توصيفگر ها :
سنگهاي ساختماني , سايندگي، فرآيند ساب , گرانيت , شاخص سايندگي سنگهاي ساختماني (BSAI) , طول عمر ابزار ساينده , پارامترهاي عملياتي مرحله ساب
چكيده فارسي :
در اين پژوهش، دستگاه سايش جديدي در مقياس آزمايشگاهي جهت ارزيابي قدرت سايندگي سنگهاي ساختماني در مرحله ساب توسعه داده شده است كه ميتواند تا حد امكان، تريبوسيستم و تريبومكانيزم موجود در آن را شبيهسازي نمايد. با استفاده از اين دستگاه، روش آزمايش سايندگي جديدي ارائه شده است كه پارامترهاي عملياتي مبناي آن شامل فشاركلهساب 5 بار، سرعت چرخش لقمه روي سنگ 300 دور بر دقيقه و دبي آب ورودي به محل سايش 4 ليتر بر دقيقه ميباشند. از طريق اين آزمايش، شاخص سايندگي سنگهاي ساختماني (BSAI) به صورت كاهش وزن ابزار ساينده حين فرآيند ساب، در مدت زمان پنج دقيقه، توسعه داده شده است. آزمايش جديد روي پانزده نوع مختلف از نمونه سنگهاي ساختماني گرانيتي پركاربرد ايران انجام شد و ارتباط شاخص نوين با خواص فيزيكي ـ مكانيكي و سنگشناسي نمونههاي مورد مطالعه با استفاده از روش تحليل رگرسيون ساده بررسي و روابط منطقي و معناداري بين آنها مشاهده گرديد. نتايج نشان ميدهد كه با افزايش مقادير محتوي كوارتز معادل، اندازه معادل دانهها، نسبت كوارتز به كانيهاي داراي كليواژ، سختي موهس، ضريب بافت ، مقاومت فشاري تك محوري و مقاومت كششي برزيلي، شاخص توسعه داده شده افزايش مييابد. همچنين اين شاخص در برابر تغييرات چگالي و تخلخل سنگهاي مورد مطالعه روندي را نشان نميدهد. اعتبارسنجي و صحتسنجي شاخص و روش آزمايش جديد از طريق مقايسه با شاخصهاي متداول سايندگي سنگها و نيز با شاخص سايندگي ميداني سنگهاي ساختماني (BSAIfield) صورت گرفت. با استفاده از شاخص سايندگي توسعه داده شده، عمر واقعي لقمهها در صنعت حين فرآيند ساب با دقت قابل قبولي (0.96=2R و خطاي كمتر از 15 درصد)، تخمين زده شد. بررسي طول مدت زمان آزمايش نشان داد كه ارتباط مستقيمي بين افزايش مدت زمان آزمايش با شاخص سايندگي جديد وجود دارد. همچنين به منظور بررسي تاثير پارامترهاي عملياتي بر كاهش وزن لقمهها، پارامترهاي عملياتي مبناي آزمايش توسعه داده شده در بازههاي 25± و 50± درصد، تغيير داده شدند. نتايج نشان ميدهد كه براي تمامي نمونههاي مورد مطالعه، با افزايش فشار، سايش لقمهها ابتدا افزايش و سپس كاهش مييابند. اين رفتار منطبق بر قانون سايش آرچارد نيست. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني سطح پين پس از آزمايش نشان ميدهد بدليل فشار زياد، نوعي قفل شدگي در فصل مشترك لقمه و سنگ رخ داده و در اين حالت ذرات ساينده امكان جداشدن از سطح پين را ندارند و در نتيجه سايش لقمه كاهش يافته است. همچنين با افزايش سرعت دوران لقمه روي سطح سنگ، مقادير سايش لقمهها، روندي صعودي دارند. از طرفي ديگر، با افزايش دبي آب ورودي به محل سايش لقمه و سنگ، ميزان سايش لقمهها كاهش يافته و در دبي هفت ليتر بر دقيقه، تقريباً ثابت شده است. با مقايسه نتايج حاصل از بررسي تاثير پارامترهاي عملياتي بر مقدار سايش لقمهها، مشخص شد كه مقدار مصرف لقمه در مقابل تغييرات سرعت چرخش كلهساب حساسيت بيشتري دارد. يافتههاي كلي تحقيق نشان ميدهد كه روش آزمايش توسعه داده شده، يك روش قابل اعتماد و مفيد براي ارزيابي قدرت سايندگي سنگهاي ساختماني گرانيتي در طي فرآيند ساب بوده و ميتواند به درستي اين فرآيند را شبيهسازي نمايد.
چكيده انگليسي :
In This study, a new laboratory test rig was developed, which can simulate the tribo-system and tribo-mechanism of polishing stage in building stone processing plants as far as possible to evaluate the abrasivity of granitic building stones during the stage. Using this rig, a new test method was developed that operational parameters, i.e., the polishing head pressure, head rotation speed, and the water flow rate, are 5 bar, 300 rpm and 4 lit/min, respectively. A building stone abrasivity index (BSAI) was developed via this rig, which defines the weight loss of abrasive tools during polishing for five minutes. The proposed test method was carried out on 15 different types of Iranian granite building stones, and the correlation of obtained BSAI with the physico-mechanical and petrographic properties of stone was investigated via simple regression analysis. Meaningful and reasonable relationships were observed. The results showed that BSAI increases by increasing equivalent quartz content, grain size, the ratio of quartz to all cleavable minerals, overall Mohs harness, texture coefficient, uniaxial compressive strength and Brazilian tensile strength. Moreover, weak correlative relations were seen between porosity and apparent density with BSAI. To evaluate the accuracy of the proposed test method, first, the BSAI was compared with two important abrasivity indices of stones. In addition, the laboratory results were compared with data obtained from stone processing plants to validate the proposed test method. Using the developed index, the real life of the abrasive tool in the industry during the polishing process was estimated with acceptable accuracy (R = 0.96 and error less than 15%). evaluation of test duration is another topic studied in the present research, which showed a direct relationship between increasing the test duration with the new abrasion index. To investigate the effect of operating parameters on the weight loss of abrasive tools, the base operating parameters were changed between ±25% and ±50%. The results showed that pin weight loss was increased up to a critical pressure and then gradually decreased. This nonlinear wear behavior disagrees with Archardʹs well-known wear law. The FESEM images of worn pin surfaces show that due to excessive load, debonded abrasive particles were unable to pull out from the pin surface, i.e., an interlocking phenomenon occurred between pin and stone surface. It was also observed that pin weight loss increases with the head rotation speed and decreases with water flow rate. Then, for further study and by performing a flow test of seven liters per minute, it was shown that the wear of the pins was almost unchanged. By comparing the results of the effect of operational parameters on the amount of weight loss of abrasive tools, it was detected that the consumption of abrasive tools is more sensitive to changes in the rotation speed of the polishing head. The general findings of the research show that the developed test is a reliable and valuable method for evaluating the abrasivity of granite building stones during the polishing process and can properly simulate this process.