The influence of joints and micro-fractures on the limestone aggregate shape and quality
Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 2010;26(4):89-108
KEYWORDS
ABSTRACT
The paper presents results of investigations on the influence of joint and micro-fractures on the shape of a crushed grain - one of the most important parameter of the quality of crushed aggregate. Three structural types of the Jurassic limestone exploited in the Nielepice deposit nearby Kraków (Poland) were analysed. Cuboidal samples of platy and bedded limestones formed as intra-bio-micrite and intra-bio-sparite were subjected to recurrent cycles of mechanical stress and freeze-thaw process with the aim of inducing fractures. Their directions and frequency were determined by the microscopic observation and by the measurements of longitudinal ultrasonic waves velocities. Crushed and fractionated rock material was used in investigation of grain shape. Three diameter of each grain were measured. Calculated ratios of elongation and flatness have been presented on the Zingg diagrams. Generally, grains of the crushed aggregate from Nielepice are flat, the most in the platy limestones. Isometric grains are less frequent in finer fractions. The structure and texture of rock affect significantly the shape of the finest grains. The shape and dihedral angles of aggregate grains have been compared to the elementary fracture cell, which resulted from the intersection of the joint surfaces observed in the quarry. The same shape is reproduced in the subsequent fractions of the grains. Thin sections were cut parallel to the directions of the main joint sets. Their investigation revealed micro-fractures elongated in the same directions. Distances between them range from the micrometers to centimeters. Changes of velocity of longitudinal ultrasonic waves triggered by rock fatigue process correspond with the shapes of grains of various fractions. Pre-existing cracks and their later opening may cause developing of specific shape of the grains. The influence of new fractures on the aggregate quality has been also stated by significant growth of water absorption measured before and after process of rock fatigue. The apparent density difference was smaller.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Wpływ ciosu i mikro-spękań na kształt ziaren i jakość kruszywa wapiennego
kruszywo łamane, kształt ziaren, spękanie, właściwości mechaniczne, wapienie jurajskie, Wyżyna Krakowsko-Wieluńska
Artykuł przedstawia wyniki badań nad wpływem ciosu i mikrospękań na właściwości kruszywa rozpatrywanego jako jego kształt. Badaniom poddano trzy odmiany teksturalne wapieni jurajskich eksploatowanych ze złoża Nielepice w pobliżu Krakowa (Polska). Prostopadłościenne próby wapieni płytowych i uławiconych wykształcone jako intra-bio-mikryt i intra-bio-sparyt poddawano wielokrotnym cyklom ściskania i mrożenia w celu wywołania spękań. Kierunki ich pojawiania się oraz częstotliwość określano na podstawie obserwacji mikroskopowych oraz badań prędkości fal ultradźwiękowych w różnych kierunkach. Badania kształtu ziaren kruszywa wykonywano na podstawie materiału pokruszonego w laboratorium i podzielonego na frakcje. Dla każdego ziarna wykonano pomiar długości trzech prostopadłych do siebie osi. Obliczone na ich podstawie współczynniki wydłużenia i spłaszczenia przedstawiono na diagramach Zingga. Generalnie ziarna kruszywa łamanego z Nielepic wykazują spłaszczenie, szczególnie dla wapieni płytowych. Ilość ziaren izometrycznych zmniejsza się w drobniejszych frakcjach. W ziarnach najdrobniejszych na ich kształt wpływa w dużej mierze struktura i tekstura skały. Kształt i dwuścienne kąty ziaren kruszywa porównano z kształtem spękaniowej komórki elementarnej, wynikającym z przecięcia powierzchni spękań ciosowych pomierzonych w wyrobisku. Kształt ten jest powielany wielokrotnie w coraz mniejszych frakcjach. Szlify mikroskopowe zostały wycięte równolegle do kierunków głównych zespołów spękań. Ich badania wykazały obecność mikrospękań rozciągających się w tych kierunkach w odległościach od milimetrów do centymetrów. Tendencja zmian prędkości fal ultradźwiękowych materiału poddawanego męczeniu znajduje swoje odbicie w tendencji zmian kształtu kruszywa określanego dla różnych frakcji. Istnienie założonych spękań i ich późniejsze otwieranie może doprowadzić do powstania ziaren o określonym kształcie. Wpływ pojawiania się nowych spękań na jakość kruszywa został określony także poprzez istotny wzrost nasiąkliwości wagowej skał przed i po procesie ich męczenia. Różnica w gęstości pozornej była mniejsza.
REFERENCES (22)
1.
Bromowicz J., 2000 - Zmiany właściwości fizyczno-mechanicznych kamieni drogowych wywołane procesami kruszenia. Górnictwo Odkrywkowe 42, 2-3, 130-148.
2.
Bromowicz J., 2001 - Ocena możliwości wykorzystania skał z okolic Krakowa do rekonstrukcji kamiennych elementów architektonicznych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi 17, 1, 5-74.
3.
Bromowicz J., 2002 - Zmiany właściwości fizyczno-mechanicznych skał wywołane kruszeniem i ich wpływ na kwalifikację surowcową złóż. Górnictwo Odkrywkowe 44, 2-3, 85-88.
4.
Bromowicz J., Karwacki A., 1976 - Analiza spękań piaskowców kredowych z Radkowa w aspekcie oceny bloczności złoża. Górnictwo Odkrywkowe 4, 99-104.
5.
Bromowicz J., Figarska-Warchoł B., 2008 - Próba oceny ilościowej zmęczenia skał na podstawie zmian właściwości wapieni jurajskich ze złoża Nielepice kolo Krakowa. Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej. Konferencje. 121, 50, 19-36.
7.
Domonik A., 2003 - Odwzorowanie powierzchni ciosowych piaskowców fliszu podhalańskiego w badaniach wytrzymałościowych z wybranych odsłonięć niecki podhalańskiej. Przegląd Geologiczny 51, 5, 430-435.
9.
Dłużyński S., 1951 - Powstanie wapieni skalistych jury krakowskiej. Rocznik Polskiego Towarzystwa Geologicznego 21, 2, 125-180.
10.
Folk R.L., 1959 - Practical petrographic classification of limestones. Bulletin of the American Association of Petroleum Geologists 43, 1-38.
11.
Gradziński R., 1993 - Geological map of Cracow Region without Quaternary and Terrestrial Tertiary Deposits. Scale 1:100 000. Muzeum Geologiczne Instytutu Nauk Geologicznych PAN, Kraków.
12.
Grześkowiak A.,Modrzejewski S., 2002 -Metoda ochrony bloczności złóż przy wybuchowym urabianiu skał na potrzeby kruszyw łamanych. Górnictwo Odkrywkowe 44, 5-6, 25-29.
13.
Hencher S., Knipe R., 2007 - Development of rock joints with time and consequences for engineering. In: Proceedings of the 11th Congress of the International Society for Rock Mechanics. Lisbon, 1, 223-226.
14.
Jern M., 2004 - Determination of the in situ block size distribution in fractured rock, an approach for comparing in-situ rock with rock sieve analysis. Rock Mechanics and Rock Engineering 37, 5, 391-401.
15.
Kieslinger A., 1960 - Residual stress and relaxation in rocks. International Geological Congress, XXI Session, Part XVIII, 270-276.
16.
Kozioł W., Kawalec P., Kabziński A., 2008 - Production of aggregates in European Union. Gospodarka Surowcami Mineralnymi 24, 4/3, 61-73.
17.
Matyszkiewicz J., 1997 - Stromatactis cavities and stromatactis-like cavities in the Upper Jurassic carbonate buildups at Młynka and Zabierzów (Oxfordian, southern Poland). Annales Societatis Geologorum Poloniae 67, 1, 45-55.
18.
Pinińska J., Płatek J., 2002 - Badania ultradźwiękowe w ocenie wytrzymałościowej skał. Górnictwo Odkrywkowe 44, 2-3, 89-96.
19.
Price N.J., 1959 - Mechanics of jointing in rocks. Geological Magazine 96, 2, 149-167.
20.
Smith M.R., Collis L. (ed.), 1993 - Aggregates. Sand, gravel and crushed rock aggregates for construction purposes. 2nd edition. London. Geological Society Engineering Geology Special Publications 9.
21.
Wright V.P., 1992 - A revised classification of limestone. Sedimentary Geology 76, 177-185.
22.
Zingg T., 1935 - Beitrag zur Schotteranalyse. Schweiz. Min. Petr. Mitt. 15, 39-140.
| eISSN: | 2299-2324 |
| ISSN: | 0860-0953 |
We process personal data collected when visiting the website. The function of obtaining information about users and their behavior is carried out by voluntarily entered information in forms and saving cookies in end devices. Data, including cookies, are used to provide services, improve the user experience and to analyze the traffic in accordance with the Privacy policy. Data are also collected and processed by Google Analytics tool (more).
You can change cookies settings in your browser. Restricted use of cookies in the browser configuration may affect some functionalities of the website.
You can change cookies settings in your browser. Restricted use of cookies in the browser configuration may affect some functionalities of the website.
