یافتن معادن سنگدانه بتن و اقدامات مربوط به آن

پی جویی و اکتشاف

اکتشاف یا پی جویی مصالح مناسبی که به عنوان سنگدانه بتن مورد استفاده قرار گیرد از راه‌های مختلفی بسته به میزان مصالح مورد نیاز و محل و اطلاعات موجود یا قابل دسترسی انجام می‌شود. در مناطق با تراکم بالای جمعیت که تقاضا برای بتن زیاد است، احتمال اتمام منابع سنگدانه موجود وجود دارد و لذا مستلزم توجه فراوان و مداوم تولیدکنندگان عمده که برای برآوردن تقاضا در تلاشند، می‌باشد. محدودیت‌های منطقه بندی، خرید زمین با حقوق معدنی، جست و جو برای یافتن جاده‌های حمل مناسب و ملاحظات اقتصادی مربوط به آن، عهده داری‌این امر را حتی پس از مکان یابی موفق توده‌های مناسب، بسیار پیچیده می‌سازد. اجتناب از درگیری‌های قانونی با صاحبان املاک و ارگان‌های مختلف عمومی‌ در درجه اول اهمیت قرار دارد. شکل زیر دریاچه مصنوعی را که پس از فرآیند تولید شن توسط یک تولیدکننده‌ایجاد شده است، نشان می‌دهد. انجام چنین اقداماتی باعث برقراری روابط عمومی‌مناسب می‌گردد.

روش‌های جست و جوی توده‌های مصالح دانه‌ای یا تخته سنگ و روش‌های ارزیابی کیفیت‌این مصالح برای استفاده به عنوان سنگدانه‌های بتن، بایستی کاملاً متمایز گردند. کیفیت‌های مورد نیاز در قسمت‌های ۲-۲۱ تا ۲-۲۹ مورد بحث قرار می‌گیرند. هنوز دستگاه‌ها یا روش‌هایی که قادر باشند هر دو جنبه را همزمان ارزیابی کنند، در دسترس نیستند. و تا هنگامی‌که هر دو جنبه با موفقیت ارزیابی نشده‌اند، خوش بینی از بابت یافتن منبع ذخیره سنگدانه بی دلیل می‌باشد.

نقشه‌ها و برداشت‌های زمین شناسی موجود

اطلاعات بسیار مفیدی در مورد مکان منابع ذخیره سنگدانه را با استفاده از نقشه‌های زمین شناسی کشوری یا استانی و یا مؤسسات کشاورزی، می‌توان به دست آورد. همین طور با استفاده از برداشت‌های زمین شناسی استانی گاهی اوقات می‌توان نقشه‌های سازند سنگ بستر را تهیه نمود که‌این نقشه‌ها سرنخی از ذخایر سنگ معدن در اختیار ما می‌گذارند.

برداشت‌های هوایی

تفسیر عکس‌های هوایی که با اندازه‌گیری‌های دقیق افقی و عمودی برگرفته از نقشه برداری هوایی نمایان شده‌اند، حقیقاً هنر منحصر به فردی می‌باشد (خصوصاً در مورد جست و جوی مصالح دانه‌ای و توده‌های سنگی). با مطالعات فراوان روی علوم زمین شناسی و خاک شناسی و به کمک متخصصین می‌توان اطلاعات زیادی به دست آورد. عموماً چنین اطلاعاتی با مشاهده زوج عکس متوالی (که با فیلم سیاه و سفید گرفته شده‌اند) تفسیر می‌شود، لیکن می‌توان از لب پوشانی عکس‌های تکی نیز استفاده نمود. به نظر می‌رسد عکی برداری رنگی هوایی که در مواردی به کار گرفته شده است، علیرفم هزینه بیشتر آن دارای مزایایی می‌باشد.

مفسر عکس‌های هوایی در جست و جوی عناصر طرح عکس هوایی شامل پوشش گیاهی، شبکه زهکشی، توپوگرافی، فرسایش و حضور عوارض مصنوعی می‌باشد. هرقدر متخصص تفسیر عکس‌ها باتجربه تر و ماهرتر باشد، نتایج مفیدتری عاید مهندس بتن می‌گردد.

شناسایی ژئوفیزیکی

ابزارهای قابل حملی موجودند که در صورتی که با دانش تکمیلی مورد استفاده قرار گیرند، اطلاعات مفیدی را در اختیار کاوشگر سنگدانه‌های معدنی قرار می‌دهند.‌این ابزارها براساس یکی از دو اصل زیر کار می‌کنند: (۱) مقاومت الکتریکی مصالح مختلف زیرین که امکان تمیز بین سنگ بستر، ماسه، شن، سطح آب زیرزمینی یا خاک از یکدیگر را فراهم می‌کند و (۲) شناسایی لرزه‌ای در آن سرعت‌های امواج لرزه‌ای یا ضربه‌ای زیر سطحی در‌این مصالح اندازه‌گیری می‌شود یا زمان انعکاس آن از لایه زیرین تعیین می‌گردد. عموماً، لایه‌های متراکم نظیر سنگ بستر یا مصالح دانه‌ای خشک مقاومت بیشتری در مقابل عبور جریان الکتریکی از خود نشان می‌دهند، در حالی که امواج ضربه‌ای از میان سنگ متراکم با آب سریعتر عبور می‌کنند.

شناسایی‌های الکتریکی مقاومت مخصوص: در روش مقاومت مخصوص، چهار الکترود برنجی (معمولاً با قطر حدود mm19 و طول mm500) با فواصل مساوی در زمین رانده می‌شوند و سپس جریان الکتریکی بین دو الکترود خارجی برقرار می‌گردد (شکل زیر).

سپس افت ولتاژ بین دو الکترود داخلی اندازه‌گیری می‌شود که با استفاده از آن مقاومت مصالح زیرین مطابق معادله عمومی‌ونر[۱] اندازه‌گیری می‌شود.

که در آن:

p = مقاومت لایه زیرین (cm-Ω)

A = عمق لایه و فاصله بین الکترودها (cm)

E = افت ولتاژ بین دو الکترود داخلی (ولت)

I = شدت جریان بین دو الکترود خارجی (آمبر)

توجه شود که عمق مصالح مورد بررسی (A) برابر فاصله بین الکترودها می‌باشد لذا با تغییر فاصله الکترودها، می‌توان مقاومت الکتریکی مصالح را در عمق‌های مختلف تعیین کرد. بسته به مشخصات مصالح زیرین و حساسیت ابزار مخصوص، اندازه‌گیری تا عمق m15 الی m30 به سهولت انجام شده است.

پیش بینی‌های صحیح به کمک روش‌های شناسایی الکتریکی مستلزم مهارت، تجربه و آشنایی با زمین شناسی منطقه می‌باشد. به عنوان مثال، افزایش رطوبت خاک در اوایل بهار، تشخیص بین ماسه، شن و ماسه با سیلت خاکدار را آسان می‌نماید. در فصول خشک مقادیر مقاومت‌این مصالح به یکدیگر نزدیکتر می‌شوند. مقادیر مقاومت مخصوص مصالح مختلف به شرح زیر می‌باشد:

                                ماده                                                       مقاومت (mm-Ω)

                                رس و سیلت                                             ۱۰۰۰۰۰-۰

                                مخلوط ماسه و رس                                     ۵۰۰۰۰۰- ۱۰۰۰۰۰

                                ماسه                                                       ۱۵۰۰۰۰۰-۵۰۰۰۰۰

                                شن                                                        ۴۰۰۰۰۰۰-۱۵۰۰۰۰۰

                                سنگ                                                      ۴۰۰۰۰۰۰≤

شناسایی‌های لرزه‌ای: در شناسایی لرزه‌ای از دستگاهی استفاده می‌شود که سرعت امواج ضربه‌ای عبوری از مصالح زیرین را دقیقاً اندازه‌گیری می‌کند. امواج ضربه‌ای یا با کوبیدن پتک بر صفحه فولادی که روی زمین قرار دارد و یا با انفجار اندکی خرج در چال انفجار‌ایجاد می‌شود. دستگاه الکترونیکی که قادر به‌اندازه‌گیری فواصل زمانی با دقت ms  (s 0.00025) است، به طریقه الکتریکی به پتک با خرج منفجره متصل می‌شود. همچنین لزه نگار الکتریکی که به دستگاه زمان سنج متصل است، در فاصله مورد نظر از نقطه‌ایجاد ضربه یا انفجار روی زمین قرار می‌گیرد.‌این لرزه نگار امواج ورودی که از مصالح زیرین عبور کرده است را دریافت می‌کند. دستگاه زمان سنج، زمان لازم برای رسیدن موج ضربه‌ای‌ایجاد شده به لرزه نگار را اندازه‌گیری می‌کند. با دورتر کردن نقطه‌ایجاد ضربه از لرزه نگار، منحنی زمان – فاصله را می‌توان رسم نمود.‌این محنی معمولاً نه خط مستقیم و نه منحنی ضربه‌ای در اعماق بیشتر و مصالح متراکم تر با افزایش فاصله بین نقطه‌ایجاد ضربه و لرزه نگار می‌باشد.

نمونه گیری از منابع سنگدانه اکتشافی

پس از‌اینکه مکان منبع ذخیره سنگدانه بتن مشخص گردید، برای اقتصادی کردن عملیات بایستی تعیین شود که‌ایا کیفیت و اندازه سنگدانه‌ها مناسب می‌باشد یا با فرآیند قابل تولید است. عدم توجه کافی به‌این مرحله می‌تواند منجر به هدر رفتن سرمایه گذاری آتی گردد. لذا بایستی تکنیک‌های مناسب جهت تحقیقات مورد استفاده قرار گیرند.

نمونه گیری از توده بهره برداری نشده اساساً به دو دلیل صورت می‌پذیرد: (۱) مکتشفین اطمینان حاصل کنند که توده از وسعت کافی برخوردار می‌باشد و حاوی اندازه‌های مورد نیاز سنگدانه است یا اندازه‌های مورد نظر با شکستن حاصل می‌شوند که در‌این صورت سرمایه گذاری برای تجهیزات فرآوری توجیه خواهد داشت و (۲) تعیین‌اینکه اگر توده حاوی سنگدانه‌ها به نحو مناسب فرآوری گردد،‌ایا مشخصات کیفی مورد نظر مصرف کنندگان عمده بازار را برآورده خواهد نمود. مؤسسات دولتی طبیعتاً ملزومات کیفی دقیق تری را طلب می‌کنند لذا بهتر است است‌این مؤسسات را برای شرکت در آزمایش نمونه‌های مقدماتی دعوت کرد. پس از آن بهترین قدم بعدی‌این است که نمونه‌ها را به آزمایشگاهی که صلاحیت آن برای چنین کاری مورد تأیید مؤسسه دولتی است، بفرستیم. اثبات توانایی در فراهم کردن سنگدانه‌ای که ملزومات سخت یک مؤسسه عمده را برآورده سازد، مزیت تجاری منحصر به فردی است.

نمونه گیری از منابع سنگدانه اکتشافی قاعدتاً به روش‌های مورد استفاده برای توده‌های شن و ماسه و روش‌های مورد استفاده در استخراج و فرآوری سنگ تقسیم می‌شوند. در هر حالت بایستی نمونه‌ها با دقت شماره گذاری و در کیسه‌های تمیز و محافظه‌های بسته نگهداری شوند. مختصاد افقی و قائم محل نمونه گیری بایستی ثبت گردد تا بعداً مقطع عرضی دقیقی قابل رسم باشد.

نمونه گیری از محل معادن اکتشافی

معادنی که یک بار به طور کامل استخراج شده‌اند یا سنگ نمایان در مناطق کوهستانی، منابع بالقوه سنگدانه‌های بتن می‌باشند. در‌این موارد، نمونه بایستی از وجوه نمایان گرفته شود.

نمونه گیری از سنگدانه فرآوری شده

موکداً توصیه می‌شود که برای نمونه گیری دستورالعمل‌های عمومی‌که در روش نمونه گیری از سنگدانه‌ها (ASTM D75) ارائه شده‌اند، فرا گرفته شوند.‌این روش همچنین به طور یکسان برای نمونه گیری از سنگدانه‌های مورد استفاده در کارهای معمول بتنی به کار می‌رود.

نمونه گیری بایستی توسط افرادی که دانش تخصصی در مرود میزان مصالح مورد نیاز جهت آزمایش‌های بعدی دارند و از نتایج اشتباه که می‌تواند از نمونه گیری نامناسب حاصل گردد آگاهی کامل دارند، انجام شود. لذا قوه قضاوت نمونه گیر بایستی بهتر از افرادی باشد که آزمایش‌های معمولی را انجام می‌دهند.

نمونه گیری حین تولید

نمونه گیری و آزمایش سنگدانه‌ها در حین تولید چندین مزیت عمده دارد: (۱) تولید کننده (و همچنین اغلب اوقات مصرف مصرف کننده) مستقیماً از کیفیت محصول (یعنی‌اینکه با مشخصات مطابقت دارد و یا روی حدود مرزی است یا درون ناحیه مجاز قرار می‌گیرد) آگاه می‌شوند و (۲) قبل از‌اینکه مقدار زیادی سنگدانه تولید گردد، تولید کننده بی درنگ اقدامات اصلاحی را به عمل می‌آورد والاّ‌این مصالح بایستی دور ریخته شود یا مجدداً فرآوری گردد. همچنین می‌توان از مخلوط شدن مصالح نامرغوب با مصالح مناسب درون سیلو یا دپو، جلوگیری کرد و (۳) حتی مهمتر‌اینکه امکان نمونه گیری به بهترین نحوی که چگونگی محصول را مشخص کند به صورت متناوب از جریان تولید، فراهم می‌آید.

هرگاه ممکن باشد بایستی با عبور دادن ظرف مناسب از میان جریان تولید روی تسمه نقاله یا شوت انتهایی به نحوی که مدت کوتاهی تمام سطح مقطع را در بر گیرد، نمونه‌هایی را فراهم نمود. چنانچه توقیف تسمه برای لحظاتی عملی باشد، بهترین روش نمونه گیری‌این است که دو صفحه که نحو مناسب به شکل تحدب تسمه درآمده‌اند، را روی تسمه قرار دهیم و سپس تمام بار تسمه بین دو صفحه را درون ظرفی تمیز ریخته و تسمه را برس بزنیم.

به هیچ وجه نباید نمونه‌های با مقدار خیلی کم تهیه نمود. مقدار نمونه‌ها باید چنان زیاد باشد که دخول یا عدم دخول اتفاقی چندین ذره بزرگتر به نمونه منجر به‌این نتیجه نگردد که مصالح به کلی خارج از محدود دانه بندی است. مقدار نمونه‌های درشت دانه که تنها در آزمایش دانه بندی مورد استفاده قرار می‌گیرند بایستی حداقل برابر مقادیر زیر باشد:

بزگترین اندازه ذرات (mm)                               حداقل وزن نمونه (kg)

۹٫۵                                                          ۱۰

۱۲٫۵                                                          ۱۵

۱۹                                                            ۲۵

۲۵                                                           ۵۰

۳۷٫۵                                                          ۷۵

۵۰                                                            ۱۰۰

۶۲٫۵                                                          ۱۲۵

۷۵                                                           ۱۵۰

۸۷٫۵                                                          ۱۷۵

چنانچه تصادفاً مقدار نمونه گرفته شده به میزان قابل توجهی از مقادیر توصیه شده فوق بیشتر باشد، می‌توان آن را به روش مناسب به کمک روش چهاربخشی کوچکتر نمود یا با استفاده از ابزار تقسیم کننده مکانیکی مطابق تکنیک‌هایی که در روش کاهش مقدار نمونه‌های سنگدانه کارگاهی به‌اندازه لازم برای آزمایش (ASTM C702) عنوان شده، کاهش داد. اگر قرار است آزمایش‌های دیگری به جز آزمایش دانه بندی انجام شوند، شخص نمونه گیر بایستی میزان مصالح مصرفی مورد نیاز را در نظر بگیرد.

ماسه مرطوبی که تازه تولید شده است کمتر در معرض جدایی و خطاهای نمونه گیری قرار دارد و نمونه‌هایی به وزن kg10 برای آزمایش‌های متداول کافی می‌باشد.‌این نمونه‌ها را در عمل می‌توان به هر روش مناسب نظیر نمونه گیری از جریان تسمه یا شوت تهیه کرد. چنانچه بایستی آزمایش‌های بیشتری روی نمونه‌ها انجام گیرد، مقدار نمونه‌ها باید بیشتر باشد.

نظرات متفاومت است و نظریه آماری مناسبی نیز وجود ندارد که نشان دهد‌ایا بهتر است چندین نمونه مختلف را که در فاصله‌های زمانی کوتاه تر گرفته شده‌اند، مخلوط کرد یا‌اینکه یک نمونه با فراوانی کمتر گرفت تا نمایانگر میزان مشخصی از محصول باشد. به عنوان مثال، برخی سازمان‌ها گرفتن یک نمونه در هر ۱۰۰ تن تولید را ضروری می‌دانند. چنانچه تولید کارخانه ۱۰۰ تن در ساعت باشد می‌توان هر سه نمونه گرفته شده در فواصل ۲۰ دقیقه‌ای را مخلوط کرد و نتایج آن را نمونه تکی گرفته شده در همان یک ساعت مقایسه نمود. برخی افراد به روش دوم علاقمند هستند زیرا بررسی فرضاً ۱۰ نمونه گرفته شده طی یک روز کاری ۱۰ ساعته نمایانگر حدود کلی تولید خواهد بود، در حالی که فرآیند مخلوط کردن نمونه‌ها نتایج محصولات هر ساعت را هموارتر نشان می‌دهد.

جدای از‌اینکه تواتر نمونه برداری یا نوع نمونه‌ها تکی یا ترکیبی باشد، تولیدکننده و مصرف کننده هر دو از انتخاب روش سخت گیرانه‌ای که امکان انتخاب فردی شخص نمونه گیر را به حداقل برساند، سود می‌برند. نمونه برداری، دو نیمه کردن آن و آزمایش‌های متعاقب آن بایستی کاملاً دور از نظرات شخصی باشد. نمونه برداری باید آن قدر تصادفی باشد که هر دانه ماسه یا درشت دانه شانس مساوی برای قرار گرفتن در نمونه را دارا باشد.‌این هدف دلخواه می‌باشد.

نمونه برداری پس از تولید

نمونه برداری پس از تولید یا در مقصد از‌این حیث که به بهترین نحو معرف سنگدانه‌ای است که واقعاً در بتن مصرف می‌شود، مزایای زیادی دارد. مثلاً، احتمال آلودگی، جداشدگی اندازه یا تولید ریزدانه‌ها حین حمل برسی می‌گردد. سنگدانه‌های تولیدی که دقیقاً بر مشخصات منطبق هستند، احتمالاً طی فرآیند دپو کردن نامناسب که می‌تواند سبب جداشدگی یا شکست گردد یا به وسیله بولدوزرها به گل رس آلوده گردد و یا پس از جا به جایی بیش از حد، مقداری ریزدانه تولید گردد، امکان دارد مسئله داردشوند. به هر حال، پس از تحویل، تهیه نمونه‌ای که کاملاً نمایانگر سنگدانه‌ها باشد با موانع بسیاری مواجه است. گرفتن نمونه‌های کاملاً تصادفی از سنگدانه‌ای که در کامیون‌ها، واگن‌های ریلی یا دپو قرار دارد تقریباً معضلی غیرقابل حل می‌باشد.

استفاده از تجهیزات مکانیکی نظیر لودر کاو[۲]، بیل مکانیکی یا بیل منقاری[۳] جهت نمونه گیری از توده‌های بزرگ تقریباً اجباری می‌باشد.

دپوها[۴]: در دپوهای مصالح درشت دانه که خصوصاً به شکل مخروط یا هرم هستند در صورتی که لایه‌ها نسبتاً نازک نباشند، اندازه‌های مختلف جدا می‌شوند. دانه‌های بزرگتر تمایل دارند به سمت پای شیب بغلطند. لذا در صورت امکان نمونه گیری بایستی هنگام دپو کردن یا بارگیری به خارج انجام می‌شود. چنانچه هیچ کدام از‌این دو گزینه عملی نمی‌باشد (که اغلب نیز همینطور است)، به روش زیر می‌توان‌ایده کلی در مورد محتوای توده کسب نمود: یک بیل پُر از درشت دانه بایستی از بالا، وسط و پایین توده انتخاب کرد و مخلوط نمودتا نمونه مجزایی حاصل گردد. به منظور جایگزینی مناسب مصالح سطح بیرونی توده، چندین نمونه مخلوط شده مورد نیاز است. بهتر است برای جلوگیری از جداشدگی هنگام نمونه گیری، یک صفحه را دقیقا بالای نقطه اخذ نمونه وارد کرد. اگر نمونه از توده ریزدانه گرفته می‌شود، در ابتدا بایستی ماسه خشک بیرونی را برداشت و سپس یک بیل پُر گرفت.

واگن‌های ریلی: نمونه گیری از واگن‌های ریلی حاوی سنگدانه به روش زیر انجام می‌شود: ابتدا حداقل سه گودال با فاصله مساوی در سرتاسر واگن به نحوی که پایین هر گودال حداقل m0.3 پایین تر از سطح سنگدانه گوشه واگن بوده و عرض گودال در پایین، حداقل m0.3 باشد، کنده می‌شود. توصیه می‌گردد که در سه نقطه با فاصله مساوی درون گود با فرو بردن بیل به سمت پایین بدون حرکت افقی نمونه گیری شود.

کامیون‌ها و غیره: نمونه گیری از کامیون‌ها با حفر گودال‌های به روش فوق انجام می‌شود با‌این تفاوت که بسته به‌اندازه بار، حفر یک یا دو گودال کافی است. به منظور نمونه گیری از شناورها و دیگر وسایل حمل به نحوی که کاملاً نمایانگر مصالح باشد، بایستی گودال‌های بیشتری حفر شود.

شناسایی نمونه‌ها

نسخه‌ای از فرم مناسب جهت شناسایی نمونه‌های آزمایشی مجزا در  اولین شکل مطلب  مشخصات سنگدانه های بتن دیده می‌شود. به افراد نموده گیر بایستی یاد داد که به منظور شناسایی نمونه چنین فرمی‌ نظیر‌این را با دقت زیاد پُر کنند.

[۱] – Wenner

[۲] – Front – end loader

[۳] – Clam

[۴] – Stockpile