آزمایش های سنگدانه های بتن

آزمایش‌ها و مشخصات سنگدانه

در پروژه‌های بزرگ (خصوصا پروژه‌های دولتی) مطابق «مشخصات» قیدشده در اسناد پیمان عمل می‌شود. کلمه‌ی «مشخصات» با مسامحه در دو مورد به‌کار می‌رود: (۱) سندی که خواص و حدود مقادیر مجاز هر مشخصه مورد سنجش را عنوان می‌کند یا (۲) سندی که مراحل دقیق انجام آزمایش معینی به منظور ارزیابی خاصیت مورد نظر را بیان می‌نمایند. گاهی هر دو مورد در یک مشخصه ذکر می‌گردد لیکن امروزه بیشتر سازمان‌ها می‌کوشند تا آنها را مجزا نمایند. پیمانکار، ناظر یا مهندس بایستی این تفاوت را کاملا بشناسند و با روش‌های آزمایش و مشخصات به صورت کامل و دقیق آشنا باشند. اشخاص بی‌دقت به مواردی برخورد می‌کنند که مثلا به دلیل تغییری که اخیرا در روش آزمایش علیرغم ثابت بودن مشخصات روی داده است، مصالح کاملا متفاوتی درخواست شده است. چنین تغییری احتمالا در اسناد پیمان به روشنی مشخص نیست.

مؤسسات تدوین مشخصات

در ایالات متحده مؤسسات دولتی نظیر ادارات راه شهرها، استان‌ها و ایالت‌ها و مؤسسات فدرال، مشخصات و در برخی موارد روش‌های آزمایش سنگدانه‌های بتن را تدوین می‌کنند. شرکت‌های مهندسین مشاور که پلان‌ها و مشخصات کارهای دولتی یا خصوصی را تهیه می‌کنند، گاهی اوقات ملزومات خاصی را برای سنگدانه‌های بتن در نظر می‌گیرند که موجب پیچیدگی بیشتر تعداد شروط کلی که تولیدکننده سنگدانه باید از آن آگاه باشد تا مصالح مناسب برای چنین پروژه‌هایی را ارائه دهد، می‌گردد. مشخصات مؤسسات محلی طبیعتا بیابانگر ملزومات قابل اجرا در مورد سنگدانه‌های موجود در محل، آب و هوای محلی و کارهای ساختمانی عمومی‌می‌باشد. به بیان دیگر، گاهی اوقات طبق مشخصات سنگدانه‌ها برای مکان مشخصی مناسبند لیکن برای مکان دیگر نامناسب هستند.

سه مؤسسه‌ای که در حوزه کشوری در ایالات متحده به امر تهیه و تدوین مشخصات سنگدانه مشغولند عباتنداز: (۱) انجمن راه‌ایالات متحده (AASHO)، (۲) مؤسسه ASTM و (۳) مؤسسات دولتی فدرال. توجه مؤسسه بشدت به ساخت و نگهداری راه معطوف می‌باشد. روش‌های آزمایش و مشخصات ئر بسیاری از موارد توصیه‌شده به وسیله AASHO اغلب مانند روش‌ها و مشخصات ASTM می‌باشد.

مؤسسه AASHO

: این مؤسسه در حال حاضر مشخصات خود را در دو جلد می‌کند:

جلد ۱- مشخصات استاندارد برای مصالح راه‌سازی

جلد ۲- روش‌های استاندارد آزمایش و نمونه گیری

علاوه بر این «مشخصات موقت» سالانه که نهایتا در نشریات رسمی‌ مورد استفاده قرار می‌گیرند، به چاپ می‌رسند.

مؤسسه ASTM

: این مؤسسه پر سابقه متشکل از گروه‌های توایدکنندگان و مصرف‌کنندگان و گروه‌های مرتبط با منافه عامه می‌باشد.آیین‌نامه‌های مؤسسه ASTM از اعمال حق انحصاری توسط هر کدام از این گروه‌ها در تدوین روش آزمایش با مشخصه بازبینی شده ممانعت می‌کند. به علاوه، ASTM استانداردهای پیشنهادی را تدوین می‌کند که به لحاظ ماهیت اطلاعات راهم آمده، به منظور درج در اناد پیمان نمی‌باشد. یکی از این مشخصات در زمینه سنگدانه‌های بتن است. اهم استاندارهای مربوط به سنگدانه‌ها عباتند از:

1.  مشخصات سنگدانه‌های بتن (ASTM C33). مشخصات ریزدانه و درشت‌دانه‌های مورد استفاده در بتن به استثتای سنگدانه‌های سبک را ارائه می‌دهد. چندین شرط این مشخصه در قسمت ۲-۲۵ و ۲-۲۶ ارائه گردید.
2. مشخصات الک‌های با تور سیمی‌برای مقاصد آزمایش (ASTM:E11). مشخصات دقیق الک‌های مورد نیاز آزمایش‌های آزمایشگاهی را بیان می‌کند.
3. روش آزمایش تعیین مقاومت سایشی درشت‌دانه‌های بزرگ با استفاده از دستگاه لوس آنجلس (ASTM C535). این استاندارد روش آزمایش درشت‌دانه‌های بزرگتر از mm19را ارائه می‌دهد.جزییات بیشتری در قسمت ۲-۲۳ بیان شده است.
4. روش آزمایشتعیین مقاومت سایشی درشت‌دانه‌های کوچو با استفاده از دستگاه لوس آنجلس ((ASTM C131. این استاندارد روش آزمایش درشت‌دانه‌های کوچکتراز mm5/37 را بیان می‌کند. جزییات دیگر در قسمت ۲-۲۳ ارائه شده است. سنگدانه‌هایی که به جز از نظر اندازه، کاملا مشابه باشند، هنگامی‌که با این روش و روش C535 آزمایش شوند، احتمالا عدد سایش یکسانی حاصل نمی‌گردد. مراحل انتهایی در بیشتر کارها برای سنگدانه‌های بتن نامناسب می‌باشد.
5. روش آزمایش تعیین کلوخه‌های رس و دانه‌های شکننده در سنگدانه‌ها (ASTM C142). این آزمایش پس از خیساندن نمونه، روشی برای تعین میزان دانه‌های بسیار نرم و شکننده که با انگشتان دست می‌شکنند، ارائه می‌دهد.
6. آزمایش تعیین مصالح ریزتر از الک نمره ۲۰۰ در سنگدانه‌های معدنی به روش شست‌وشو (ASTM C117). این آزمایش میزان مصالح ریز عبوری از الک نمره ۲۰۰ را که پس از هم‌زدن شدید سنگدانه با آب حل شده‌اند یا به صورت معلق در آمده‌اند، ارزیابی می‌کند. این آزمایش همچنین «آزمایش دانه‌بندی آبی» یا «افت حاصل از شست‌وشو» نامیده می‌شود.
7. آزمایش تعیین دانه‌های سبک در سنگدانه‌ها (ASTM C123). با این آزمایش میزان مصالح با چگالی کمتر از عدد مورد نظر به‌کمک شناورسازی سنگدانه‌ها در مایعات سنگین مشخص می‌شود. به‌عنوان مثال برای تعیین میزان زغال‌سنگ و لیگنین از مایعی با چگالی ۰۰/۲  استفاده می‌شود.
8. آزمایش تعیین ناخالصی‌های آلی در ماسه بتن (ASTM C40).  ناخالصی‌های بالقوه زیان‌آور ماسه با مشاهده رنگ محلول، هنگامی‌که ماسه در محلول ۳% هیدروکسید سدیم غرقاب می‌شود، قابل تشخیص هستند. استانداردهای موجود برای مقایسه رنگ شیشه، تشخیص رنگ مایع را تسهیل می‌کند.
9. بررسی تاثیر ناخالصی‌های آلی ریزدانه بر روی مقاومت ملات (ASTM C87). ماسه‌ای که مطابق آزمایش فوق (ASTM C40) مشکوک به‌داشتن مقادیر زیان‌آور مواد آلی می‌باشد، براساس تاثیر آن بر روند بهبود مقاومت فشاری ملات ارزیابی می‌شود. لذا مقاومت ملات حاوی همین ماسه که در محلول هیدروکسید سدیم کاملا شسته شده تا مواد آلی آن زدوده شوند، مقایشه می‌شود.
10. آزمایش تعیین پتانسیل واکنش قلیایی ترکیبات سیمان و سنگدانه‌ (روش ملات منشوری) (ASTMC227). در این آزمایش طولانی مدت، تغغیرات طول منشورهای ملات حاوی ماسه مورد آزمایش در طول نگهداری یک سال یا بیشتر، بررسی می‌شود. معمولا منشورها با سیمان‌های حاوی مقادیر مختلف مواد قلیایی ساخته می‌شوند تا میزان حساسیت سنگدانه در برابر سیمان‌های با مقادیر مواد قلیایی مختلف سنجیده شود. منشورها در شرایط گرم و مرطوب نگهداری می‌شوند (C 8/37 روی آب). مشکل جدی عملیات پذیرش متداول، دوره‌های طولانی مدت انجام آزمایش  می‌باشد لیکن به‌نظر می‌رسد که‌این آزمایش قابل اطمینان‌ترین روش موجود برای پیش‌بینی انبساط زیان‌آور بتن می‌باشد.
11. آزمایش  تعیین پتانسیل فعالیت سنگدانه‌ها به‌روش شیمیایی (C289  .(ASTMاین روش که «روش شیمیایی سریع» نیز نامیده می‌شود سنگدانه‌هایی را که امکان تغییرات حجم زیان‌آور در بتن حاوری سیمان‌های پرقلیا دارد، مشخص می‌نماید. نتایج این آزمایش کاملا قابل اطمینان نیستند لیکن در کنار آزمایش‌های دیگری نظیر آزمایش سنگ‌نگاری (پتروگرافی) سودمند است.
12. آزمایش تعیین پتانسیل تغیر حجم ترکیبات سیمان و سنگدانه‌ (ASTM C342). آزمایش طولانی‌مدت دیگری است که منشورهای ملات به‌مدت یک سال یا بیشتر ذر معرض رطوبت و محیط‌های با دمای مختلف قرار می‌گیرند تا قابلیت تغییر حجم زیان‌آور ترکیبات خاص سیمان و سنگدانه‌ تعیین گردد.
13. آزمایش تعیین پتانسیل واکنش قلیای سنگ‌های کربناتی مورد استفاده به‌عنوان سنگدانه‌ بتن (روش استوانه سنگی ASTM C586). این روش تحقیقاتی برای تعیین تغییر طول‌های قابل مشاهده که با فرو بردن سنگ‌های کربناتی هیدروکسید سدیم (NaOH) رخ می‌دهد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. در نتیجه سطح عمومی‌فعالیت سنگ‌ها مشخص می‌گردد و ضرورت انجام آزمایش‌های تعیین اثر سنگدانه‌ تهیه‌شده از سنگ‌ها بر تغییر حجم بتن تعیین می‌گردد.
14. روش نمونه‌گیری از سنگدانه‌ها (.(ASTM D75 این روش مطلب سودمندی در مورد نمونه‌گیری از سنگدانه‌های مورد استفاده در بتن را ارائه می‌دهد.
15. روش آزمایش دانه‌بندی ریزدانه‌ها و درشت‌دانه‌ها (.(ASTM C136 مراحل دقیق انجام آزمایش دانه‌بندی سنگدانه‌ها را بیان می‌کند.
16. روش آزمایش استاندارد تعیین شاخص شکل و بافت سطحی سنگدانه‌ (.(ASTM D3398 این روش شاخص دانه‌ها را که نمایانگر معیار کلی مشخصات شکل و بافت سطحی دانه‌ها می‌باشد، ارائه می‌دهد.
17. روش آزمایش تعیین سلامت سنگدانه‌ها با استفاده از سولفات سدیم منیزیم ((ASTM C88. آزمایش برای شبیه‌سازی فعالیت مخرب یخ زدن و آب شدن که برخی سنگدانه‌ها پس از خیس شدن با آب آسیب‌پذیر هستند، طراحی شده است. در این حالت، سنگدانه‌ها متنائبا در محلول اشباع سولفات سدیم یا منیزیم خیسانده می‌شوند و سپس در گرمخانه خشگ می‌گردند تا آب تبلور آنها خارج شود. غرقلب کردن مجدد به لحاظ آب‌گیری کریستال‌های خشک‌شده موجب انبساط در خلل و فرج سنگ می‌گردد وشابه فعالیت مخرب شکل‌گیری یخ طی یخ زدن می‌باشد. پنج چرخه آزمایش .لفات معادل چرخه‌های بسیار یخ زدن و آب شدن می‌باشند.
18. روش ارزیابی مقاومت درشت‌دانه‌های بتن حباب هوادار در برابر یخبندان به کمک مراحل انبساط بحرانی (ASTM C682). این روش جزییات ارزیابی مقاومت درشت‌دانه‌های بتن حباب هوادار در برابر یخبندان با استفاده از روش یخ زدن آهسته و روش آزمایش انبساط بحرانی نمونه‌های آزمایشی بتن در معرض یخ زدن (ASTM C671)، بیان می‌کند. مشاهده تغییر طول‌های غیرخطی در بتنی که به آرامی‌تا رسیدن به نقطه انجماد، سرد می‌شود نمایانگر آن است که انبساط ناشی از یخ زدن آب قابل تحمل نیست و سنگدانه‌ بتن سبب آسیب‌پذیری آن در برابر یخبندان می‌باشد.
19. آزمایش تعیین چگالی و جذب آب درشت‌دانه‌ها (ASTM C127). این روش‌ها در قسمت ۲-۲۴ مختصرا تشریح شدند. دو توصیه در رابطه با اجرای این آزمایش‌ها عبارتند از: (۱) برای دست‌یابی به شرایط اشباع با سطح خشک پس از ۲۴ ساعت خیساندن درشت‌دانه، لازم است که سطح هر دانه را با حوله خشک نمود. لذا تهیه پیش از چند صد گرم سنگدانه‌ در حالت اشباع با سطح خشک کاری خسته‌کننده می‌باشد. علاوه بر این حالت اشباع با سطح خشک در مدت طولانی باقی نمی‌ماند مگر سنگدانه‌ در ظرف عایق مانع دخول هوا که از خشک شدن بیشتر جلوگیر می‌کند، نگداری می‌شود. (۲) تعیین چگالی مستلزم توزین سنگدانه‌ درون سبد غوطه‌ور در آب می‌باشد. نیروی شناوری در آب به شدت از حباب‌های هوای چسبیده به سبد و سنگدانه‌ها تاثیر می‌پذیرد. این حباب‌ها بایستی با تکان دادن سبد به نحو مناسب از بین بروند تا مقدار چگالی کمتر از مقدار حقیقی حاصل نگردد.
20. آزمایش تعیین چگالی و جذب آب ریزدانه‌ها ASTM C128)). توصیه‌هایی که در بالا برای درشت‌دانه ذکر شد، در مورد ماسه نیز صادق هستند. لیکن علاج انها مشکل‌تر می‌باشد. بعضی آزمایش‌کنندگان، حباب‌های هوای محبوس را به کمک خلازایی در محفظه حجم‌سنجی از بین می‌برند. دیگران استفاده از نفت سفید تمیز و بی‌آب را به عنوان مایع درون محفظه به‌جای آب ترجیح می‌دهند. اگرچه چنین انحراف‌هایی از مراحل استاندارد ASTM در کاربردهای متوالی توصیه نمی‌شود، لیکن بهتر است آزمایش‌کننده جدید روش‌های انجام خود را با چنین روش‌هایی کنترل کند. مقادیر چگالی غیرواقعی پایین در مورد آزمایش‌کننده بی‌تجربه، غیرمعمول نیست.
21. آزمایش تعیین وزن واحد حجم و فضاهای خالی سنگدانه (ASTM C29). این آزمایش روش دقیق اندازه‌گیری وزن واحد حجم سنگدانه‌های خشک تحت شرایط سه‌گانه تراکم استاندارد را بیان می‌کند:(۱) میل زدن، (۲) لرزاندن و (۳) غیرمتراکم (با بیلچه‌زنی).
22. فهرست توصیفی استاندارد اجزا تشکیل‌دهنده سنگدانه‌های طبیعی معدنی ASTM C294. این روش کانی‌های موجود در سنگدانه‌ها و اصطلاحات معرف آنها را مختصرا شرح می‌دهد.
23. آزمایش سنگ‌نگاری سنگدانه‌های استاندارد بتن (ASTM C295). اهمیت این استاندارد برای مهندس بتن و سنگ‌نگار آموزش‌دیده به حدی زیاد بوده است که آن را از حالت یک سند رسمی‌پیمان خارج  نموده است. سنگ‌نگار بایستی دارای تحصیلات و تجربیات رسمی‌باشد، لیکن توصیه‌ها و تکنیک‌های موردنظر این استاندارد خصوصا در زمینه سنگدانه‌های بتن می‌باشد.  به‌همین ترتیب مطالعه‌این روش‌های توصیه‌شده برای مهندس که بایستی نتایج آزمایش‌های سنگ‌نگاری را بررسی کند مزایای بسیاری دارد و وی را هرچه بیشتر از مقادیر و محدودیت‌های چنین آزمایش‌هایی آگاه می‌نماید.
24. اصطلاحات مربوط به‌بتن و سنگدانه‌های بتن (ASTM C125) .
25. فهرست توصیفی اجزای تشکیل‌دهنده سنگدانه‌های طبیعی معدنی ASTM C294)) . این استاندارد کانی‌های تشکیل‌دهنده سنگدانه‌های طبیعی را به‌صورت بسیار معتبر توصیف می‌کند.
26. روش تقسیم نمونه‌های سنگدانه‌ کارگاهی به‌اندازه مورد نیاز آزمایش (ASTM C702) . تکنیک‌های تقسیم نمونه‌ها به‌اندازه مناسب جهت آزمایش با استفاده از جداکننده‌های مکانیکی یا روش چهاربخشی را توضیح می‌دهد. تاکید می‌شود که وقتی تنها تعداد کمی‌قطعات درشت موجودند، هیچ تقسیمی‌نمی‌تواند نمایتده مناسبی از سنگدانه‌ها باشد.