The influence of joints and micro-fractures on the limestone aggregate shape and quality

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.

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.