هدف از این مقاله بررسی میزان تاثیر خصوصیات و مشخصات ذاتی سنگ بر میزان پرداخت سطح سنگ و براقیت و زبری آن می باشد. به این منظور 4 نوع سنگ لایمستون مورد بررسی قرار گرفت.
خصوصیات فیزیکی و مکانیکی این نمونه ها در آزمایشگاه اندازه گیری شد. سپس خصوصیات پتروگرافی و کانی شناسی آنها نیز با استفاده از مقطع نازکی از آنها بدست آوردیم. به منظور تجزیه و تحلیل شیمیایی سنگ از روش اشعه فلورسانس X-Ray استفاده شد.
شش آزمایش مختلف پرداخت روی هر سنگ مرمریت در شرایط یکسان و با استفاده از دستگاه ساینده انجام شد. در نهایت ارتباط بین خصوصیات سنگ و میزان صیقلی شدن آنها موردبررسی قرار گرفت.
اگرچه عملیات پرداخت همه نمونه ها با یک دستگاه ساب و به یک میزان انجام شد، میزان براقیت و زبری سطوح آنها با یکدیگر متفاوت بود.
لازم به ذکر است که این آزمایش روی نمونه مرمریت های خارجی انجام شده است.
اطلاعات بدست آمده از این آزمایش نشان داد که علت اصلی تفاوت میان میزان پرداخت ها، تفاوت در خصوصیات فیزیکی و ترکیبات کانی های تشکیل دهنده آن ها است.علاوه بر این ارزیابی های آماری نشان داد که، تخلخل، مقاومت فشاری تک محوری و مقاومت کششی غیرمستقیم تاثیر زیادی روی میزان صیقلی شدن یا زبری سطح سنگ دارد.همچنین از نتایج بدست آمده از این آزمایش متوجه یک رابطه معکوسی میان براقیت و زبری سنگ شدیم.
مقدمه
سنگ مرمریت از جمله سنگ های پرکاربرد در صنعت ساختمان سازی و انواع مصنوعات سنگی است که پتانسیل بالایی در صیقلی شدن نیز دارد.
همانطور که می دانید پرداخت های مختلفی مانند صیقلی،مات،تیشه ای و…. روی سنگ های مختلف با توجه به بافت و ویژگی های ساختاری آن ها انجام می شود.به منظور اجرای پرداخت صیقلی از دستگاه ساب و پولیشرهای مختلفی استفاده می شود.
با بررسی که در این مقاله انجام دادیم به این نتیجه رسیدیم که از پارامترهایی که تاثیر منفی روی براقیت سطح سنگ می گذارد عبارتند از: تخلخل، تفات میان مرز کریستالی،کلیواژ یا رَخ و ترک های کوچک بوجود آمده در سنگ.
بررسی هایی روی تاثیر ساب دهنده های الماسی و سیلیکون کاربید Silicon carbide (sic) بر کیفیت سطوح سنگ انجام شد و مشخص شد که میزان زبری و صیقلی شدن سطوح نمونه سنگ های مورداستفاده در این آزمایش به نوع دستگاه ساب نیز بستگی دارد.به همین دلیل به اهمیت انتخاب دستگاه ساینده مناسب و فراهم آوردن شرایط مناسب مطابق با خصوصیات ساختاری سنگ برای رسیدن به کیفیت مطلوب سطوح تاکید شد.
همچنین ارتباط بین سهولت انجام عملیات پرداخت و خواص مکانیکی سنگ تحت بررسی قرار گرفت؛ و مشخص شد که ضریب اصطکاک سنگ روی براقیت سنگ تاثیرگذار است.
همچنین تاثیر سرعت تسمه نقاله بر کیفیت پرداخت سطح سنگ نیز با انجام آزمایش های مختلف پرداخت تحت شرایط سرعت چرخشی و سطح فشار پولیشر ثابت، انجام شد.
بنابر اطلاعات بدست آمده بهترین کیفیت پرداخت در شرایط سرعت تسمه نقاله 1.3 متر در دقیقه برآورد شد.
Karaka نیز بررسی روی ارتباط بین خصوصیات فیزیکی و کیفیت پرداخت و میزان زبری نمونه سنگ های مرمریت انجام داد و به این نتیجه رسید که ارتباط معناداری بین مقاومت فشاری تک محوری، مقاومت کششی و میزان زبری و کیفیت پرداخت سطوح نمونه ها وجود دارد.
Gürcan تاکید کرد که مقادیر مختلف براقیت سطوح سنگ ها به علت ترکیبات شیمیایی مختلف و ساختار متفاوت آنها است.
Ersoy نیز تاثیر سرعت چرخش ساینده بر کیفیت پرداخت سطح سنگ را بررسی کرد و به این نتیجه رسید که با افزایش سرعت چرخش ساینده به سطوح صاف تر و براق تری دست می یابیم.
حال هدف اصلی این مقاله بررسی تاثیر خصوصیات فیزیکی مکانیکی، پتروگرافی و ترکیبات شیمیایی سنگ مرمریت روی میزان براقیت و کیفیت پرداخت سطح سنگ می باشد.
در این راستا خصوصیات فیزیکی و مکانیکی نمونه ها مانند وزن واحد(UW)، تخلخل(P) ، مقاومت فشاری تک محوری(UCS) ، مقاومت خمشی (FS)، مقاومت کششی غیرمستقیم(ITS)، مقاومت سایشی(BAR) و سختی اشمیت(SH) انداره گیری شد.
خصوصیات کانی شناسی و سنگ شناسی نمونه ها نیز با استفاده از تجزیه و تحلیل مقاطع نازکی از آنها انجام شد و ترکیبات شیمیایی آنها نیز با استفاده از متد XRF تعیین شد.
سپس آزمایش های پرداخت انجام شد و میزان زبری و براقی نمونه ها اندازه گیری شد.
درنهایت با آنالیز اطلاعات بدست آمده تاثیر خصوصیات سنگ ها بر کیفیت پرداخت بررسی گردید.
متریال و رویه آزمایش
برای تعیین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی نمونه سنگ ها آزمایشاتی مطابق با استاندارهای ISRM انجام دادیم و مقادیر هر کدام از نمونه هایی که در بالابیان کردیم بدست آوردیم.
آزمایش پرداخت با استفاده از یک دستگاه پرداخت آزمایشگاهی شبیه سازی شده در مقیاس صنعتی انجام شد که دارای تسمه نقاله با عرض 60 سانتی متر و چهارسر پولیشر با قطر 35 سانتی متر.
لقمه هایی که در این آزمایش به کار رفت از شماره های 60،80،120،180،220،280،320،380،600 استفاده کردیم.
نمونه ها در مراحل فرآوری در کارخانه های سنگبری با استفاده از ساینده های الماسه در ابعاد 500 میلی متر طول،300 میلی متر عرض، و 20 میلی متر ضخامت کالیبره شده بودند.
ده نقطه روی لبه نمونه ها مشخص کردیم تا مطمئن باشیم که تست براقیت و زبری دیگر نمونه ها نیز از همان نقاط انجام شده است.
متغیرهای دستگاه ساب مثل میزان سرعت تسمه نقاله، سرعت چرخش هدها(کله) را روی مقادیر 1.48متر در دقیقه و rpm499.5 ثابت کردیم.
فشار هدها(برای لقمه های شماره 60-80) نیز روی مقدار 1.25BAR تنظیم کردیم و به BAR 1 برای دیگر ساینده ها تنظیم کردیم.
لقمه شماره 60 روی هد های دستگاه ساب قرار داده شد و شش آزمایش پرداخت جداگانه برای هر نمونه با استفاده از یک هد پولیشر انجام شد.
بعد از مرحله پرداخت، از کمپرسور برای دفع گرد و غبار و قطره های آب باقی مانده روی سطح نمونه سنگ ها استفاده شد.
برای اندازه گیری کیفیت پرداخت سطح نمونه ها، میزان زبری و براقیت آنها را اندازه گیری کردیم.
Taylor Hobson Surtronic دستگاه تست زبری سطح و دستگاه Konica Minolta Multigloss 268 دستگاه تست براقیت سطوح سنگ است که به ترتیب در تصاویر زیر نشان داده شده است:
مقادیر زبری براساس متداول ترین پارامترRaو میزان براقی نیز در زاویه 60 درجه و مساحت 9*15 میلی متر اندازه گیری شد.
میانگین حسابی این ده اندازه گیری را محاسبه کردیم و پروفیل سطح هر کدام از نمونه ها را پس از انجام آزمایش پرداخت تعیین کردیم.
همین اقدامات را برای دیگر ساینده ها تکرار کردیم و در نهایت کیفیت پرداخت ها را اندازه گیری کردیم.
مقادیر زبری با افزایش شماره لقمه ها یک روند کاهشی نمایی دارد در حالی که مقادیر براقیت با افزایش شماره لقمه ها به طور تصاعدی افزایش یافت.واضح است که ساینده های 60 و 80 و 120 با دانه های ساینده درشت،تاثیر بسیاری روی کاهش زبری سطح می گذارد و ساینده های با دانه های ریزتر(360،600و800) باعث یک افزایش قابل توجهی در مقادیر براقیت می گذارند. همچنین رابطه معکوسی بین زبری و براقیت پرداخت سطح سنگ وجود دارد.
بررسی مقادیر زبری و براقیت نشان داد که میزان براقیت هر کدام از نمونه مرمریت ها بیش تر از 87% بود به جز امپرادور.
به گونه ای که اگرچه همه آزمایش های پرداخت تحت شرایط یکسانی انجام شد، براقیت امپرادور 80 درصد کمتر از بقیه بود.
به منظور مشخص کردن دلیل این تفاوت، پارامترهای موثر بر پرداخت سطح موردبررسی قرار گرفتند. در مطالعه ای که توسط Erdoğan انجام شد به این نتیجه رسیدیم که ناپیوستگی های ژئولوژیکی مانند کلیوژ(رخ cleavage)، تخلخل، مرز های بین کریستالی، رگه ها و همچنین انواع کانی های تشکیل دهنده بافت سنگ می توانند تاثیر منفی روی میزان براقیت سطح سنگ داشته باشند.
از نظر خصوصیات فیزیکی، سنگ مرمریت امپرادور متخلخل تر از دیگر نمونه های سنگ مرمریت بود. سوراخهای کوچک و بزرگ موجود در سنگ میزان براقیت را کاهش می دهد.
زمانی که ساختار شیمیایی سنگ مرمریت امپرادور را موردبررسی قرار دادیم متوجه میزان زیاد عنصر mgo و مقدار کمی عنصر cao شدیم.
نتایج مطالعات نشان داده است که افزایش عنصر mgo می تواند تاثیر منفی روی میزان براقیت و زبری سطوح خواهد داشت.
به منظور تخمین تاثیر خصوصیات فیزیکی مکانیکی روی مقادیر زبری و براقیت سطح سنگ، همبستگی و تحلیل رگرسیون انجام شد.
یک همبستگی خطی (r>=0.95 ) بین تخلخل و کیفیت پرداخت سطح مشاهده شد. با افزایش تخلخل، زبری سطح نیز افزایش می یابد در حالی که براقیت کاهش می یابد.
یک ارتباط معکوسی نیز بین زبری و UCS و همچنین ITS و زبری وجود دارد. در حالی که ارتباط بین UCS و مستقیم است.
نتیجه گیری
در این مطالعه آزمایش پرداخت روی 4 نوع سنگ مرمریت تحت شرایط یکسانی انجام شد.مقادیر زبری و براقیت همه نمونه ها پس از هر مرحله پرداخت اندازه گیری شد.
با توجه به نتایج آزمایشات، به طور واضحی مشخص است که لقمه های 60،80 و 120 با دانه های درشت یک تاثیر بسیاری روی کاهش سطح زبری سنگ دارد در صورتی که مقادیر براقیت افزایش قابل توجهی را در ساینده های 320 نشان نداد.
همچنین ساینده های دانه ریزتر، تاثیر زیادی روی افزایش براقیت خواهد داشت.
علاوه بر این یک ارتباط معکوسی میان مقادیر براقیت و زبری سطوح سنگ ها وجود دارد. به گونه ای که در صورتی که زبری کاهش یابد براقیت سطح بیشتر خواهد شد.
با اینکه نمونه ها همه سنگ مرمریت و آهکی بودند و آزمایش پرداخت تحت شرایط یکسانی انجام شد، میزان براقیت سنگ مرمریت امپرادور از دیگر نمونه ها کمتر بود.
دلیل این اتفاق ای بود که سنگ مرمریت امپرادور به علت اینکه میزان تخلخل هایش بیشتر از دیگر مرمریت ها بود میزان براقیت آن کمتر شد. همچنین ترک ها و رگه های متقاطع نیز در میزان براقیت سنگ تاثیر منفی می گذارد.
