Oznaczanie współczynnika nasiąkliwości kapilarnej

Metody badań kamienia naturalnego:
Oznaczanie współczynnika nasiąkliwości kapilarnej
1. Zasady metody
Po wysuszeniu do stałej masy, próbkę do badania zanurza się w wodzie jedną z
powierzchni (nigdy powierzchnią obrabianą) na głębokość 3 ± 1 mm i mierzy zmianę jej
masy w funkcji czasu.
2. Symbole
md
mi
A
ti
C1
C2
masa suchej próbki do badania, w gramach;
kolejne masy próbki w trakcie badania, w gramach;
powierzchnia zanurzona w wodzie, w metrach kwadratowych;
czas, który upłynął od początku badania do momentu, w którym wykonano pomiar
kolejnej masy próbki mi , w sekundach;
współczynnik nasiąkliwości kapilarnej wodą, zmierzony w kierunku prostopadłym
do płaszczyzn anizotropii kamienia, w gramach na metr kwadratowy i na
pierwiastek kwadratowy z sekund;
współczynnik nasiąkliwości kapilarnej wodą, zmierzony w kierunku równoległym
do płaszczyzn anizotropii kamienia, w gramach na metr kwadratowy i na
pierwiastek kwadratowy z sekund.
3. Aparatura
− Kuweta z płaskim dnem, z pokrywą zawierającą małe, niekorodujące i nienasiąkliwe
podkładki do próbek do badania
− Urządzenie pozwalające utrzymać stały poziom wody w używanej kuwecie
− Stoper z dokładnością do 1s
− Suszarka z wentylacją pozwalająca utrzymać temperaturę 70 ± 5 °C
− Waga o dokładności 0,01 g
− Urządzenie do pomiaru liniowego z dokładnością 0,05 mm
− Pomieszczenie klimatyzowane z temperaturą 20 ± 5 °C
4. Próbki do badań
− Próbki powinny mieć kształt sześcianów o krawędziach 70 ± 5 mm lub 50 ± 5 mm lub
walca, którego średnica i wysokość są równe 70 ± 5 mm lub 50 ± 5 mm
− Próbki należy wysuszyć do stałej masy w temperaturze 70 ± 5 °C. Stałą masę osiąga
się wtedy, gdy różnica między dwoma kolejnymi ważeniami wykonanymi w czasie 24
± 2 h nie jest większa od 0,1 % masy próbki. Próbki powinny być przechowywane w
eksykatorze w temperaturze pokojowej 20 ± 5 °C
− Próbki do badania powinny mieć szorstka powierzchnię cięcia lub mogą mieć jedną
lub dwie powierzchnie polerowane lub łupane. Powierzchnie te należy umieścić
pionowo (powierzchnia obrabiana nigdy nie może być zanurzona)
5. Metoda badania
− Po wysuszeniu zważyć próbki (md) z dokładnością do 0,01 g i obliczyć powierzchnię
zanurzonej podstawy przez pomiar dwóch jej środkowych z dokładnością
do 0,1 mm. Wyrazić powierzchnię w metrach kwadratowych.
− Umieścić próbki w kuwecie, płaszczyznami anizotropii w kierunku wznoszenia
wody.
− Zanurzyć podstawę próbki w wodzie na głębokość 3±1mm
− Uruchomić stoper
− Utrzymać stały poziom wody w trakcie całego badania, dodając jej w razie potrzeby,
przykryć kuwetę aby uniknąć parowania wilgoci z próbek
− Początkowo, po czasie zanurzania bardzo krótkim, później dłuższym, wyjmować
kolejno próbki, delikatnie osuszać wilgotna ściereczką, zanurzoną część każdej
próbki , aż do usunięcia kropelek wody i natychmiast zważyć z dokładnością do 0,01
g , po czym włożyć je ponownie do kuwety
− Zanotować czas który upłynął od początku badania do momentu każdego ważenia
UWAGA : wybór czasów zanurzania zależy od typu kamienia. Dla bardzo nasiąkliwego
kamienia, odpowiednim czasem ti są :1, 3, 5, 10, 15, 30, 60, 480 i 1440 min . Dla mało
nasiąkliwego kamienia odpowiednim czasem są :30, 60, 180, 480, 1440, 2880, 4320 min
.Czasy te powinny być mierzone z dokładnością do 5% .Konieczne jest przeprowadzenie
minimum 7 pomiarów. Badanie uznaje się za zakończone, kiedy różnica pomiędzy
dwoma kolejnymi ważeniami nie jest większa niż 1% masy wody pochłoniętej przez
próbkę.
6. Przedstawianie wyników
Jak pokazano na wykresie, masę wody pochłoniętej, wyrażoną w gramach, dzieli się
przez powierzchnię zanurzonej podstawy próbki, w metrach kwadratowych w funkcji
pierwiastka kwadratowego z czasu zanurzenia próbki, wyrażonego w sekundach.
UWAGA 1: Przeważnie uzyskuje się wykresy, takie jak przedstawiono na rysunku 1.
Mogą one być w przybliżeniu dwoma liniami prostymi.
Jeżeli współczynnik korelacji między zmierzonymi punktami w pierwszej części
wykresu i prostą regresji tej pierwszej części jest odpowiednio większy niż 0,90 (wtedy,
kiedy co najmniej pięć pomiarów wzięto do uzyskania pierwszej części wykresu) lub
większy niż 0,95 (kiedy wzięto tylko cztery pomiary), to współczynnik nasiąkliwości
kapilarnej C1 lub C2 (w gramach na metr kwadratowy i na pierwiastek kwadratowy z
czasu w sekundach) jest wyrażony jako nachylenie C1 do linii regresji C2. Może być
obliczone jako stosunek między rzędną i odciętą w każdym punkcie tej linii, zgodnie z
następującym wzorem:
C1 lub C2 =
m1 − md
A ⋅ ti
Uzyskane wartości C1 lub C2 wyraża się do trzech cyfr znaczących.
UWAGA 2: Ten przybliżony wzór nie może być stosowany, jeżeli współczynnik
korelacji między punktami pomiarowymi pierwszej części wykresu i prosta linia regresji
tej części nie są satysfakcjonujące (patrz wyżej).
W rozdziale 7. podano wzór bardziej przydatny do obliczenia tego rodzaju wyników
badania.
Legenda:
Y nasiąkliwość wodą, w g/m2
X pierwiastek kwadratowy z czasu, w s0,5
Rysunek 1 - Nasiąkliwość kapilarna wodą dla próbki o niskim współczynniku
nasiąkliwości mierzona prostopadle do płaszczyzn anizotropii jako funkcja pierwiastka
kwadratowego z czasu (C, = 86,0 g/m2 . s0,5)
7.
Obliczanie współczynnika nasiąkliwości kapilarnej za pomocą
nieliniowej funkcji regresji (bardziej przydatne równanie do oznaczania
współczynnika nasiąkliwości kapilarnej, w przypadku kiedy przybliżony
wzór podany w rozdziale 6 nie może być użyty)
I. Symbole
 m − md 
yi  = 1
A 

masa wody wchłonięta przez zanurzoną powierzchnię w czasie ti w
gramach na metr kwadratowy
mf
ostateczna masa próbki do badania na końcu badania, w gramach
 m − md 
a= f

A 

maksymalna masa wody wchłonięta przez zanurzoną powierzchnię,
w gramach na metr kwadratowy
b
współczynnik penetracji wody, zależny od długości, który jest
odwrotnością pierwiastka kwadratowego z czasu ti w sekundach
UWAGA: Inne symbole były definiowane w rozdziale 2.
II. Przedstawienie wyników
Równanie podane poniżej stosuje się wówczas, gdy w badaniu oznaczania współczynnika
nasiąkliwości kapilarnej wykres, wskazujący masę zaabsorbowanej wody odnoszącą się do
powierzchni zanurzonej próbki w funkcji pierwiastka kwadratowego z czasu, nie może być
wystarczający do aproksymacji przez dwie linie proste. Zachodzi to wtedy, gdy
współczynnik korelacji pomiędzy zmierzonymi punktami pierwszej części wykresu i
odpowiednią prostą regresji nie jest większy niż 0,90 (dla minimum pięciu pomiarów) lub
0,95 (dla czterech pomiarów).
W przypadku wykresu przedstawionego na rysunku 2. lepiej aproksymującym równaniem
do opisania związku między masą pochłoniętej wody odnoszącej się do powierzchni (yi) i
pierwiastka kwadratowego z czasu ( ti ) jest następujące równanie:
(
yi = a 1 − e
− b ti
)
Przy liniowym wzroście funkcji wykładniczej (dla małych wartości ti i
e −b
ti
≅ (1 − b ⋅ ti )
równanie przyjmuje postać
yi = a ⋅ b ti
i C1 lub C2 = a . b
Uzyskane wartości C1 lub C2 są wyrażone trzema cyframi znaczącymi
Legenda:
Y nasiąkliwość wody, w g/m2
X czas, w s
Rysunek 2 - Nasiąkliwość kapilarna prostopadła do płaszczyzny anizotropii zgodnie z
funkcją regresji dla próbki o niskim współczynniku nasiąkliwości
(Q = 38,9 g/m2s0,5)
8. Sprawozdanie z badań
−
−
−
−
Numer identyfikacyjny badania
Liczbę próbek w próbie
Nazwę petrograficzna kamienia
Nazwa kraju i regionu wydobycia
− Kierunek istniejącej płaszczyzny anizotropii (jeżeli ma związek z badaniem)
powinien być wyraźnie oznaczony na próbce lub na każdej próbce do badania
dwoma równoległymi liniami
− Obrobienie powierzchni próbki do badania (jeżeli to istotne dla badania)
− Wymiary próbek do badania
− Dla każdej próbki do badania współczynnik nasiąkliwości kapilarnej C1
prostopadły lub C2 równoległy do płaszczyzn anizotropii, wyrażony trzema
cyframi znaczącymi
− Średnią arytmetyczną współczynników nasiąkliwości kapilarnej wodą C1 i/lub C2
wyrażoną trzema cyframi znaczącymi