PL223735B1 - Urządzenie do pozyskiwania materiału badawczego w celu wyznaczenia miar stopnia zwietrzenia szkieletu glebowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pozyskiwania materiału badawczego potrzebnego do wyznaczania miar stopnia zwietrzenia szkieletu glebowego.

Procesy wietrzenia odłamków skalnych powodują zmiany właściwości fizycznych i chemicznych w warstwie zwietrzałej. Zwietrzeniu skał towarzyszą zmiany składu mechanicznego i chemicznego, skutkujące zmianami również wyglądu zewnętrznego. Sam proces wietrzenia odbywa się w zasięgu termicznych wpływów słońca i atmosfery, chemicznego działania powietrza, a także żywych organizmów. Natężenie procesu wietrzenia jest silnie uzależnione od dostępności wody, która jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem. Wietrzenie poprzedza właściwy proces tworzenia się gleb i w warunkach glebowych wplata się w bardziej skomplikowane procesy glebotwórcze, związane z działaniem innych czynników glebotwórczych. W wyniku procesów glebotwórczych, rozumianych jako całokształt zjawisk fizycznych, chemicznych i biologicznych zachodzących w powierzchniowej warstwie skorupy ziemskiej powstaje siedlisko - naturalny i zasadniczy czynnik produkcji roślinnej i leśnej. Proces wietrzenia w określonych warunkach geologicznych, klimatycznych i przyrodniczych jest uzależniony od wielkości okr uchów szkieletu glebowego.

Z normy EN 14157:2004: Badanie odporności na ścieranie kamienia naturalnego (kruszywa stosowanego m.in. na posadzkach w budynkach) znany jest aparat do ścierania, złożona z szerokiej tarczy ściernej, zbiornika zasypowego z regulacją przepływu materiału ściernego, podajnika, wózka z uchwytem mocującym oraz przeciwwagi. Próbką do badania powinien być cały wyrób lub jego fragment, zawierający górną powierzchnię elementu, o określonych wymiarach.

Z normy PN-EN 1097-1:2011: Metoda oznaczenia współczynnika micro-Deval'a polega na oznaczaniu odporności na ścieranie, zazwyczaj mokrej próbki kruszywa naturalnego i sztucznego wykorzystywanego w budownictwie znany jest aparat micro-Deval'a, wyposażony w bębny w ilości od 1 do 4 sztuk zamknięte z jednego końca, o średnicy wewnętrznej 200 mm i wewnętrznej długości 154 mm. Bębny wykonane są ze stali nierdzewnej o grubości minimum 3 mm i ułożone na 2 wałkach obracających się w poziomie. Wnętrza bębnów są gładkie, zamykane płaskimi pokrywami z uszczelkami. Materiałem ściernym w postaci metalowych kul o średnicy 10 mm. Próbka do badania - kruszywo, próbka o wielkości ziaren o średnicy od 10 do 14 mm (min. 2 kg).

Z normy PN-EN 1097-2:2010: Badania mechanicznych i fizycznych właściwości kruszyw. Metody oznaczania odporności kruszyw na rozdrabnianie znana jest aparatura wyposażona w bęben wykonany z płyty o grubości 12 mm ze stali konstrukcyjnej, spawany bez znaczących odkształceń, z amknięty po obu końcach. Bęben jest podtrzymywany przez dwie poziome końcówki osi przymocowanych do obu końcowych ścian, lecz nie wchodzących do jego wnętrza - powinien obracać się wokół własnej osi. Na wewnętrznej cylindrycznej powierzchni znajduje się wystająca półka, która powinna być wymieniana, gdy pod wpływem ścierania jej szerokość w jakimkolwiek punkcie jest mniejsza niż 86 mm, a jej grubość mniejsza niż 23 mm. Ładunek kul składa się z 11 stalowych kul, każda o masie od 400-450 g. Próbką do badania jest kruszywo o masie co najmniej 15 kg i uziarnieniu o wymiarach od 10-14 mm.

Istotą rozwiązania według wynalazku jest budowa urządzenia, którego główny moduł stanowi bęben w kształcie walca zamontowany w układzie poziomym na stelażu wyposażonym w krzyżaki i osadzonym na blacie urządzenia, przy czym oś obrotowa walca pokrywa się z umocowanymi za pomocą krzyżaków ośkami przednią i tylną, umieszczonymi w tulejach bębna. Pobocznica walca jest połączona ze ścianami przednią i tylną bębna za pomocą kołnierzy powierzchni bocznej bębna. W ścianie przedniej bębna znajdują się dwa otwory wyposażone w szczelne klapy.

Na wewnętrznej stronie pobocznicy walca rozmieszczone są naprzemianlegle prowadnice.

Korzystnie na blacie urządzenia pod ścianą przednią bębna znajduje się naczynie na starty m ateriał skalny.

Urządzenie wyposażone jest w układ z przekładnią i regulatorem obrotów bębna zainstalowany do ośki tylnej bębna.

Korzystnie klapy mocowane są do przedniej ściany bębna zamknięciami dociskowymi lub śrubami i wyposażone są w uszczelki.

Prowadnice wewnątrz bębna mają korzystnie relief od płaskiego, poprzez falisty do trapezowego.

Wszystkie elementy metalowe urządzenia wykonane są ze stali nierdzewnej.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest przede wszystkim możliwość określenia zarówno ubytków masowych próbki szkieletu glebowego jak i zmian cech fizycznych startej warstwy odłamków

PL 223 735 B1 skalnych na każdym etapie jej obróbki. Zastosowanie przedstawionego wyżej urządzenia pozwala na usuwanie kolejnych zwietrzałych warstw z badanych cząstek szkieletu w wyniku wzajemnego tarcia pomiędzy nimi w czasie swobodnego toczenia się w środowisku suchym lub „wodnym”, co imituje zjawisko losowego toczenia się szkieletu w jednolitych warunkach. Do realizacji badań nad procesem wietrzenia, należało skonstruować odpowiednią aparaturę do samościerania się kolejnych warstw zwietrzeliny. Pierwszym i najważniejszym warunkiem, który należało postawić był wymóg równomierności obtaczania okruchów skalnych. Drugim warunkiem związanym z przyjętą metodyką badawczą jaki musiała spełnić ta aparatura był warunek znajomości rzeczywistej długości drogi toczenia się okruchów skalnych. Obydwa te warunki zostały osiągnięte w urządzeniu według wynalazku, dzięki czemu można uzyskać materiał, który może być poddany rozmaitym badaniom z zakresu gleboznawstwa, gruntoznawstwa czy mineralogii. Wyniki tych oznaczeń przeprowadzonych na kolejnych zwietrzałych warstwach szkieletu glebowego, porównane z analogicznymi wynikami uzyskanymi z badań jąder szkieletu są miarami stopnia zaawansowania procesów wietrzenia.

Rozwiązanie według wynalazku przedstawione jest w przykładzie wykonania zilustrowanym rysunkami, przy czym fig. 1 stanowi widok urządzenia od strony pobocznicy walca, fig. 2 - widok urządzenia od strony podstawy walca z otworami 6 i 7, fig. 3 - przekrój urządzenia w płaszczyźnie A-A, a fig. 4 - przekrój urządzenia w płaszczyźnie B-B.

Główny moduł stanowi walec bębna (1), połączony ze ścianami: przednią (4) oraz tylnią (3) za pomocą kołnierzy powierzchni bocznej bębna (2), z użyciem odpowiednich śrub (5). Bęben (1) zamontowany jest w układzie poziomym na stelażu wyposażonym w krzyżaki osadzonym na blacie urządzenia (25). Na całej długości walca umieszczone są cienkie uszczelki silikonowe. Walec bębna, jak również pozostałe elementy metalowe są wykonane ze stali nierdzewnej. Oś obrotu walca znajduje się na wysokości dwóch osiek: ośki przedniej (20) i ośki tylniej (21), połączonych odpowiednio krzyżakami (17, 18) i umieszczonych w tulejach bębna (23, 24). W ścianie przedniej bębna (4) znajdują się dwa otwory, z których jeden otwór (6) służy do umieszczania i wyciągania próbek szkieletu poddanego badaniu, natomiast drugi otwór (7) służy do usuwania, startych w procesie samościerania cząstek szkieletu gruntowego. Otwór (6) w kształcie koła jest wyposażony w szczelną klapę (8) z zamknięciami dociskowymi (12). Pomiędzy powierzchnią przednią bębna a klapą (8) znajduje się uszczelka (10). Otwór (7) w kształcie prostokąta jest również wyposażony w klapę (9) mocowaną za pomocą śrub (14), z zast osowaniem uszczelki (11). Wewnątrz bębna (1) na powierzchni walca rozmieszczone są, naprzemianlegle prowadnice (15), wykonane ze stali nierdzewnej. Prowadnice (15) mogą mieć różne reliefy w zależności od rodzaju cząstek poddawanych badaniu samościeralności - poczynając od płaskiego poprzez falisty do trapezowego o różnym przekroju trapezu, co jest uzależnione od wielkości ziaren poddawanych analizie. Na blacie (25) urządzenia znajduje się naczynie (28) na starty materiał skalny. Urządzenie wyposażone jest w napęd bębna wraz z przekładnią i regulatorem obrotów bębna (26) zamontowany do ośki tylnej (21).

Przez otwór (6) w ścianie przedniej bębna (4) umieszczane są uprzednio przygotowane próbki materiału szkieletowego pobranego z wyselekcjonowanego poziomu glebowego. Bęben (1) zamykany jest szczelną klapą (8). Następnie ustawiany jest regulator (26), który generuje obliczoną wcześniej ilość obrotów bębna (1) przy zadanej prędkości jego obrotów i następuje uruchomienie urządzenia. Próbki materiału zostają wprowadzone w ruch, przez co ocierają się wzajemnie o siebie, a także o powierzchnię tulei (23, 24), przez co następuje starcie wierzchniej warstwy próbek. Powyższy proces odbywa się etapami, po każdym otwarta zostaje klapa (9) otworu (7) w celu wyjęcia pozostałych cząstek oraz ewakuowania przez niego startego podczas badania materiału skalnego, który jest starannie zbierany do naczynia (28).

Claims (5)

1. Urządzenie do pozyskiwania materiału badawczego w celu wyznaczenia miar stopnia zwietrzenia szkieletu glebowego wyposażone w bęben zamykany z obu stron, znamienne tym, że bęben (1) w kształcie walca zamontowany jest w układzie poziomym na stelażu (22) wyposażonym w krzyżaki przedni (17) i tylny (18) i osadzonym na blacie (25) urządzenia, przy czym oś obrotowa walca pokrywa się z umocowanymi za pomocą krzyżaków (17, 18) ośkami przednią (20) i tylną (21) i umieszczonymi w tulejach bębna (23, 24), ponadto pobocznica walca połączona jest ze ścianami przednią (4) i tylną (5) bębna (1) za pomocą kołnierzy (2) powierzchni bocznej bębna (1), a w ścianie (4) przedniej

PL 223 735 B1 bębna (1) znajdują się dwa otwory (6, 7) wyposażone w szczelne klapy (8, 9), natomiast na wewnętrznej stronie pobocznicy walca rozmieszczone są naprzemianlegle prowadnice (15), ponadto urządzenie wyposażone jest w układ z przekładnią i regulatorem obrotów (26) bębna (1) zainstalowany do ośki tylnej (21) bębna (1).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że na blacie (25) urządzenia pod ścianą (4) przednią bębna (1) znajduje się naczynie (28) na starty materiał skalny.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że klapy (4, 5) mocowane są do przedniej ściany bębna w miejscach otworów zamknięciami dociskowymi (12) i/lub śrubami (14) i wyposażone są w uszczelki (10, 11).

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że prowadnice (15) wewnątrz bębna (1) mają relief od płaskiego, poprzez falisty do trapezowego.

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wszystkie elementy metalowe urządzenia wykonane są ze stali nierdzewnej.