Nghiên cứu khả năng ứng dụng của sóng siêu âm trong việc xác định khe nứt cho khối đá ốp lát

Journal of Mining and Earth Sciences Vol. 61, Issue 5 (2020) 97 - 106

97

Study on Ability of Ulstrasonic in Determining Joints in
Dimension Stone Blocks
Viet Van Pham 1,*, Tuan Anh Nguyen 1, Hoa Van Pham 1, Bao Dinh Tran 1, Phong
Duyen Nguyen 2
1 Faculty of Mining, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam
2 Faculty of Civil

Engineering, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam

ARTICLE INFO

ABSTRACT

Article history:
Received 6th Sept. 2020
Accepted 30th Sept. 2020
Available online 10th Oct. 2020

Ulstrasonic has been popularly applied in more practical sectors,
contributing to assess any issues, such as non-homogeneous, defects,
without direct measures. One of these applications is for solid materials,
such as rock. With the characteristics and abilities of ulstrasonic, as well
as dimension stone characteristics, the author studied the applied ability
of this wave in dimension stone quarrying. Particularly, this is
determining joints in stone blocks before delivering to the processing
plant. Basing on researching the character, size, rock mechanics of stone
bocks and ulstrasonic features, its work capability, principle of NoneDestructive Testing device (NDT), the paper shows that measure method

by ulstrasonic could exactly and reliably estimate joints in stone block.
From ulstrasonic feature of transfering around avoid instead of not
transfering through it, the method is released to navigate position, size
and shape of joints in stone blocks.

Keywords:
Ulstrasonic;
Dimension stone;
Joints;
Pulse Non-Destructive Testing.

Copyright © 2020 Hanoi University of Mining and Geology. All rights reserved.

_____________________

*Corresponding

author
E-mail:
DOI: 10.46326/JMES.KTLT2020.08


98

Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 61, Kỳ 5 (2020) 97 - 106

Nghiên cứu khả năng ứng dụng của sóng siêu âm trong việc xác
định khe nứt cho khối đá ốp lát
Phạm Văn Việt 1, *, Nguyễn Anh Tuấn 1, Phạm Văn Hòa1, Trần Đình Bão 1, Nguyễn
Duyên Phong2

1 Khoa Mỏ, Trường Đại học

Mỏ - Địa chất, Việt Nam

2 Khoa Xây dựng, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam

THÔNG TIN BÀI BÁO

TÓM TẮT

Quá trình:
Nhận bài 06/09/2020
Chấp nhận 30/09/2020
Đăng online 10/10/2020

Sóng siêu âm đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống
góp phần đánh giá được nhưng vấn đề không đồng nhất, khuyết tật mà
không thể đo trực tiếp, một trong đó là áp dụng trong vật liệu rắn như đá.
Với đặc điểm và khả năng của sóng siêu âm cùng với đặc điểm của đá ốp lát,
tác giả đã nghiên cứu khả năng áp dụng loại sóng này trong lĩnh vực khai
thác đá khối, đó là xác định khe nứt trong khối đá ốp lát trước khi đưa đến
nhà máy chế biến. Trên cơ sở nghiên cứu đặc điểm, kích thước, tính cơ lý đá
ốp lát trước khi đưa về nhà máy chế biến, đặc điểm của sóng siêu âm và khả
năng áp dụng của chúng, nguyên lý làm việc của thiết bị đo, tác giả đã cho
thấy phương pháp sóng siêu âm phát hiện được các khe nứt trong đá ốp lát
đảm bảo chính xác và tin cậy. Từ đặc điểm sóng siêu âm không truyền qua
khoảng trống mà đi vòng qua xung quanh đã chỉ ra được cách đo để xác định
vị trí, kích thước khe nứt và sự phân bố khe nứt trong khối đá ốp lát.

Từ khóa:

Sóng siêu âm,
Đá ốp lát
Khe nứt.

© 2020 Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Tất cả các quyền được bảo đảm.

1. Mở đầu
Việt Nam có trữ lượng khai thác đá khối tương
đối lớn làm đá ốp lát gồm các loại đá như granit,
đá hoa trắng, đá bazan, đá vôi…Theo quyết định
của Thủ tướng Chính phủ về điều chỉnh, bổ sung
quy hoạch t� nhận tín hiệu,
cm; T- thời gian truyền sóng, s
Lưu ý, để đảm bảo đầu dò thu hoàn toàn tín
hiệu là sóng dọc thì khoảng cách giữa hai đầu dò
nằm trong khoảng 15cm đến 20 cm là hợp lý. Sơ
đồ xây dựng khe nứt nằm ngang được minh họa
trong Hình 7.
4.3. Đánh giá tổng quát sự phân bố khe nứt
trong đá ốp lát
Một trong vấn đề của đánh giá sự phân bố khe
nứt trong không gian là định hình được góc dốc và
góc phương vị của khe nứt. Một trong những cách
này là sử dụng phương pháp sóng siêu âm với
phương pháp đo trực tiếp. Đầu tiên tiến hành cố
định đầu dò phát trên một cạnh và thay đổi nhiều
vị trí đầu dò nhận tín hiệu (thời gian nhận tín hiệu
(Hình 8).

Hình 6. Sơ đồ xây dựng cách đo khe nứt thẳng đứng

Hình 7. Sơ đồ xây dựng khe nứt nằm ngang


104

Phạm Văn Việt và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61 (5), 97 - 106

Khi gặp vật cản thì đường di chuyển của sóng
siêu âm không phải là đường trực tiếp nối giữa vị
trí đầu dò nhận tín hiệu và đầu do phát. Do cùng
loại vật liệu thì tốc độ truyền sóng âm như nhau
nhưng do cung đường truyền khác nhau (gặp khe
nứt) tại các vị trí đầu dò nhận tín hiệu khác nhau.
Điều này làm thời gian nhận tín hiệu khác nhau
tùy vào từng vị trí nhận tín hiệu.
Như vậy mỗi vị trí nhận tín hiệu đầu dò sẽ có
thời gian nhận tín hiệu khác nhau, nội suy từ
những giá trị này chúng ta sẽ xây dựng được một
đường đồng thời gian nhận tín hiệu. Tiến hành
đánh giá trên các cạnh khác nhau chúng ta sẽ thu
được một bản đồ với sự phân bố thời gian truyền
sóng âm. Khu vực, đường đồng thời gian thu tín
hiệu (đặc biệt thời gian tăng) sẽ vẽ ra được hình
dạng của khe nứt tương ứng.
5. Kết luận
Việt Nam có nguồn tài nguyên lớn từ đá ốp lát
và có nhu cầu sử dụng ngày càng tăng, nhưng đá
ốp lát bị ảnh hưởng rất lớn của các khe nứt làm tỷ
lệ thu hồi thấp, đặc biệt là chi phí cắt đá khối thành

các tấm đá ốp lát nhưng thu hồi thấp do trong bản
thân khối đá đưa về nhà máy vẫn còn những khe
nứt làm nứt tách khi cắt thành tấm có chiều dày
1,5÷2 cm.

Qua phân tích đánh giá về đặc điểm của
phương pháp đo bằng sóng siêu âm và đặc điểm
của đá ốp lát ở Việt Nam thấy rằng:
- Phương pháp đo bằng sóng siêu âm đảm bảo
phát hiện được các khuyết tật trong khối đá như
khe nứt.
- Đá ốp lát sau khi khai thác đưa đi chế biến có
kích thước 3 chiều tương đồng, bề mặt nhẵn, đồng
nhất về vật liệu và chỉ bị phân tách bởi các khe nứt
đảm bảo phương pháp đo sóng siêu âm đạt độ
chính xác và tin cậy trong phép đo.
- Trên cơ sở đặc điểm, khả năng của sóng
không xuyên qua các khe nứt, khoảng trống trong
đá mà truyền theo biên của khe nứt. Một số cách
đo có giá trị trong phát hiện khe nứt cần được áp
dụng trong việc phát hiện khe nứt trong đá ốp lát
như: xác định tổng thể mức độ nứt nẻ trong
trường hợp khối đá nứt nẻ lớn dẫn đến hệ số đàn
hồi giảm mạnh, giúp loại bỏ những khối đá ốp lát
có hệ số đàn hồi thấp vì nứt nẻ mạnh. Đối với khe
nứt cắt sâu vào khối đá và khe nứt nằm song song
với bề mặt thì sử dụng phương pháp đo gián tiếp
để xác định độ sâu khe nứt so với bề mặt, còn thể
hiện thế nằm khe nứt cần sử dụng phương pháp
đo trực tiếp với đầu dò phát tín hiệu đặt cố định

còn đầu dò nhận tín hiệu thay đổi vị trí trên toàn
bộ mặt đối diện.

(a)

(a)

(b)

Hình 8. Vị trí bố trí các đầu dò (a) và phân bố
mặt khe nứt trong khối (b).

(b)

Hình 9. Đường đồng mức thời gian truyền sóng trên
mặt cạnh (a) và mặt khe nứt nhìn từ mặt cạnh (b).


Phạm Văn Việt và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61 (5), 97 - 106

(a)

(b)

105

(a)

(b)

Hình 11. Đường đồng mức thời gian truyền
Hình 10. Đường đồng mức thời gian truyền sóng trên sóng trên mặt trước (a) và mặt khe nứt nhìn
mặt trên (a) và mặt khe nứt nhìn từ mặt trên (b).
từ mặt trước (b).
Do tốc độ lan truyền sóng siêu âm thay đổi phụ
thuộc loại đá, do đó để xác định được chính xác các
khe nứt trong khối đá ốp lát cần tiến hành khảo sát
thực nghiệm trên từng loại đá nhất định.
Đóng góp của các tác giả
Tác giả Phạm Văn Việt hình thành ý tưởng, cấu
trúc bài báo, hoàn thiện bản thảo cuối cùng. Tác
giả Nguyễn Anh Tuấn và Phạm Văn Hòa tư vấn góp
ý hình thành ý tưởng nghiên cứu, đọc bản thảo bài
báo. Tác giả Trần Đình Bão tham gia thực hiện
nghiên cứu tài liệu về đá ốp lát, tham gia hoàn
thiện bản thảo bài báo. Tác giả Nguyễn Duyên
Phong tham gia nghiên cứu tài liệu sóng siêu âm,
tham gia hoàn thiện bản thảo bài báo.
Tài liệu tham khảo
ALI, B. A. H., (2008). Assessment of Concrete
Compressive Strength by Ultrasonic NonDestructive
Test.
Www.Coeng.Uobaghdad.Edu.Iq,
i-98.
/>4.004.
IS 13311 Part I Tiêu chuẩn Ấn Độ, (1992).
Standard Code of Practice for Non-Destructive
Testing of Concrete: Part 1— Ultrasonic Pulse
Velocity.
Işık, N., Halifeoğlu, F. M., & İpek, S., (2020).

Nondestructive testing techniques to evaluate
the structural damage of historical city walls.
Construction and Building Materials, 253.

/>119228.
Kadium, N. S., & Sarsam, S. I., (2020). Evaluating
Asphalt Concrete Properties by the
Implementation of Ultrasonic Pulse Velocity.
Journal of Engineering, 26(6), tr. 140-151.
/>Lã Văn Chăm, Lương Xuân Chiều, (2012). Nghiên
cứu xây dựng đường chuẩn tương quan giữa
cường độ chịu nén với tốc độ truyền sóng siêu
âm kết hợp trị số bật nảy ứng dụng đánh giá
cường độ chịu nén của bê tông mác 45 đến
55MPa. Khoa Học Giao Thông Vận Tải, 38, tr.
40-45.
Lương Quang Khang, (2012). Đặc điểm chất lượng
và tiềm năng đá ốp lát tỉnh Ninh Thuận. Công
Nghiệp Mỏ, 2, tr. 54-57.
Nguyễn Anh Tuấn, Phạm Văn Việt, (2016). Mô
hình đá nứt nẻ và cấu trúc khe nứt hỗ trợ thiết
kế, lập kế hoạch khai thác mỏ đá khối Thung
Khuộc, Nghệ An. Công Nghiệp Mỏ, 3, tr. 1-8.
Nguyễn Mạnh Cường, P. X. T. (2000). Nghiên cứu
sự lan truyền sóng siêu âm trong môi trường
nứt nẻ. Tuyển Tập Báo Cáo Khoa Học Sinh Viên,
ĐH Mỏ - Địa Chất, tr. 17-20.
Nguyễn Tiến Dũng, Nguyễn Phương, (2001). Đặc
điểm đá ốp lát tỉnh Phú Yên. Tuyển Tập Các
Công Trình Khoa Học Đại Học Mỏ - Địa Chất, tr.

8-14.


106

Phạm Văn Việt và nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 61 (5), 97 - 106

Nguyễn Tiến Thành, (2010). Đặc điểm phân bố đá
hoa trắng phía tây tỉnh Nghệ An: Định hướng
thăm do, khai thác, sử dụng. Tạp Chí Địa Chất,
Số 319, tr. 111-117.

Conference Series: Materials Science and
Engineering,
844(1).
/>
Nguyễn Văn Lâm, Khương Thế Hùng, Phạm Thị
Thanh Hiền, (2018). Đặc điểm chất lượng và
các yếu tố ảnh hưởng đến độ thu hồi đá khối
làm đá ốp lát khu vực Diên Khánh, Khánh Hòa.
Tạp Chí Tài Nguyên và Môi Trường, 4, tr. 16-18.

Thủ tướng Chính phủ, (2012). Điều chỉnh, bổ sung
quy hoạch thăm dò, khai thác chế biến và sử
dụng khoáng sản làm vật liệu xây dựng ở Việt
Nam đến năm 2020 theo quyết đinh số 45/QĐTTg.

Pedreros, L., Cárdenas, F., Ramírez, N., & Forero, E.,
(2020). NDT Non-Destructive Test for Quality
Evaluation of Concrete specimens by

Ultrasonic Pulse Velocity measurement. IOP

Trần Xuân Đông, (2010). Đặc điểm đá granit ốp lát
vùng Phu Loi, huyện Tân Kỳ, Nghệ An. Tạp Chí
Địa Chất, 319, tr. 57-62.