اثر دمای انجماد در فرآیند انجماد- ذوب بر خواص فیزیکی و مکانیکی ماسه سنگ

نویسندگان

1 دانشیار گروه مهندسی معدن، دانشگاه بین‌المللی امام‌خمینی (ره)، قزوین

2 دانشجوی کارشناسی‌ارشد مهندسی معدن، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه تهران، تهران

چکیده

سنگ­ها در محیط­های سرد معمولاً در معرض شرایط انجماد و ذوب قرار می­گیرند. فرایند انجماد- ذوب یکی از مهم­ترین و قدرتمندترین عامل هوازدگی از نوع فیزیکی می­باشد که خواص فیزیکی و مکانیکی سنگ­ها را تحت تاثیر قرار می­دهد و باعث کاهش دوام و پایداری سنگ می­شود .در این تحقیق تاثیر دمای انجماد در یک سیکل انجماد - ذوب با سه دمای انجماد 20- ، 40- ، 60-  بر روی نفوذپذیری، مقاومت کششی، مقاومت تراکم تک­محوری، مدول­الاستیسیته، مقاومت تراکم سه­محوری در فشارهای محصور کننده 3 ، 5 و 7 مگاپاسکال، چسبندگی و زاویه اصطکاک داخلی نمونه­های ماسه­سنگ سازند لالون منطقه لوشان، بررسی و تاثیرات دمای انجماد بر روی خواص ذکر شده مطالعه  شده و با خواص نمونه­هایی که سیکل انجماد- ذوب را تحمل نکرده­اند  مقایسه شد. نتایج بدست آمده حاکی از این بود که باکاهش دما در یک سیکل انجماد- ذوب، مقاومت کششی، مقاومت تراکم تک­محوری، مقاومت تراکم سه­محوری، چسبندگی و مدول­الاستیسیته کاهش و نفوذپذیری افزایش می­یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effect of freezing temperature in the freeze-thaw process on the Physical and Mechanical properties of sandstone

نویسندگان [English]

  • M. Hosseini 1
  • A. M. Ahmari 2
چکیده [English]

Rocks in cold environments are usually exposed to freezing and thawing conditions. The freeze–thaw process is one of the most important and intense physical weathering processes that affects the physical and mechanical properties of rocks by reducing the durability and stability of rocks. In this study, the effect of freezing temperature in a freeze–thaw cycle with three freezing temperatures of -20, -40, -60 on permeability, tensile strength, uniaxial compressive strength, modulus of elasticity, triaxial compressive strength at confining pressures 3, 5 and 7 MPa, cohesive and internal friction angle of sandstone samples of Lalon formation in Lushan region was investigated and the effects of freezing temperature on the mentioned properties were studied and compared with the properties of samples that did not undergo the freeze–thaw cycle. The results showed that with decreasing freezing temperature in a freeze–thaw cycle, tensile strength, uniaxial compressive strength, triaxial compressive strength, cohesive and modulus of elasticity decrease and permeability increases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • freezing temperature
  • freeze–thaw
  • physical properties
  • mechanical properties
  • Sandstone
حسینی، م. ملکی، س (1395) بررسی معیار شکست­های هوک و همکاران، بینیاوسکی و جانستون در خصوص تخمین مناسب مقاومت ماسه­سنگ، سومین کنفرانس سراسری توسعه محوری مهندسی عمران، برق، مکانیک و معماری ایران.
حسینی، م. نعلبندان، م (1398) تاثیر سیکل­های تر- خشک شـدن بر خواص فـیزیکی، مکـانیـکی و گسیـختگی ماسه­سنگ. نشریه مهندسی منابع معدنی، دوره 4، شماره 1، ص  79-95.‎
حسینی، م. فخری، د (1397) اثر فرآیندهای یخبندان- ذوب و گرمایش- سرمایش بر نفوذپذیری ماسه­سنگ لوشان. نشریه مهندسی منابع معدنی، دوره 3، شماره 4، ص  75-91.‎
عبدالغنی­زاده، ک. حسینی، م. ثقفی­یزدی، م (1397) تاثیر تعداد سیکل­های یخبندان ذوب روی خواص فیزیکی و مکانیکی ماسه­سنگ لوشان و ملات سیمان. مجله انجمن زمین­شناسی مهندسی ایران، جلد 11، شماره 4، ص 25-39.
عبدی، ی. خانلری، غ (1397) بررسی تاثیر انجماد- ذوب بر ویژگی­های مکانیکی ماسه­سنگ­های سازند قرمز بالایی بر اساس اندازه­گیری سرعت موج و تخلخل. مجله یافته­های نوین زمین­شناسی کاربردی دوره 12، شماره 23، ص 75-91.
Altindag, R.,  Alyildiz, I. S., & Onargan, T (2004) Mechanical property degradation of ignimbrite subjected to recurrent freeze-thaw cycles. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 6(41):1023-1028.
Boulin, P. F., Bretonnier, P., Gland, N., & Lombard, J. M (2012) Contribution of the steady state method to water permeability measurement in very low permeability porous media. Oil & Gas Science and Technology–Revue d’IFP Energies nouvelles, 67(3): 387-401.
Chen, Y. L., Ni, J., Jiang, L. H., Liu, M. L., Wang, P., & Azzam, R (2014) Experimental study on mechanical properties of granite after freeze–thaw cycling. Environmental earth sciences, 71(8): 3349-3354.
Eslami, J., Walbert, C., Beaucour, A. L., Bourges, A., & Noumowe, A (2018) Influence of physical and mechanical properties on the durability of limestone subjected to freeze-thaw cycles. Construction and Building Materials, 162: 420-429.
Fang, X., Xu, J., & Wang, P (2018) Compressive failure characteristics of yellow sandstone subjected to the coupling effects of chemical corrosion and repeated freezing and thawing. Engineering Geology, 233: 160-171.
Freire-Lista, D. M., Fort, R. and Varas-Muriel, M. J )2015( Freeze–thaw fracturing in building granites. Cold Regions Science and Technology, 113: 40-51.
Hashemi, M., Bashiri Goudarzi, M., Jamshidi, A., (2018) Experimental investigation on the performance of Schmidt hammer test in durability assessment of carbonate building stones against freeze-thaw weathering. Environmental Earth Science, 77: 1-15.
ISRM (2007) In: Ulusay, Hudson (Eds.), Suggested methods prepared by the commission on testing methods, International Society for Rock Mechanics. ISRM Turkish National Group, Ankara, Turkey.
Jamshidi, A., Nikudel, M. R., Khamehchiyan, M )2013(Predicting the long-term durability of building stones against freeze-thaw using a decay function model. Cold Regions Science and Technology, 92: 29–36.
Jamshidi, A., Nikudel, M. R., Khamehchiyan, M. (2015) Estimating the engineering properties of building stones after freeze-thaw using multiple regression analysis. Iranian Journal of Sciences and Technology, Transaction A: Science, 39A2: 147–163. 
Jamshidi, A., Nikudel, M. R., Khamehchiyan, M (2017) A novel physico-mechanical parameter for estimating the mechanical strength of travertines after a freeze-thaw test. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 76(1):181–190.
Khanlari, G., Sahamieh, R. Z., & Abdilor, Y (2015) The effect of freeze–thaw cycles on physical and mechanical properties of Upper Red Formation sandstones. Central part of Iran. Arabian Journal of Geosciences, 8(8): 5991-6001.
Momeni, A., Abdilor, Y., Khanlari, G. R., Heidari, M., & Sepahi, A. A (2016) The effect of freeze–thaw cycles on physical and mechanical properties of granitoid hard rocks. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 75(4): 1649-1656.
Sudisman, R. A., Yamabe, T., Osada, M (2016) Strain and Strength of Saturated and Dried Rock Samples Under a Freeze-Thaw Cycle. 9th Asian Rock Mechanics Symposium.
 Wang, P., Xu, J., Liu, S., Wang, H., & Liu, S (2016) Static and dynamic mechanical properties of sedimentary rock after freeze-thaw or thermal shock weathering. Engineering geology, 210: 148-157.
 Walbert, C., Eslami, J., Beaucour, A. L., Bourges, A., & Noumowe, A (2015) Evolution of the mechanical behaviour of limestone subjected to freeze–thaw cycles. Environmental earth sciences, 74(7): 6339-6351.
Yu, J., Chen, X., Li, H., Zhou, J. W., & Cai, Y. Y (2015) Effect of freeze-thaw cycles on mechanical properties and permeability of red sandstone under triaxial compression. Journal of Mountain Science, 12(1): 218-231.
 Zhang, J., Deng, H., Taheri, A., Ke, B., Liu, C., & Yang, X (2018) Degradation of physical and mechanical properties of sandstone subjected to freeze-thaw cycles and chemical erosion. Cold Regions Science and Technology, 155: 37-46.
 Zhou, K. P., Bin, L. I., Li, J. L., Deng, H. W., & Feng, B. I. N (2015) Microscopic damage and dynamic mechanical properties of rock under freeze–thaw environment. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 25(4): 1254-1261.