معادن سنگدانه بتن: برداشت، نمونه‌برداری، شناسایی و اکتشاف

یکی از مهم‌ترین عوامل مؤثر درباره کیفیت بتن تولید شده، نوع دانه‌بندی و جنس مصالح سنگی است که باید در هر منطقه، با توجه به شرایط آن بررسی شود. اندازه و شکل مصالح سنگی و نسبت اندازه سنگدانه‌ها و همچنین، محل اکتشاف و شناسایی آنها از هر منطقه، در روند تولید محصول نهایی مؤثر است. در این مقاله از بلاگ رامکا بر آن هستیم مراحل اکتشاف معادن سنگدانه بتن و نمونه‌گیری از آن را بیان کنیم. پس تا انتها همراه ما باشید.

پی‌جویی و اکتشاف معادن سنگدانه بتن

اکتشاف مصالح مناسبی که به عنوان سنگدانه بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد، از راه‌های مختلفی بسته به میزان مصالح مورد نیاز و محل و اطلاعات موجود یا قابل دسترس انجام می‌شود. در مناطقی با تراکم بالای جمعیت که تقاضا برای بتن زیاد است، احتمال اتمام منابع سنگدانه موجود وجود دارد و لذا مستلزم توجه فراوان تولیدکنندگان عمده است که برای برآوردن تقاضا در تلاشند.

محدودیت‌های منطقه‌بندی، خرید زمین با حقوق معدنی، جستجو برای یافتن جاده‌های حمل مناسب و ملاحظات اقتصادی مربوط به آن، عهده‌داری این امر را حتی پس از مکان‌یابی موفق توده‌های مناسب، بسیار پیچیده کرده‌ است. در این میان، اجتناب از درگیری‌های قانونی با صاحبان املاک و ارگان‌های مختلف عمومی‌ در درجه اولِ اهمیت قرار دارد.

روش‌های جستجوی توده‌های مصالح دانه‌ای یا تخته سنگ و روش‌های ارزیابی کیفیت این مصالح برای استفاده به عنوان سنگدانه‌های بتن، بایستی کاملاً متمایز گردند. هنوز دستگاه‌ها یا روش‌هایی که قادر باشند هر دو جنبه را همزمان ارزیابی کنند، در دسترس نیستند و تا هنگامی که هر دو جنبه با موفقیت ارزیابی نشده‌اند، خوش‌بینی بابت یافتن معادن ذخیره سنگدانه بتن بی‌دلیل است.

نقشه‌ها و برداشت‌های زمین‌شناسی موجود

با استفاده از نقشه‌های زمین‌شناسی کشوری یا استانی یا مؤسسات کشاورزی، می‌توان اطلاعات بسیار مفیدی در مورد مکان منابع ذخیره سنگدانه به دست آورد. همچنین با استفاده از برداشت‌های زمین‌شناسی استانی، می‌توان نقشه‌های سازند سنگ بستر را تهیه کرد؛ نقشه‌هایی که سرنخی از ذخایر سنگ معدن را در اختیار ما می‌گذارند.

برداشت‌های هوایی

تفسیر عکس‌های هوایی که با اندازه‌گیری‌های دقیق افقی و عمودی برگرفته از نقشه‌برداری هوایی نمایان شده‌اند، هنر منحصر به فردی هستند؛ بخصوص در مورد جستجوی مصالح دانه‌ای و توده‌های سنگی. با مطالعات فراوان روی علوم زمین‌شناسی و خاک‌شناسی و به کمک متخصصین، می‌توان اطلاعات زیادی به دست آورد. عموماً چنین اطلاعاتی با مشاهده زوج عکس متوالی تفسیر می‌شود، اما می‌توان از لب‌پوشانی عکس‌های تکی نیز استفاده نمود. به نظر می‌رسد عکس‌برداری رنگی هوایی که در مواردی به کار گرفته شده، علی‌رغم هزینه بیشتر مزایایی نیز دارد.

مفسر عکس‌های هوایی در جستجوی عناصر طرح عکس هوایی، شامل پوشش گیاهی، شبکه زه‌کشی، توپوگرافی، فرسایش و حضور عوارض مصنوعی است. هر قدر متخصص تفسیر عکس‌ها باتجربه‌تر و ماهرتر باشد، نتایج مفیدتری عاید مهندس بتن می‌گردد.

شناسایی ژئوفیزیکی

ابزارهای قابل حملی موجودند که اگر با دانش تکمیلی مورد استفاده قرار گیرند، اطلاعات مفیدی را در اختیار کاوشگر سنگدانه‌های معدنی قرار می‌دهند. این ابزارها بر اساس یکی از دو اصل زیر کار می‌کنند:

• مقاومت الکتریکی مصالح مختلف زیرین که امکان تمیز سنگ بستر، ماسه، شن، سطح آب زیرزمینی یا خاک را از یکدیگر فراهم می‌کند.
• شناسایی لرزه‌ای که در آن، سرعت‌ امواج لرزه‌ای یا ضربه‌ای زیر سطحی در‌ این مصالح اندازه‌گیری شده یا زمان انعکاس آن از لایه زیرین تعیین می‌گردد.

به طور معمول، 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 ۱۹ میلی‌متر و طول ۵۰۰ میلی‌متر با فواصل مساوی در زمین قرار گرفته و سپس جریان الکتریکی بین دو الکترود خارجی برقرار می‌شود.

سپس افت ولتاژ بین دو الکترود داخلی اندازه‌گیری شده و با استفاده از آن، مقاومت مصالح زیرین مطابق معادله عمومی ‌ونر اندازه‌گیری می‌شود.

که در آن:

• P: مقاومت لایه زیرین (Ω-cm)
• A: عمق لایه و فاصله میان الکترودها (cm)
• E: افت ولتاژ بین دو الکترود داخلی (ولت)
• I: شدت جریان بین دو الکترود خارجی (آمبر)

توجه داشته باشید عمق مصالح مورد بررسی (A) برابر با فاصله بین الکترودها است. 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 ۱۵ الی ۳۰ متر به سهولت انجام شده است.

پیش‌بینی‌های صحیح به کمک روش‌های شناسایی الکتریکی، مستلزم مهارت، تجربه و آشنایی با زمین‌شناسی منطقه است؛ برای مثال، افزایش رطوبت خاک در اوایل بهار، تشخیص بین ماسه، شن و ماسه با سیلت خاک‌دار را آسان می‌کند. در فصول خشک، مقادیر مقاومت این مصالح به یکدیگر نزدیک‌تر می‌شوند. مقادیر مقاومت مخصوص مصالح مختلف به شرح زیر است:

ماده	مقاومت (Ω-mm)
رس و سیلت	۰ – ۱۰۰۰۰۰
مخلوط ماسه و رس	۱۰۰۰۰۰ – ۵۰۰۰۰۰
ماسه	۵۰۰۰۰۰ – ۱۵۰۰۰۰۰
شن	۱۵۰۰۰۰۰ – ۴۰۰۰۰۰۰
سنگ	≥۴۰۰۰۰۰۰

شناسایی‌ لرزه‌ای معادن سنگدانه بتن

در شناسایی لرزه‌ای از دستگاهی استفاده می‌شود که سرعت امواج ضربه‌ای عبوری از مصالح زیرین را به دقت اندازه‌گیری می‌کند. امواج ضربه‌ای یا با کوبیدن پتک بر صفحه فولادی که روی زمین قرار دارد یا با انفجار اندکی خرج در چال انفجار‌ ایجاد می‌شود.

دستگاه الکترونیکی که قادر به اندازه‌گیری فواصل زمانی با دقت ۰٫۰۰۰۲۵s است، به صورت الکتریکی به پتک با خرج منفجره متصل می‌شود. همچنین لرزه‌نگار الکتریکی که به دستگاه زمان‌سنج متصل است، در فاصله مورد نظر از نقطه ‌ایجاد ضربه یا انفجار روی زمین قرار می‌گیرد.‌

این لرزه‌نگار، امواج ورودی که از مصالح زیرین عبور کرده است را دریافت می‌کند. دستگاه زمان‌سنج، زمان لازم برای رسیدن موج ضربه‌ای ایجاد شده به لرزه‌نگار را اندازه‌گیری می‌کند. با دورتر کردن نقطه ایجاد ضربه از لرزه‌نگار، می‌توان منحنی زمان – فاصله را ترسیم نمود.

این منحنی، معمولاً نه خط مستقیم و نه منحنی ضربه‌ای در اعماق بیشتر و مصالح متراکم‌تر با افزایش فاصله بین نقطه ایجاد ضربه و لرزه‌نگار است.

نمونه‌گیری از منابع سنگدانه اکتشافی

پس از اینکه معادن سنگدانه بتن مشخص شد، برای اقتصادی کردن عملیات بایستی تعیین شود آیا کیفیت و اندازه سنگدانه‌ها مناسب است یا با فرآیند قابل تولید است. عدم توجه به این مرحله می‌تواند منجر به هدر رفتن سرمایه‌گذاری آتی شود. لذا بایستی تکنیک‌های مناسب جهت تحقیقات مورد استفاده قرار گیرند. نمونه‌گیری از توده بهره‌برداری نشده، اساساً به دو دلیل صورت می‌پذیرد:

1. مکتشفین اطمینان حاصل کنند توده از وسعت کافی برخوردار است و حاوی اندازه‌های مورد نیاز سنگدانه است یا اندازه‌های مورد نظر با شکستن حاصل می‌شوند که در این صورت، سرمایه‌گذاری برای تجهیزات فرآوری توجیه خواهد داشت.
2. تعیین اینکه اگر توده حاوی سنگدانه‌ها به نحو مناسبی فرآوری شود، آیا مشخصات کیفی مورد نظر مصرف‌کنندگان عمده بازار را برآورده خواهد نمود؟ مؤسسات دولتی ملزومات کیفی دقیق‌تری را طلب می‌کنند. از این‌ رو بهتر است است این مؤسسات را برای شرکت در آزمایش نمونه‌های مقدماتی دعوت کرد.
   پس از آن، قدم بعدی آن است که نمونه‌ها به آزمایشگاهی که صلاحیت آن برای چنین کاری مورد تأیید مؤسسه دولتی است، فرستاده شود. اثبات توانایی در فراهم کردن سنگدانه‌ای که ملزومات سخت یک مؤسسه عمده را برآورده سازد، مزیت تجاری منحصر به فردی است.

نمونه‌گیری 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 شماره‌گذاری شده و در کیسه‌های تمیز و محافظ‌های بسته نگهداری شوند. مختصات افقی و قائم محل نمونه‌گیری، بایستی ثبت شود تا مقطع عرضی دقیقی قابل ترسیم باشد.

بیشتر بخوانید: روش تولید و فرآوری سنگدانه بتن

نمونه‌گیری از محل معادن اکتشافی

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

نمونه‌گیری از سنگدانه فرآوری شده

توصیه می‌شود برای نمونه‌گیری، دستورالعمل‌های عمومی که در روش نمونه‌گیری از سنگدانه‌ها (ASTM D75) ارائه شده‌اند، فرا گرفته شوند. این روش به طور یکسان برای نمونه‌گیری از سنگدانه‌های مورد استفاده در کارهای معمول بتنی استفاده می‌شود.

نمونه‌گیری بایستی توسط افرادی انجام شود که از دانش کافی در مورد میزان مصالح مورد نیاز جهت آزمایش‌های بعدی برخوردار بوده و از نتایج اشتباه که می‌تواند از نمونه‌گیری نامناسب به دست آید، آگاهی کافی داشته باشند. از این رو، قوه قضاوت نمونه‌گیر بایستی بهتر از افرادی باشد که آزمایش‌های معمولی انجام می‌دهند.

نمونه‌گیری حین تولید

نمونه‌گیری و آزمایش سنگدانه‌ها حین تولید، چندین مزیت عمده دارد:

• تولیدکننده و گاهی اوقات مصرف‌کننده، مستقیماً از کیفیت محصول (یعنی ‌اینکه با مشخصات مطابقت دارد یا روی حد و مرزی است یا درون ناحیه مجاز قرار می‌گیرد) آگاه می‌شوند.
• پیش از اینکه مقدار زیادی سنگدانه تولید شود، تولید‌کننده بی‌درنگ اقدامات اصلاحی انجام می‌دهد، وگرنه این مصالح بایستی دور ریخته شود یا مجدداً فرآوری گردد. همچنین می‌توان مانع از مخلوط شدن مصالح نامرغوب با مصالح مناسب درون سیلو یا دپو شد.
• امکان نمونه‌گیری به بهترین نحو که چگونگی محصول را مشخص کند، به صورت متناوب از جریان تولید فراهم می‌شود.

در صورت امکان، بایستی با عبور 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 فراهم نمود. چنانچه توقیف تسمه برای لحظاتی عملی باشد، بهترین روش نمونه‌گیری این است که دو صفحه که به 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 نمونه‌ها را با مقدار بسیار کم تهیه نمود. مقدار نمونه‌ها باید آنچنان زیاد باشد که دخول یا عدم دخول اتفاقی چندین ذره بزرگ‌تر به نمونه منجر به این نتیجه نشود که مصالح به کلی خارج از محدوده دانه‌بندی است. مقدار نمونه‌های درشت‌دانه که تنها در آزمایش دانه‌بندی استفاده می‌شوند، بایستی حداقل برابر مقادیر زیر باشند:

بزرگ‌ترین اندازه ذرات (mm)	حداقل وزن نمونه (kg)
9.5	10
12.5	15
19	25
25	50
37.5	75
50	100
62.5	125
75	150
87.5	175

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

ماسه مرطوبی که تازه تولید شده، کمتر در معرض جدایی و خطاهای نمونه‌گیری قرار دارد و نمونه‌هایی به وزن ۱۰ کیلوگرم برای آزمایش‌های متداول کافی است. این نمونه‌ها را در عمل می‌توان به هر روش مناسب، نظیر نمونه‌گیری از جریان تسمه یا شوت تهیه کرد. چنانچه بایستی آزمایش‌های بیشتری روی نمونه‌ها انجام گیرد، مقدار نمونه‌ها باید بیشتر باشد.

نظرات متفاوت است و نظریه آماری مناسبی نیز وجود ندارد که نشان دهد‌ آیا بهتر است چندین نمونه مختلف را که در فاصله‌های زمانی کوتاه‌تر گرفته شده‌اند، مخلوط کرد یا‌ اینکه یک نمونه با فراوانی کمتر گرفت تا نمایانگر میزان مشخصی از محصول باشد؛ برای 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 علاقه‌مند هستند، زیرا بررسی 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. جدا از اینکه تواتر نمونه‌برداری یا نوع نمونه‌ها تکی یا ترکیبی باشد، تولیدکننده و مصرف‌کننده از انتخاب روش سختگیرانه‌ای که امکان انتخاب فردی شخص نمونه‌گیر را به حداقل برساند، سود می‌برند.

نمونه‌برداری، دو نیمه کردن آن و آزمایش‌های متعاقب آن، بایستی کاملاً دور از نظرات شخصی باشد. نمونه‌برداری باید به قدری تصادفی باشد که هر دانه ماسه یا درشت‌دانه، شانس مساوی برای قرار گرفتن در نمونه داشته باشند.

نمونه‌برداری پس از تولید

نمونه‌برداری پس از تولید یا در مقصد، از این حیث که به بهترین نحو معرف سنگدانه‌ای است که واقعاً در بتن مصرف می‌شود، مزایای زیادی دارد؛ برای مثال احتمال آلودگی، جداشدگی اندازه یا تولید ریزدانه‌ها حین حمل بررسی می‌شود. سنگدانه‌های تولیدی که منطبق بر مشخصات هستند، احتمالاً طی فرآیند دپو کردن نامناسب مسأله‌دار می‌شوند؛ برای مثال دپو کردن باعث جداشدگی یا شکست شده یا به وسیله بولدوزرها به گل رس آلوده می‌شود و یا… .

 به هر حال پس از تحویل، تهیه نمونه‌ای که کاملاً نمایانگر سنگدانه‌ها باشد، با موانع زیادی مواجه است. گرفتن نمونه‌های کاملاً تصادفی از سنگدانه‌ای که در کامیون‌ها، واگن‌های ریلی یا دپو قرار دارد، تقریباً معضلی غیر قابل حل است. استفاده از تجهیزات مکانیکی، نظیر: لودر کاو، بیل مکانیکی یا بیل منقاری نیز جهت نمونه‌گیری از توده‌های بزرگ تقریباً اجباری است.

دپوها معادن سنگدانه بتن

 در دپو مصالح درشت‌دانه که 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 بغلتند. لذا در صورت امکان، نمونه‌گیری بایستی هنگام دپو کردن یا بارگیری به خارج انجام ‌شود.

چنانچه هیچ یک از این دو گزینه عملی نبود، می‌توان‌ به روش زیر ایده کلی در مورد محتوای توده کسب نمود: یک بیل پُر از درشت‌دانه، بایستی از بالا، وسط و پایین توده انتخاب کرد و مخلوط نمود تا نمونه مجزایی حاصل شود. به منظور جایگزینی مناسب مصالح سطح بیرونی توده، چندین نمونه مخلوط شده نیاز است.

بهتر است برای جلوگیری از جداشدگی هنگام نمونه‌گیری، یک صفحه را دقیقاً 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 معادن سنگدانه بتن

نمونه‌گیری از واگن‌های ریلی حاوی سنگدانه به روش زیر انجام می‌شود: ابتدا حداقل سه گودال با فاصله مساوی در سراسر واگن به نحوی که پایین هر گودال حداقل ۰٫۳ متر پایین‌تر از سطح سنگدانه گوشه واگن بوده و عرض گودال در پایین، حداقل ۰٫۳ متر باشد، حفر می‌شود. توصیه می‌گردد در سه نقطه با فاصله مساوی درون گود با فرو بردن بیل به سمت پایین بدون حرکت افقی نمونه‌گیری انجام شود.

کامیون‌ها و دیگر وسایل

نمونه‌گیری از کامیون‌ها با حفر گودال‌ به روش پیشین انجام می‌شود؛ با این تفاوت که بسته به ‌اندازه بار، حفر یک یا دو گودال کافی است. به منظور نمونه‌گیری از شناورها و دیگر وسایل حمل به نحوی که کاملاً نمایانگر مصالح باشد، بایستی گودال‌های بیشتری حفر شود.

شناسایی نمونه‌ها در معادن سنگدانه بتن

نسخه‌ای از فرم مناسب جهت شناسایی نمونه‌های آزمایشی مجزا در ذیل ارائه خواهد شد و هر یک از افراد وظیفه دارند جهت شناسایی نمونه، فرم پیوست را با دقت پر کنند.

دانلود PDF: فرم شناسایی نمونه‌های آزمایشی

در این مقاله از بلاگ رامکا تلاش شد، عملیاتی که جهت شناسایی معادن سنگدانه بتن انجام می‌شود، به خوبی تبیین گردد. در این مسیر، روش‌های نمونه‌گیری از معادن سنگدانه بتن تبیین شد و فرم شناسایی نمونه‌های آزمایشی نیز مورد بررسی قرار گرفت. امیدواریم با مطالعه این مقاله توانسته باشید اطلاعات کاملی در این زمینه به دست آورید. خواهشمندیم با ارائه نظرات خود، ما را در ارتقای کیفیت مقالات یاری رسانید.