ساخت ماسه سنگ مصنوعي با حوزه وسيعي از تخلخل

Making artificial sandstone with a wide range of porosities

تخلخل يكي از ويژگي‌هايذاتي بارز سنگ بوده و كاربردهاي مهمي در مكانيك سنگ به‌ويژه در محيط‌هاي متخلخل نظير مخازن نفتي دارد. سنگ يك ماده‌ي ناهمگن بوده و عوامل ذاتي متعددي بر مقاومت و رفتار مكانيكي آن مؤثر هستند. حتي براي يك نوع سنگ با تغيير يكي از ويژگي‌هاي آن نظير تخلخل، ويژگي‌ ذاتي ديگر تغيير نموده به‌طوري كه تأثير سهم تخلخل بر رفتار و ويژگي‌هاي مكانيكي به‌خوبي مشخص نمي‌شود. يافتن نمونه‌هاي سنگ داراي تخلخل مختلف و در عين حال همگن كه ساير ويژگي‌هاي ذاتي نظير اندازه‌ي دانه‌ها يكسان باشد، كاري سخت يا غير‌ممكن به ‌نظر مي‌رسد. از اين جهت مدل‌سازي فيزيكي مي‌تواند ابزار مفيدي براي ساخت ماده‌ي شبيه ‌سنگ با تخلخل مختلف باشد طوري كه بتوان ديگر عوامل ذاتي مؤثر بر ويژگي‌هاي مكانيكي آن را ثابت نگه‌داشت. در اين تحقيق ماده‌ي مدل متشكل از سيمان، آب و مواد پركننده با دانه‌بندي ويژه در دو نوع ماسه و سيليس استفاده شده­است. با بكارگيري دو تكنيك‌ جديد افزايش آب محتوي به منظور افزايش تخلخل و متراكم‌سازي تركيب ملات به‌منظور كاهش تخلخل، نمونه‌هاي استوانه‌اي شكل ساخته‌شده­اند. تخلخل مؤثر و وزن حجمي نمونه­‌ها با دقت 0.01 اندازه‌گيري شده­اند. با استفاده از نتيجه‌ي مدل‌سازي فيزيكي ماده‌ي شبيه ‌سنگي داراي دامنه‌ي وسيع تخلخل بين 9.00 تا 34.09 درصد و وزن حجمي بين 1.62 تا 2.41 گرم بر سانتي‌متر مكعب ارايه شده است كه شباهت خوبي با ماسه‌سنگ‌هاي طبيعي دارد. مقاومت فشاري يك‌محوري ماده‌ي شبيه ‌سنگ ارايه‌شده با تغيير تخلخل به علت همگني داراي پراكندگي بسيار كمي نسبت به مقاومت فشاري ماسه‌سنگ واقعي است. ماده‌ي شبيه ‌سنگ ارايه‌شده مي‌تواند در مطالعه‌ي تأثير تخلخل، وزن حجمي و جنس مواد پركننده بر رفتار و ويژگي‌هاي مكانيكي سنگ‌هاي متخلخل همچون ماسه‌سنگ در صنعت معدن، نفت و عمران كمك كند

Porosity as the dominant inherent property of rock has important applications in rock mechanics particularly porous media of rock such as oil reservoirs. The heterogeneous properties of rock are related to the inherent characteristics which control the behavior of rock under stresses. If one factor such as porosity varies other inherent variables of rock are affected and effect of porosity on the mechanical behavior and properties of rock cannot be clear. To find homogenous rock specimens having different porosities with the same others inherent properties such as gains sizes, is a difficult task or it seems impossible. Therefore, physical modelling can be a useful tool to make a rock like material having different porosities as the other inherent factors can be kept constant. In this paper, the constituents of cement, water and filler material having a particular granularity in two types using sand and silica have been used to make the model material. Two techniques including compacting the mixture of model material and changing the water content of model material, have been applied to change the porosity and cylindrical specimens have been made. Porosity and unit weight of specimens have been measure with accuracy of 0.01. A homogenous rock like material having a wide ranges of porosities from 9.00% to 34.09% have been developed that is similar to natural sandstone. Uniaxial compressive strength has low scatter with varying the porosity due to the homogeneity in comparison with natural sandstone.