Sposób pomiaru mrozoodporności skał.

POLSKA
OPIS PATENTOWY
RZECZPOSPOLITA
129944
LUDOWA
Paient dodatkowy
do patentu nr
Int. Cl.3 G01N 33/24
—
G01N 33/42
Int. CI/G01N 33/24
Zgłoszono:
82 03 25
(P. 235625)
G01N 33/42
Pierwszeństwo
CZV itLNIA
URZĄD
PATENTOWY
PRL
Zgłoszenie ogłoszono:
83 01 31
>u Patentowego
Opis patentowy opublikowano: 1987 01 31
Twórcawynalazku: Tadeusz Chrzan
Uprawniony z patentu: Politechnika Wrocławska\
Wrocław (Polska)
Sposób pomiaru mrozoodporności skał
Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru mrozoodporności skał mający zastosowanie w
geologii złożonej dla określenia przydatności i jakości złóż surowców skalnych. Sposób ten ma
również zastosowanie dla określenia mrozoodporności skał używanych w budownictwie oraz do
kruszyw drogowych i kolejowych.
Znany sposób pomiaru mrozoodporności skał polega na tym, że odłamki skał lub próbki
foremne suszy się przez 20 godzin, następnie moczy się przez 48 godzin, po czym wkłada się do
zamrażarki i zamraża przez 4 godziny. Po tym okresie wkłada się badane próbki do wody na okres 2
godzin i ponownie zamraża. Liczy się ilości cykli zamrażania i odmrażania, przy czym ubytek masy
nie może przekroczyć 5% dla 21 cykli i 2% dla 25 cykli. Cały cykl badań mrozoodporności trwa,
zgodnie z normą cały miesiąc. Przy dokumentowaniu złóż surowców skalnych wykonuje się
średnio co 7 m długości otworu, badania wszystkich cech fizycznych w tym i mrozoodporności na
rdzeniu wiertniczym o dwumetrowej długości. Z tych dwóch metrów rdzenia wiertniczego wycina
się odcinki do poszczególnych rodzajów badań. Opisanypowyżej sposób wymaga pracochłonnego
Jednomiesięcznego okresu czasu, od chwili rozpoczęcia badań do chwili otrzymania wyniku. W
.czasie dokumentowania złoża wykonuje się średnio około 500 badań próbek na mrozoodporność.
Znany jest z polskiego opisu palentowego nr 107 172 sposób pomiaru wytrzymałości skał na
ściskanie, polegający na pomiarze prędkości fali ultradźwiękowej, wytrzymałości próbek i sporzą¬
dzeniu wykresu testowania. Z wykresu tego wyznacza się wytrzymałość górotworu. Dodatkowo
mierzy się prędkość ultradźwiękowej fali poprzecznej w próbkach i odłamkach górotworu wybra¬
nych z żądanych miejsc. Sporządza się wykres testowania, który przedstawia zależność iloczynu
prędkości fali podłużnej i poprzecznej w próbkach od odwrotności ich wytrzymałości na ściskanie,
z wykresu wyznacza się wytrzymałość górotworu. Znany jest również sposób polegając) na tym, że
mierzy się prędkość przechodzenia ultradźwiękowej fali podłużnej w dowolnie ukształtowanych
odłamkach skalnych, w kierunku działania siły ściskającej masyw skalny. Następnie wycina się z
tych odłamków sześcienne próbki i mierzy się prędkość przechodzenia ultradźwiękowej fali podłu¬
żnej we wszystkich kierunkach dla każdej z próbek, po czym mierzy się wytrzymałość na ściskanie,
przy czym próbki ściska się w kierunku, w którym prędkość fali jest równa prędkości fali w
odłamku skalnym, z którego dana próbka jest wycięta.
Powyższe sposoby służą jedynie do pomiaru jednej właściwości tj. wytrzymałości na ściskanie i
Jiie nadają się do wyznaczania innych własności skał.
2
129944
Wynalazek dotyczy sposobu pomiaru mrozoodporności polegającego na pomiarze prędkości
ultradźwiękowej fali podłużnej i poprzecznej na odcinku rdzenia wiertniczego przeznaczonego do
badań mrozoodporności. Z badanego dwumetrowego odcinka bierze się także średnią wartość
gęstości pozornej i nasiąkliwości. Mając wartość gęstości pozornej p (kg/m3), prędkości fali
podłużnej Cl i poprzecznej CT (m/s) oraz nasiąkliwości n w procentach dla danego dwumetrowego
odcinka rdzenia oraz mrozoodporność sporządzamy zestawienie statystyczne. Badania mrozood¬
porności oraz zestawienia statystyczne wykonujemy dla 15 najmniejszych wartości pCLGr-
/n = 0,7 E/n czyli stosunku modułu Younga do nasiąkliwości. Z zestawienia tego odczytujemy
wielkości pClCt/ji, dla której dany typ skały ma mrozoodporność równą 21 i 25 cykli. Wielkość
wartości granicznej pCLCj/n wyznaczamy w ten sposób, że ilość pomiarów posiadających mro¬
zoodporność mniejszą niż 25 cykli a znajdujących się poniżej wartości granicznej jest równa ilości
pomiarów posiadających mrozoodporność mniejszą niż 25 cykli a znajdujących się powyżej
wartości granicznej. Podobnie postępujemy przy wyznaczaniu wielkości granicznej pCLCT/n dla
mrozoodporności wynoszącej 21 cykli.
Tabela
Wielkość pCLCr/n
Lp.
xl09
Cykle
mrozoodporności
Ubytek masy
1
2
3
4
~
U
1
28,0
25
2
26,0
25
1,0
3
24.0
25
4
29,0
24,0
23,0
22,0
23,0
25,0
25,0
12,0
16,0
25
5
6
8
8
9
10
11
12
13
: 14
15
24
1.8
1.0
2,2
23
2,5
23
10,0
21
8,0
12,0
21
2,7
2,8
1,2
U
3,6
3,8
4,5
4,8
21
4,5
23
25
24
22
21
Istota wynalazku polega na tym, że po wykonaniu zestawienia statystycznego określa się
wielkość graniczną pChCr/n dla danego rodzaju złoża, po czym przez pomiar pClCt/ii określamy
mrozoodporność skały z błędem ± 5%.
Pomiarów pClCt/ii można dokonywać na innych ocinkach rdzeni wiertniczych lub odłam¬
kach skały w dowolnym punkcie złoża.
Zasadnicza korzyść polega na tym, że pozwala on, po przetestowaniu, na szybkie i łączne
określanie mrozoodporności różnych typów złóż takich jak granity, bazalty, piaskowce itp.
Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładzie pomiaru mrozoodporności grani¬
tów i na rysunku przedstawiającym graniczną wartość pCLCj/n = 0,7E/n dla 25 cykli czyli
mrozoodporności całkowitej.
Z piętnastu dwumetrowych odcinków rdzenia wycina się odcinek, który poddany jest bada¬
niom mrozoodporności. Na odcinku tym wykonuje się nieniszczące pomiary prędkości ultradźwię¬
kowych fal podłużnych i poprzecznych. Pomiary prędkości fal utlatradźwiękowych wykonuje się
betonoskopem lub petroskopem wzdłuż osi podłużnej rdzenia przy częstotliwości od 100 do
250 Hz. Z badań tego dwumetrowego odcinka otrzymuje się także pozorną gęstość poraź wagową
nasiąkliwość n. Po wykonaniu badań mrozoodporności wykonuje się zestawienie statystyczne i
odczytuje wielkość graniczną wartości pCiCj/n. Wyniki pomiarów zestawiono w tabeli oraz
przedstawiono na rysunku wartość graniczną pClCj/ti. Wartość graniczna dla granitu wynosi:
129944 3
mrozoodporność całkowita 25 cykli wartość graniczna = 24,5
mrozoodporność częściowa 21 cykli wartość graniczna = 13,0
Wyniki pomiarów pdJCj/n otrzymane z poszczególnych dwumetrowych długości rdzeni wiertni¬
czych lub odłamków skalnych pobranych z dowolnego miejsca złoża, które są niższe niż
24,5- 109kg/ms2 świadczą, że badana skała nie ma mrozoodporności całkowitej. Jeżeli wartość
pCLCi/n jest zawarta pomiędzy 13-24,5 x 109kg/ms2 to znaczy, że skała ma mrozoodporność
dobrą.
Zastrzeżenie
patentowe
Sposób pomiaru mrozoodporności polegający na pomiarze prędkości ultradźwiękowej fali
podłużnej na odcinku rdzenia wiertniczego, na którym wyznacza się także średnią wartość gęstości
pozornej p i nasiąkliwość n, oraz na wyznaczeniu mrozoodporności i sporządzeniu zestawienia
statystycznego, znamienny tym, że dodatkowo mierzy się prędkość ulatradźwiękowej fali podłużnej
i poprzecznej oraz gęstość pozorną i nasiąkliwość na dowolnych odcinkach rdzeni wiertniczych lub
odłamkach skalnych, a mrozoodporność określa się ze sporządzonego zestawienia statystycznego.
>
n
*109
U 8*1
60
50-1-
40-1
30+
■t—>-
20
10 +
-t—
20
21
22
23
24
25
Jlość cykli
zamrażania