان می‌دهد. این آزمایش در بررسی کاربرد سنگ‌های ساختمانی اهمیت دارد. به طوری که می‌توان به کمک آن میزان نیرویی را که سنگ می‌تواند بدون گسیختگی تحمل کند، نشان دهد.

مراحل انجام تست مقاومت فشاری سنگ

 برای انجام آزمایش تعیین مقاومت فشاری ماده سنگ‌ها، مراحل زیر باید به ترتیب طی گردد:

1. ابتدا دستگاه را چک کنید. مفصل‌های دستگاه باید اجازه حرکت و گردش آزادانه را داشته باشند.
2. صفحات بارگذاری بالا و پایین را از گرد و غبار بزدایید. نمونه را به گونه‌ای روی محور صفحات قرار دهید که مرکز نمونه با مرکز محور صفحه که همان مرکز دوران مفصل‌های کروی دستگاه خواهد بود، در یک امتداد قرار گیرد.
3. به این نکته توجه داشته باشید که اعمال بار باید به صورت پیوسته و کاملاً تحت کنترل باشد. به گونه‌ای که هیچ ضربه‌ای به بار وارد نشود. وارد کردن ضربه به نمونه سنگ می‌تواند نتایج نهایی را تحت تاثیر قرار دهد. بیشترین بار اعمالی بر سنگ نمونه، با دقت ۱ درصد محاسبه و یادداشت می‌شود. اگر بتوانید بار را به صورت پیوسته و بدون وارد کردن ضربه به نمونه اعمال کنید، نتیجه در بازه ۵ الی ۱۰ دقیقه‌ای حاصل خواهد شد.

روش انجام تست استاندارد ASTM C170 در تعیین مقاومت فشاری سنگ

هدف از انجام تست استاندارد astm c170 آزمایش مقاومت سنگ در برابر فشار خرد شدن است. مقاومت فشاری از موارد مهم در میان تست‌های استاندارد سنگ است که باید به آن دقت شود. اگر سنگ در ظرفیت سازه استفاده می‌شود، باید حتماً داده‌های آزمایشی برای مقاومت فشاری و خمشی به دقت بررسی گردد یا اگر قرار است از سنگ در مناطقی از کف استفاده گردد که تردد وجود دارد، باید از نظر سختی، سایشی و مقاومت آزمایش گردد.

عوامل موثر در مقاومت فشاری سنگ

مقاومت فشاری سنگ تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار می‌گیرد. این عوامل می‌توانند مواد و ویژگی‌های سنگ، شرایط محیطی و عوامل خارجی باشند. در زیر عوامل مهمی که بر مقاومت فشاری سنگ تأثیر می‌گذارند، آورده شده است:

• نوع سنگ: نوع سنگ بسیار مهم است. سنگ‌ها می‌توانند از انواع مختلفی مانند سنگ‌های آذرینه‌ای، سنگ‌های رسوبی، سنگ‌های آذرینه‌ای ماسه‌ای و غیره باشند. هر نوع سنگ، دارای خصوصیات مخصوص به خود برای مقاومت فشاری است.
• ساختار داخلی: ساختار داخلی سنگ می‌تواند تأثیر زیادی بر مقاومت فشاری داشته باشد. این ساختار ممکن است شامل ترک‌ها، شیارها، فرج‌ها و نقاط ضعف دیگر باشد که می‌توانند منجر به شکست سریع‌تر یا کندتر سنگ شوند.
• فشار محیطی: فشار محیطی نیز بر مقاومت سنگ تأثیر دارد. با افزایش عمق زیرزمینی، فشار محیطی افزایش می‌یابد و می‌تواند باعث افزایش مقاومت فشاری سنگ شود.
• دما: دمای محیط همچنین می‌تواند تأثیری بر مقاومت داشته باشد. افزایش دما معمولاً منجر به کاهش مقاومت فشاری سنگ می‌شود.
• نسبت‌های سیالاتی: حضور سیالات در سنگ و نسبت‌های سیالاتی می‌توانند این مقاومت را تحت تأثیر قرار دهند. سیالات می‌توانند در سنگ‌ها ترشح و نفوذ کنند و باعث کاهش مقاومت فشاری آن‌ها شوند.
• عوامل خارجی: عواملی مانند ارتفاع سقوط سنگ، تنش‌های مکانیکی، واردات فشاری ناشی از بارگذاری‌های خارجی و زمان نیز می‌توانند بر مقاومت سنگ از نوع فشاری تأثیر گذارند.

به طور کلی، مقاومت فشاری سنگ نتیجه ترکیب این عوامل می‌باشد و برای مطالعه و تجزیه و تحلیل مقاومت فشاری سنگ باید همه این عوامل را در نظر گرفت.

جمع‌بندی نهایی

در این مقاله در مورد تست مقاومت فشاری سنگ صحبت کردیم و از نزدیک با روش این آزمایش، هدف انجام آن و تعیین آن، تجهیزات، مواد مورد نیاز و فرمول‌های محاسبه مقاومت فشاری آشنا شدیم. انجام این آزمایش قبل از آغاز پروژه‌های عمرانی مشابه الزامی است.