مشخصات سنگدانه‌ها

آزمایش‌های معینی به منظور تحقق حداقل ملزومات کیفی روی سنگدانه‌های بتن انجام می‌شود. آزمایش‌های دیگر اغلب برای تعیین مشخصات مفید جهت طرح نسبت‌های بتن صورت می‌پذیرند و مع ذلک آزمایش‌های اندکی نیز جهت کنترل مطابقت سنگدانه‌ها با ملزومات کارگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند. گروه اول شامل مشخصات لازم پایه نظیر سختی، سلامت و مقاومت سایشی سنگدانه‌ها می‌شود در حالی که چگالی و جذب آب آنها در گروه دوم قرار می‌گیرد. تفکیک‌ این دو گروه در هر موردی امکان پذیر نیست. مثلاً، میزان جذب آب جهت محاسبه نسبت آب به سیمان مخلوط بتن مورد نیاز مهندس کارگاه می‌باشد لیکن در بعضی موارد نمایانگر ساختار متخلخل بتن است که بر روی مقاومت در برابر یخ زدن و آب شدن بتنی که سنگدانه در آن مصرف می‌شود، تأثیر می‌گذارد. در اکثر موارد، آزمایش‌های سنگدانه‌ها به جای ارزیابی یک مشخصه کاملاً اساسی نمایانگر رفتار مورد انتظار بتن می‌باشد.

 

فرم پیشنهادی که می‌توان آن را تکمیل و به نمونه ضمیمه کرد.
فرم پیشنهادی که می‌توان آن را تکمیل و به نمونه ضمیمه کرد.

 

بافت سطحی

بتن مطلوب حاوی سنگدانه با مشخصات سطحی بسیار متنوع از بسیار صاف و صیقلی گرفته تا خیلی زبر و کرمو می‌باشد. لذا اخیراً مطالعاتی آغاز گشته و موضوع را مجدّانه بررسی می‌کند(۴)و(۵)و(۶)و(۹)و(۱۰). در جدول زیر بافت سطحی انواع سنگدانه‌های بتن مشهود است. برخی مشخصات اخیراً با توجه به چسبندگی ضعیف بین خمیر سیمان و دانه‌های بسیار صاف و صیقلی، مقدار چنین دانه‌هایی را در روباره درشت دانه محدود به مقادیر جزیی می‌کنند. بحث گسترده تر پیرامون بافت سطحی در مرجع ۱۱ ارائه شده است.

شکل سنگدانه

بتن مطلوب (همانطور که در مورد بافت سطحی قید شد) با سنگدانه‌ای که حاوی ذرات با اشکال بسیار متنوع باشد، ساخته می‌شود. سنگدانه‌های طبیعی که طی تاریخچه زمین شناسی در معرض فرسایش امواج یا آب قرار داشته‌اند، ضرورتاً کروی شکل هستند. سنگدانه‌های دیگر که با فرآیند سنگ شکنی تهیه شده‌اند چهار گوشه یا بسیار گوشه دار با گوشه‌های تیز می‌باشند. متخصصان بتن علاقمندند با تغییر شکل سنگدانه‌ها (بدون تغییر انداره آنها) میزان تخلخل سنگدانه را تغییر دهند. هنگام استفاده از درشت دانه بسیار تیز گوشه با میزان تخلخل بیشتر، به منظور حثول بتن کارآ بایستی میزان ماسه بیشتری را به کار برد. برعکس، درشت دانه کاملاً گردگوشه با دانه‌های کروی شکل به ماسه کمتری نیاز دارند. به هر حال جالب توجه است که بدانیم غالباً مقاومت فشاری بتنی که با دو سنگدانه کاملاً متفاوت و با میزان سیمان یکسان در هر متر مکعب بتن ساخته می‌شود، تقریباً یکسان است. تلاش سرای به وجود آوردن مقیاس عددی روی شکل دانه‌ها به نحوی که آنها را بهتر از واژه‌های «گردگوشه». «نیمه تیزگوشه» و «تیزگوشه» مشخص کند، به تدوین روش آزمایش ASTM D3398 انجامیده است(۱۲).‌این آزمایش مستلزم تراکم سنگدانه در قالب استوانه‌ای می‌باشد.

بافت سطحی انواع سنگدانه‌ها
بافت سطحی انواع سنگدانه‌ها

منبع: مؤسسه استانداردهای انگلیس (BS)

شکل و بافت سطحی ریزدانه نیز با آزمایش جریان روزنه(۱۳)و به روش‌های دیگر اندازه‌گیری می‌شود. تحقیقات نشان می‌دهد که شکل و بافت سطحی ریزدانه بیش از درشت دانه بر مقاومت بتن تأثیر می‌گذارد(۱۴). مقدار ماسه شدیداً بر میزان آب لازم برای حصول اسلامپ مشخص تأثیر می‌گذارد.

به لحاظ نامشخص بودن نقش شکل ذرات و سنگدانه در تکنولوژی بتن، معدودی از مشخصات ملزومات خاصی را برای درشت دانه‌ها توصیه می‌کنند، مگر محدود نمودن میزان حداکثر دانه‌های پولکی و طویل به حدود ۱۰ تا ۱۵ % وزن درشت دانه‌ها به منظور به حداقل رساندن زبری مخلوط بتن که طی عملیات پرداخت ممکن است سطح آن شکاف بردارد. بزرگترین بُعد منشور قائم الزاویه محیط بر چنین دانه‌هایی به کوچکترین بُعد آنها بزرگتر از ۵ می‌باشد. در بتن‌های با سنگدانه نمایان گاهی اوقات به منظور‌ایجاد نمای زیبا و جذاب از دانه‌های کاملاً شکسته یا کاملاً گردگوشه استفاده می‌گردد.

گاهی اوقات مشخصات با کنترل کیفیت شن از طریق الزام بر شکستن دانه‌های بزرگ، سهواً شکل دانه را تغییر می‌دهند. بایستی تصمیم گیری کرد که‌ایا کیفیت مورد بحث تنها در بخش درشت دانه توده شن مطرح است. در‌این مورد، چنانچه در دانه پس از خرد شدن دارای حداقل یک وجه شکسته باشد، کیفیت مورد تأیید می‌باشد.

در مجموع، اگر مخلوط طوری تنظیم شود که مانند مخلوط‌های حاوی سنگدانه‌های شکسته یا سرباره آهن گدازی حشن نباشد، شکل درشت دانه‌های بتن مسئله مهمی‌به وجود نخواهد آورد، بررسی‌های اخیر نشان می‌دهد که شکل ریزدانه‌ها مهمتر از آن است قبلاً تصور می‌شد.

روش آزمایش استاندارد ASTM D3398 جهت ارزیابی شکل ریزدانه و درشت دانه‌ها تدوین شده است.

 

مقاومت سازه‌ای

بتن با مقاومت بالا را نمی‌توان با سنگدانه دارای ساختار ضعیف، ساخت. برای نمونه، مقاومت فشاری ۲۸ روزه بتن عایق بندی که حاوی سنگدانه ورمیکولیت که خود ماده‌ای نرم و شکننده است، از MPa 25/5 تجاوز نمی‌کند در حالی که مقاومت بتن با نسبت بندی و عمل آوری دقیق حاوی سنگ آهک پُر مقاومت شکسته، سنگ آذرین سیاه شکسته یا شن کوارمزیتی از MPa70 فراتر می‌رود. علیرغم رابطه تقریباً واضح بین مقاومت بتن و مقاومت سنگدانه، حداقل در موارد بسیاری عوامل دیگری نظیر شکل دانه، بافت سطحی، دانه بندی و نسبت آب به سیمان بتن، ارزیابی دقیق سهم مقاومت ساره‌ای سنگدانه را به تنهایی ناممکن می‌سازند.‌این امر علیرغم تلاش تحقیقاتی فراوان رخ می‌دهد. برای نمونه مقاومت فشاری سنگ‌های مختلف در جدول زیر مشهود است.

 

 

مقاومت فشاری سنگ‌هایی که عموماً به عنوان سنگدانه بتن مورد استفاده قرار می‌گیرند
مقاومت فشاری سنگ‌هایی که عموماً به عنوان سنگدانه بتن مورد استفاده قرار می‌گیرند

تغییرات مقاومت فشاری حتی در سنگ‌های مشابه، پیش بینی مقاومت‌های بتن را دشوار می‌سازد. انجام آزمایش‌های مدول الاستیسیته نیز نتوانسته‌اند به‌این پیش بینی کمک کنند. اثر  شکل، بافت و مدول الاستیسیته سنگدانه بر مقاومت بتن در جدول زیر جلوه می‌نماید.

 

مشارکت نسبی شکل، بافت سطحی و مدول الاستیسیته سنگدانه بر روی مقاومت بتن
مشارکت نسبی شکل، بافت سطحی و مدول الاستیسیته سنگدانه بر روی مقاومت بتن

در بتن‌ های توانمند که مقاومت آنها در سن ۵۶ روز بین MPa 97 تا MPa 107 بوده، مقاومت بتن حاوی گرانیت کمترین بوده است و مقاومت چهار نوع سنگ گرانیت شکسته، شن سیلیسی گرد و صیقلی، سنگ آهک شکسته و دیاباز شکسته بالاتر بوده است. مدول الاستیسیته بتن نیز در همین سن به ترتیب گرانیت، شن، دیاباز و سنگ آهک افزایش یافته است. سنگدانه‌های درشت ریزبافت برای بتن با کیفیت بالا بهتر است. به علاوه جهت بررسی خواص الاستیک بتن‌های با کیفیت بالا نیاز به تحقیق می‌باشد. آزمایش سایش لوس آنجلس اغلب در‌ایالات متحده جهت ارزیابی کلی کیفیت سازه‌ای درشت دانه مورد استفاده قرار می‌گیرد. در‌این آزمایش نمونه سنگدانه به دقت دانه بندی و توزین شده و به همراه چند گلوله فولادی درون استوانه فولادی تو خالی که به صورت افقی دوران می‌کند، ریخته می‌شود. محفظه‌ای درون استوانه چرخان در هر گلوله‌ها و سنگدانه را بلند کرده است و هنگامی‌که محفظه به بالاترین نقطه حرکت خود می‌رسد، آنها را می‌اندازد. لذا سنگدانه طی ۵۰۰ دور چرخش استوانه در معرض سایش و غلطش و ضربات شدید قرار می‌گیرد. پس از پایان تعداد لازم دور استوانه سنگدانه مجدداً بررسی می‌گردد تا میزان دانه‌های شکسته شده ریزتر از الک نمره ۱۲ تعیین گردد. به جز در مورد روباره آهن گدازی به نظر می‌رسد‌این آزمایش راه حل سودمندی جهت تشخیص صحت ساختاری کلی سنگدانه می‌باشد. استفاده از‌این آزمایش در مشخصات اکثر مؤسسات نمایانگر صحت‌این مطلب است.

عموماً گفته می‌شود که مقاومت خمشی بتنی که در طرح روسازی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، اساساً به کیفیت سازه‌ای درشت دانه وابسته است. هیچ آزمایش مجزا یا گروه آزمایش‌های متداولی که در حال حاضر قادر باشند مقاومت خمشی پایین یا بالا را به نحو قابل اطمینان پیش بینی کنند، وجود ندارد. ظاهراً جایگزینی برای ساختن واقعی مخلوط‌های آزمایشی بتن و تعیین مقاومت خمشی یا آزمایش مربوط به آنها وجود ندارد.

بیشتر بخوانید  خواص فیزیکی سیمان
دستگاه سایش لوس آنجلس.
دستگاه سایش لوس آنجلس.

 

 

چگالی و جذب آب

چگالی مبین وزن سنگدانه نسبت  به وزن همان حجم آب می‌باشد. مثلاً، چگالی متوسط گرانیت مطابق جدول زیر برابر ۲٫۶۵ می‌باشد. لذا چون وزن واحد حجم آب kg/m31000 است، وزن یک متر مکعب گرانیت یکپارچه حدوداً kg2650=1000×۲٫۶۵ می‌باشد. در هر صورت کلیه سنگدانه‌ها تا حدی متخلخل هستند و هنگامی‌که در مخلوط بتن ریخته می‌شوند، آب به درون حفرات با فضاهای موبینه آنها نفوذ می‌کند یا‌اینکه اغلب اوقات هنگام ریختن درون بتن مرطوب هستند. لذا بایستی تعریف دقیقی از چگالی با احتساب وزن و حجم بخشی از آب که درون ذرات وجود دارد، ارائه گردد (شکل زیر). آب آزاد موجود روی سطوح خارجی سنگدانه مرطوب در محاسبه چگالی منظور نمی‌شود لیکن در نسبت آب به سیمان بتن سهیم است.لازم به ذکر است که طبق تعریف فضاهای خالی بین ذرات سنگدانه در چگالی آن نقشی ندارند. برای نمونه، چگالی گرانیت متوسط بدون توجه به‌اینکه شامل مصالح تیزگوشه استخراجی از سنگ با ذرات گردگوشه حاصل از توده شنی باشد، مقداری ثابت است.‌این مطلب در مورد جذب آب نیز صادق و لذا چگالی و جذب آب هر دو جزء خواص بنیادی سنگ هستند و به روش فرآوری بستگی ندارند.

سنگدانه مرطوب که نمایانگر پخش آب خارجی و داخلی می‌باشد.
سنگدانه مرطوب که نمایانگر پخش آب خارجی و داخلی می‌باشد.

جذب آب سنگدانه به صورت دلخواه، میزان آب ورودی به خلل و فرج با حفرات مویینه طی خیساندن به مدت ۲۴ ساعت می‌باشد که براساس وزن سنگدانه خشک شده در گرمخانه به شرح زیر محاسبه می‌شود:

که در آن:

A = وزن نمونه خشک شده در گرمخانه در هوا (gr)

B = وزن نمونه در حالت اشباع با سطح خشک در هوا (gr)

مقادیر متوسط جذب آب انواع سنگ در جدول زیر دیده می‌شوند. مشهود است که بعضی سنگ‌های رسوبی نرمتر و یا تخلخل بیشتر، نوعاً مقادیر جذب اب بیشتری دارند. سنگدانه‌هایی که تا حد اشباع آب جذب کرده‌اند لیکن سطوح آنها به نحو مشهودی مرطوب نیست در حالت اشباع با سطح خشک نامیده می‌شوند که معمولاً با SSD نشان داده می‌شوند.

مؤسسات مختلف در مورد‌اینکه بهتر است مقادیر اجزای متشکله پیمانه بتن را برحسب سنگدانه‌های خشک شده در گرمخانه یا اشباع با سطح خشک محاسبه کرد، هم عقیده نیستند.‌این مطلب موجب دو تعریف از چگالی یعنی توده ویژه یا توده ویژه براساس شرایط اشباع با سطح خشک شده است. اختلاف شده است. اختلاف‌این دو تعریف را می‌توان با در نظر گرفتن درشت دانه‌ای که در آب قرار داشته و سپس سسطح آن خشک شده و در هوا توزین شده است و دوباره در آب توزین شده، نشان داد.

که در آن:

A = وزن نمونه خشک شده در گرمخانه، در هوا (gr)

B = وزن نمونه در حالت اشباع با سطح خشک، در هوا (gr)

C = وزن نمونه اشباع شده، در آب (gr)

نیروی شناوری برابر B-C در هر دو حالت در مخرج کسر ثابت است و در سیستم متریک معادل حجم سنگدانه برحسب سانتی متر مکعب می‌باشد چنان که گویی هر ذره در پوشش بی نهایت نازکی که حجم توده بع علاوه حفرات قابل نفوذ را در بر می‌گیرد، محصور است. چنانچه مقدار جذب آب سنگدانه معین باشد، توده ویژه در حالت اشباع با سطح خشک از توده ویژه (که گاهی اوقات برای جلوگیری از اشتباه توده ویژه براساس وزن خشک نامیده می‌شود) با رابطه زیر محاسبه می‌گردد:

(جذب آب + ۱) توده ویژه = توده ویژه SSD

که جذب آب به صورت کسر اعشاری است. لذا دولومیت که مطابق جدول زیر دارای توده ویژه متوسط ۲٫۷ و میزان جذب آب متوسط ۱٫۱ درصد می‌باشد، با محاسبه مقدار توده ویژه آن در حالت اشباع با سطح خشک برابر ۲٫۷۳=(۰٫۰۱۱+۱) ۲٫۷۰ می‌باشد. البته با استفاده از معادله بالا می‌توان توده ویژه را با تقسیم توده ویژه (SSD) بر (جذب آب+۱) محاسبه کرد که در‌این رابطه نیز جذب آب به صورت کسر اعشاری است. جزییات بیشتری در مورد استفاده از چگالی و جذب آب در محاسبات مخلوط بتن در قسمت های بعدی ارائه خواهد شد. مراحل تعیین چگالی و جذب آب سنگدانه‌ها در آزمایشگاه در آزمایش تعیین چگالی و جذب آب درشت دانه‌ها (ASTM C127) و آزمایش تعیین چگالی و جذب آب ریزدانه‌ها (ASTM C128) بیان شده است. چگالی سنگدانه الزاماً با رفتار سنگدانه مرتبط نیست. لیکن، مطابق جدول ۲-۳ سه نوع سنگ شیل، ماسه سنگ و چرت عملکرد ضعیفی در بتن حصوصاً در بتن نما در آب و هوای شمالی دارند. همانطور که در جدول مشهود است. چگالی‌این سنگ‌ها از دیگر سنگ‌ها کمتر است. به همین دلیل کارخانه‌های جداسازی به کمک مایعات سنگین که مصالح را براساس چگالی آنها مرتب می‌کند، در بیشتر مناطق عملکرد موفقی داشته‌اند. روباره آهن گدازی سرد شده در هوا استثنای عمده در قانونی است که تصریح می‌کند مصالح با چگالی کم مسلماً عملکرد نامناسبی دارند زیرا که چگالی آن به دلیل تخلخل زیاد ذرت آن به کمی‌ ۲٫۲ است لیکن از نظر فنی در زمره سنگدانه‌های سبک قرار نمی‌گیرد. چگالی بتنی که با چنین روباره‌ای ساخته شود، حدوداً kg/m3 170 کمتر از بتن حاوی سنگدانه‌های طبیعی می‌باشد.

فضای خالی و دانه بندی

فضاهای خالی: میزان فضای بین ذرات سنگدانه (با حفرات) به نحو چشمگیری تحت تأثیر میزان تراکم، شکل سنگدانه و بافت سطحی آن و میزان اندازه ذرات یعنی دانه بندی سنگدانه قرار دارد. سنگدانه دانه بندی شده حاوی مقادیر مناسب ذرات ریزتر به صورت تصاعدی می‌باشد تا روزنه‌های بین ذرات بزرگتر را پُر کنند و لذا میزان حفرات را کاهش دهند. لیکن سنگدانه بخوبی دانه بندی شده که میزان حفرات را به حداقل برساند، تنها عامل حصول بتن مطلوب نیست. در حقیقت، سنگدانه‌های با دنده بندی گسسته که از یک اندازه الک یا بیشتر محروم هستند به نحو مطلوب مورد استفاده قرار گرفته‌اند و حتی مورد تشویق برخی محققان نیز می‌باشند. میزان فضاهای خالی بین سنگدانه‌ها به کمک رابطه زیر محاسبه می‌شود:

که در آن:

S = توده ویژه (براساس سنگدانه خشک)

M = وزن واحد حجم سنگدانه (kg/m3)

مقدار M به میزان تلاشی که صرف متراکم کردن سنگدانه می‌شود، بستگی دارد. دو حالت استاندارد در حالت خشک غیرمتراکم و در حالت خشک میله خورده که به وفور در مباحث تکنولوژی بتن مورد استفاده قرار می‌گیرد، در روش استاندارد آزمایش تعیین وزن واحد حجم سنگدانه (ASTM C29) تعریف شده‌اند. میزان فضاهای خالی سنگدانه‌های متداول بتن بین ۳۰ تا ۵۰ درصد تغییر می‌کند. میزان فضاهای خالی در مخلوط‌های درشته دانه و ریزدانه به دلیل درهم آمیختن اندازه‌های مختلف نسبت به هر کدام از آنها به صورت جداگانه کمتر می‌باشد.

دانه بندی: سنگدانه‌های بتن تقریباً همیشه پس از حفاری یا استخراج، با فرآیند سرند کردن به‌اندازه‌های مناسب در می‌آیند. برای اطمینان از‌اینکه‌اندازه‌های مورد نیاز در محصول وجود دارند از روش تجزیه مکانیکی با آزمایش الک کردن استفاده می‌شود. در‌این آزمایش نمونه سنگدانه توزین شده را روی سری الک‌های آزمایشی که از بالا و پایین مرتباً چشمه‌های آنها کوچکتر می‌شوند، قرار می‌دهند. سپس مجموعه الک‌ها به کمک دست یا به کمک لرزاننده مکانیکی لرزانده می‌شود تا زمانی که با ادامه لرزاندن هیچ ذره‌ای از الکی که روی آن قرار دارد، عبور نکند. پس از آن سنگدانه‌ها روی هر الک به صورت مجزا توزین می‌شود و محاسبات براساس درصد‌های مانده یا عبوری صورت می‌پذیرد. جزئیات مراحل انجام آزمایش در استاندارد ASTM C136 بیان شده است. جداول ۲-۷ و ۲-۸ به ترتیب نمونه‌ای از اطلاعات مربوط به تجزیه مکانیکی دو نوع ریزدانه و درشت دانه را نمایش می‌دهند. مدول نرمی‌سنگدانه در ستون چهارم هر جدول محاسبه شده است. عدد به دست آمده معیار مناسبی برای درشتی یا ریزی کلی سنگدانه می‌باشد. مدول نرمی‌مجموع درصدهای تجمعی مانده روی مجموعه الک‌های کاملاً مشخص تقسیم بر ۱۰۰ می‌باشد. الک‌های لازم برای تعیین مدول نرمی‌تنها نمره ۱۰۰، نمره ۵۰، نمره ۳۰، نمره ۱۶، نمره ۸، نمره ۴، mm9.5، mm19، mm38، mm75  و mm150 می‌باشند. با توجه به جدول زیر مشهود است که برای محاسبه مدول نرمی، الک‌هایی که در‌این مجموعه الک‌های مشخص نیستند، حذف شده‌اند. مدول نرمی‌سنگدانه اغلب به عنوان مشخصه یکنواختب لازم مورد استفاده قرار می‌گیرد که در حمل و نقل‌های متوالی نباید بیش از ۰٫۲ نسبت به مدول نرمی‌پایه تغییر کند. اندازه‌گیری مدول نرمی‌از آن جهت دارای اهمیت است که نیاز به تغییر نسبت‌های اختلاط بتن در اثر تعییرات عمده دانه بندی را مشخص می‌کند. دانستن‌این مطلب که مدول نرمی‌دانه‌های درشت تر و با اندازه بزرگتر، بیشتر از ریزدانه‌ها است، مفید می‌باشد.

بیشتر بخوانید  فولاد های بتن پیش تنیده

آخرین ستون جداول زیر نمایانگر حدود دانه بندی است که در ASTM C33 برای ماسه و درشت دانه‌های اندازه ۵۷ بتن ارائه شده است. ملزومات دانه بندی درشت دانه‌ها در بیشتر رده‌های مورد نیاز بتن در جدول زیر آمده است.

 

نمونه‌ای از تجزیه مکانیکی (الک کردن) ریزدانه بتن
نمونه‌ای از تجزیه مکانیکی (الک کردن) ریزدانه بتن
نمونه‌ای از تجزیه مکانیکی (الک کردن) درشت دانه بتن (اندازه 57 استاندارد ASTM)
نمونه‌ای از تجزیه مکانیکی (الک کردن) درشت دانه بتن (اندازه ۵۷ استاندارد ASTM)

گاهی اوقات رسم منحنی دانه بندی سنگدانه‌ها روی فرم مخصوصی که بدین جهت تهیه شده، درک دانه بندی را ساده می‌سازد. منحنی دانه بندی درشت دانه و ماسه جداول ۲-۷ و ۲-۸ همراه با نواحی‌هاشور خورده که نمایانگر حدود مجاز دانه بندی همان سنگدانه‌ها که در استاندارد ASTM C33 ارائه گردیده، در شکل رسم شده‌اند. رسم منحنی دانه بندی تمایل به استفاده از اطلاعات به صورت جدولی را کاهش می‌دهد. برای نمونه،‌این منحنی به وضوح نشان می‌دهد که در درشت دانه جدول بالا، درصد عبوری از الک mm9.5 به حدود مرزی اندازه ۵۷ بسیار نزدیک است چون که منحنی دانه بندی واقعی تقریباً خارج ناحیه‌هاشور خورده قرار گرفته است.

در شکل  محور افقی نمایانگر اندازه چشمه‌های الک با مقیاس لگاریتمی‌می‌باشد. فرم‌هایی نیز موجودند که فاصله‌ها با اندازه چشمه‌های الک به توان ۰٫۴۵ متناسب هستند. اغلب به منظور رسم منحنی دانه بندی سنگدانه‌های با دانه بندی متراکم نظیر اساس راه یا مخلوط‌های قیری از‌این فرم استفاده می‌شود. بیشتر مواقع منحنی دانه بندی که روی‌این فرم رسم می‌گردد، به خط مستقیم نزدیک است که نشخیص اختلاف دانه بندی‌ها را با چشم بسیار آسان می‌سازد.

 

 

ملزومات دانه بندی درشت دانه‌ها (خلاصه توصیه‌های استاندارد)
ملزومات دانه بندی درشت دانه‌ها (خلاصه توصیه‌های استاندارد)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

منحنی دانه بندی سنگدانه. منحنی دانه بندی ماسه در سمت چپ و درشت‌دانه‌اندازه 57 در سمت راست دیده می‌شوند
منحنی دانه بندی سنگدانه. منحنی دانه بندی ماسه در سمت چپ و درشت‌دانه‌اندازه ۵۷ در سمت راست دیده می‌شوند

 

 

 

 

در تولید تجاری بایستی مقدار اندکی دانه‌های دارای اندازه بزرگ[۱] را جایز دانست. ضمنا لازم به‌ذکر است که حداکثر اندازه سنگدانه در ستون جدول بالا همیشه یک اندازه کوچکتر از آن الکی است که انتظار می‌رود ۱۰۰ درصد مصالح از آن بگذرند. چنین تعریفی از حداکثر سنگدانه به‌‌صورت ضمنی در انتخاب نسبت‌های بتن از جمله آب اختلاط، ابعاد قالب و فواصل میلگردهای مسلح‌کننده تاثیر می‌گذارند که جزییات آن درقسمت های بعدی قرار می‌گیرند. حداکثر اندازه دانه‌ها همچنین اقتصادی بودن فرآوری توده سنگدانه معین را تعیین می‌کند. چنانچه پروژده‌های بزرگ موجود در منطقه نیازمند سنگدانه‌ای با حداکثر اندازه mm37.5 هستند و توده مورد نظر فاقد آن می‌باشد، بایستی مصالح مناسب با اندازه بزرگتر از جای دیگر آورده شود (که البته فرآیندی پرهزینه می‌باشد). از سوی دیگر، چنانچه توده مورد نظر حاوی قلوه‌سنگ‌ها و تخته‌سنگ‌های زیاد با کیفیت خوب که قابل خرد شدن به‌حداکثر اندازه مناسب هستند، باشد این امر هزینه اضافی دربر خواهد داشت. در مورد اخیر می‌توان از اندازه‌های بزرگ جهت بهبود توده با کیفیت پایینتر حاوی اندازه‌های کوچک استفاده نمود.

مخلوط کردن سنگدانه‌ها به‌منظور دستیابی به‌اهداف مختلفی نظیر بهبود سنگدانه به کمک سنگدانه با کیفیت بالاتر جهت دستیابی به‌مخلوط مناسب یا جبران نقایص دانه بندی صورت می‌پذیرد. چنانچه مدول نرمی‌یا دانه‌بندی سنگدانه مرکب حائز اهمیت باشد، با معین بودن مشخصات سنگدانه‌های متشکله می‌توان هر یک از این دو را تعیین نمود. اگر دو نوع مصالح A و B که مدول نرمی‌آنها به‌ترتیب FMA و FMB می‌باشد، با هم مخلوط شوند مدول نرمی‌مخلوط حاصله از رابطه زیر به‌دست می‌آید:

که PA و PB درصد وزنی سنگدانه‌های A و B در مخلوط هستند. به‌عنوان مثال چنانچه ماسه جدول ۲-۷ (با مدول نرمی‌۲٫۹۵) با درشت‌دانه جدول زیر (با مدول نرمی‌۷) با نسبت ۴۰% ماسه و ۶۰% درشت‌دانه مخلوط شوند، مدول نرمی‌ مخلوط برابر است با

اگر لازم باشد نسبت ترکیب مصالح A و B به‌منظور حصول مخلوطی با مدول نرمی‌معین تعیین گردد، مقدار مصالح A از رابطه زیر محاسبه می‌گردد:

به‌عنوان مثال اگر بخواهیم درشت‌دانه‌ها و ریزدانه‌های قبل را با یکدیگر مخلوط کنیم تا مخلوطی با مدول نرمی‌۵٫۲۰ حاصل می‌گردد:

و درصد وزنی ریزدانه برابر است با۴۵%=۵۵-۱۰۰

بیشتر مواقع مشکل این است که دو یا چند نوع مصالح را به چه نسبتی مخلوط کنیم تا دانه بندی معینی حاصل گردد. مثلا، دو ماسه فرضی زیر مه به‌ترتیب با عناوین ریز و درشت مشخص شده‌اند را در نظر بگیرید. دانه بندی هریک از آنها در زیر با ملزومات دانه بندی ماسه بتن مطابق ASTM C33 مقایسه شده است.

بررسی دانه‌بندی‌ها آشکار می‌سازد که هر دو ماسه با ملزومات استاندارد C33 فاصله عمده‌ای دارند. لذا این سوال مطرح می‌شود که‌ایا مخلوط کردن می‌تواند راه علاج مناسبی باشد. بعضی افراد ترجیح می‌دهند ابتدا منحنی‌های دانه‌بندی را نظیر شکل  روی کاغذ رسم کنند. سپس با در‌ک هندسی می‌توان حدس زد که‌این دو خط را چقدر بایستی به راست یا چپ کشید تا درون نوار دانه‌بندی مجاز بیافتد.

روش دیگر، سعی و خطا بدون رسم منحنی است. مثلا در جدول فوق ابتدا می‌توان به‌درصد عبوری از الک نمره ۵۰ توجه کرد، زیرا اکثر متخصصان بتن این مقدار را عامل مهم مؤثر بر کارآیی بتن می‌دانند. در اولین سعی می‌توان مخلوط ۵۰-۵۰ را در نظر گرفت تا درصد عبوری برابر با ۲۲٫۵% =  در دامنه ۱۰ تا ۳۰% قرار گیرد. لیکن فورا دیده می‌شود که‌این نسبت مناسبی برای الک نمره ۸ نیست، زیرا ۷۷٫۵% =    که خارج از محدوده ۸۰ تا ۱۰۰% می‌باشد. سپس می‌توان با اندکی ماسه ریز بیشتر نسبت ۴۰-۶۰ را امتحان کرد که درصدهای زیر نتیجه می‌شوند:

بیشتر بخوانید  افزودنی بتن | انواع مواد افزودنی بتن کدامند و کاربرد هر کدام چیست؟

مخلوط ۴۰-۶۰ به‌خوبی ملزومات دانه‌بندی استاندارد C33 را برآورده می‌سازد. بررسی بیشتر نشانگر این است که تنها درصد بسیار کمی‌می‌توان ماسه ریز را بیش از این افزایش داد زیرا درصد عبوری از الک نمره ۱۰۰ نزدیک به‌حد بالایی می‌باشد.

مواد زیان آور

برخی سنگدانه حاوی ذرات معدنی هستند که در شرایطی که بتن نمایان است منجر به تغییر حجم اضافی و در نتیجه تخریب سطح بتن می‌گردند یا تنش داخلی کافی برای ایجاد ترک‌خوردگی و آسیب زدن به انسجام سازه‌ای بتن را به‌وجود می‌آورند. در شرایط محیطی دیگر امکان دارد تاثیر همین مواد معدنی قابل چشم‌پوشی باشد. در بعضی انواع سنگ‌ها تر و خشک شدن یا اشباع شدن با آب همزمان با یخ زدن و آب شدن عامل تخریب می‌باشد. مورد اخیر در چرت‌های سبک‌دانه و متخلخل، ماسه‌سنگ‌های به‌شدت و برخی شیل‌ها کاملا صادق است. حجم آب درون خلل و فرج سنگدانه‌ها هنگام یخ زدن حدود ۱۰ درصد افزایش یافته و در سنگدانه‌هایی که قادر به‌تحمل چنین افزایش حجمی‌نیستند، منجر به‌خرابی شدید می‌گردد. چنانچه ذرات بسیار نرم نظیر گل اخری مجاور سطوح بتنی در معرض سایش قرار گیرند، مضر هستند زیرا پوشش نازک ملات روی ذرات زدوده شده و قطعات نرم زیرین نمایان می‌گردند که آبله‌رویی سطح را درپی خواهد داشت.

پوشش رسی چسبیده به‌ذرات سنگدانه‌ که طی فرآیند اختلاط بتن وجود دارد، می‌تواند چسبندگی سنگدانه‌ به‌خمیر سیمان را زابل کند. لذا مشخصات، مقدار مواد بسیار ریز (عبوری از الک نمره ۲۰۰) که با شست‌و شو قابل هستند را محدود می‌کنند. مصالح شبه رسی چه شکل پوشش روی سنگ‌ها چه به صورت پراکنده درون سنگ‌هایی نظیر سنگ آهک‌های رسی به‌لحاظ اینکه حجم سنگ تحت تاثیر میزان رطوبت قرار می‌گیرد، مطلوب نمی‌باشد. جمع‌شدگی و تورم در بتن زیان‌آور است. با استفاده از این نوع سنگ‌ها ترک‌خوردگی ناشی از جمع‌شدگی و تورم در دال‌ها یا قطعات حجیم یا از طرف دیگر اعضاء ممقید مشاهده شده است. به‌کارگیری جمع‌شدگی ناشی از خشک شدن بتن به‌عنوان معیار پذیرش، می‌توان کاربرد چنین سنگ‌های حساس به‌رطوبت را متوقف نمود.

مصرف زغال‌سنگ و لیگنیت نیز در بتن مطلوب نمی‌باشد. خصوصا لیگنیت (ماده سیاه مایل به‌قهوه‌ای بین زغال‌سنگ و تورب[۲]) از این جهت که هنگام تجزیه، لکه‌های ‌قهوه‌ای بدنمایی یروی سطح بتن ایجاد می‌کند، نامناسب است.

حدود مجاز مواد زیان‌آور موجود در ریزدانه‌ها و درشت‌دانه‌ها مطابق استاندارد مشخصات سنگدانه‌های بتن (ASTM C33) در جداول ۲-۱۰ و ۲-۱۱ ارائه شده است.

 

حدود مجاز مواد زیان‌آور در ریزدانه‌ بتن+
حدود مجاز مواد زیان‌آور در ریزدانه‌ بتن+
حدود مجاز مواد زیان‌آور در دشت‌دانه بتن
حدود مجاز مواد زیان‌آور در دشت‌دانه بتن++

 

 

  • این حدود تنها در مواردی مورد استفاده قرار می‌گیرد که نرمی‌خود ذرات درشت‌دانه در عملکرد بتن نقش بسزایی دارند نظیرکف‌های پر تردد یا شرایط محیطی دیگری که سختی سطح از اهمیت بسزایی برخوردار است.
  • · این حدود تنها در مورد سنگدانه‌هایی به کار می‌رودکه چرت به‌عنوان ناخالصی در آنها وجود دارد و در مورد شن‌هایی که بخش عمده آن چرت باشد، مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. محدودیت‌هایی سلامت سنگ‌دانه بایستی براساس سابقه بهره‌برداری در شرایط محیطی که سنگدانه‌ها مورد استفاده قرار می‎‌گیرند، تعیین گردد.

+ تلاشی، شکافتگی یا شکست حقیقی در نظر گرفته می‌شود که با بازرسی چشمی‌قابل تشخیص باشد.

++ چنانچه در سنگدانه‌های شکسته، مواد ریزتر از الک نمره ۲۰۰ شامل گرد سنگ ناشی از شکستن (و ضرورتا عاری از رس یا شیل) باشد، این درصد را می‌توان به ۱٫۵ درصد افزایش داد.

منبع: ASTM C33

معهذا رده دیگری از سنگ‌ها با قلیایی‌های سیمان واکنش مخربی می‌دند که منجر به‌ فعالیت قلیایی سنگدانه یا فعالیت کربناتی سنگ می‌شوند. واکنش دسته اول در بتن‌هایی که در معرض شرایط محیطی مرطوب قرار داشته‌اند و سنگدانه‌ها حاوی میزان کافی اپال، کلدونی، تری‌دیمیت، کریستوبالیت و ریولیت‌ها، آندزیت‌ها یا داسیت‌های معین بوده‌اند، منجر به‌انسباط شدیدا مخربی گشته است. اگرچه یخ زدن و آب شدن گاهی اوقات در سازه عاملی مشکل‌آفرین است، لیکن لزوما آغازگر این فعالیت مخرب نمیباشد. شکل نمایانگر مناطقی از ایالات متحده که فعالیت قلیایی سنگدانه در سازه‌ها دیده شده است(۱۶)و(۷).

ارزیابی سنگدانه‌ای مشکوک به‌واکنش قلیایی سنگدانه یا واکنش قلیایی-کربناتی سنگ است جهت استفاده در کار خاص نیازمند درجه بالایی از قصاوت مهندسی و بررسی دقیق سابقه عملکرد آن در شرایط مشابه می‌باشد. مشخصه ASTM C33 معیار مناسبی جهت ارزیابی امکان فعالیت قیلیایی سنگدانه و معیاری برای تشخیص فعالیت قلیایی-کربناتی سنگ، ارائه می‌دهد(۷).

 

 

 

 

 

 

مناطقی که واکنش قیلیایی سنگدانه‌ گزارش شده است(16)و(7). راهنما:´  منابع سنگ شکسته واکنش‌زا. · منابعی که تحت تاثیر واکنش قلیایی-سیلیسی قرار گرفته‌اند. Ä منابعی که تحت تاثیر واکنش قلیایی- کربناتی قرار گرفته‌اند.
مناطقی که واکنش قیلیایی سنگدانه‌ گزارش شده است(۱۶)و(۷). راهنما:´  منابع سنگ شکسته واکنش‌زا. · منابعی که تحت تاثیر واکنش قلیایی-سیلیسی قرار گرفته‌اند. Ä منابعی که تحت تاثیر واکنش قلیایی- کربناتی قرار گرفته‌اند.

 

به احتمال قوی، شناسایی قطعی و تعیین درجه قابلیت تخریب سنگ‌هایی که در خرابی بتن ناشی از یخ‌زدن و آب‌شدن سهیم هستند، در حال حاضر پرزحمت ترین مساله‌ای است که هم تولیدکنندگان و هم مصرف‌کنندگان سنگدانه‌ها با آن مواجهند. تلاش در زمینه تدوین معیارها و آزمایش‌های مربوطه ثمربخش بوده و استانداردهای زیر مورد استفاده قرار گرفته‌اند:

۱- آزمایش تعیین سلامت سنگدانه‌ها با استفاده از سولفات سدیم یا سولفات منیزیم (ASTM C88).

۲- آزمایش بررسی مقاومت بتن در برابر یخ زدن وآب ‌شدن (ASTM C666).

۳- آزمایش تعیین پتانسیل تغییر ترکیبات سیمان و سنگدانه (ASTM C342).

۴- آزمایش بررسی مقاومت درشت‌دانه‌های بتن با حباب هوا در برابر یخبندان به کمک روش‌های انسباط بحرانی (ASTM C682).

۵- آزمایش تعیین پتانسیل واکنش قیلیایی سنگ‌هایی کربناتی ((ASTM C586.

ناخالصی‌های آلی

گاهی موانع ناخالصی‌های آلی ریزدانه‌های طبیعی ، روند هیدراتاسیون سیمان و در نتیجه نرخ کسب مقاومت بتن را کند می‌کنند. معمولا با روبه‌برداری توده به‌صورت کامل و مناسب و شست‌و‌شوی شدید ماسه، از چنین ناخالصی‌های پرهیز می‌گردد. بخش بزرگی از مشکلات مرتبط با ماسه همراه با مواد آلی فراوان، به‌کمک تجهیزات پیشرفته شست‌وشو که امروزه در اختیار تولیدکنندگان قرار گرفته حل شده است. وجود ناخالصی‌های آلی فراوان در ماسه به‌کمک آزمایش کلریمتری هیروکسید سدیم (ASTM C40) مشخص می‌گردد. ممکن است بعضی ناخالصی‌های ماسه، از نوع شدیدا آلی تشخیص داده شود لیکن در حقیقت زیان‌آور نباشد. این مساله به کمک آزمایش (ASTM C87) ارزیابی می‌گردد.

افزایش حجم ظاهری ماسه مرطوب

حجم ناخالص[۳] ماسه مرطوب نظیر ماسه‌ای که تازه از دستگاه ماسه‌شور بیرون می‌اید یا حتی پس از دپو کردن دراز‌مدت آن، به‌لحاظ احاطه هر ذره با لایه آب اطراف آن، به‌میزان قابل توجهی بیشتر از ماسه خشک می‌باشد. لایه‌های نازک آب مانع لغزیدن ذرات روی یکدیگر و حضور تراکم می‌شود. افراد غیر متخصص اغلب برخلاف این مطلب تصور می‌کنند که وجود رطوبت عامل بهبود تراکم است. شکل زیر منحنی احجام واقعی ماسه بتن در برابر میزان رطوبت را نشان می‌دهد. حجم اکثر ماسه‌های بتن، در رطوبت ۵ تا ۶% به‌حداکثر مقدار خود می‌رسد. حساسیت حجم ماده به‌تغییرات جزیی رطوبت و در نتیجه قطعی نبودن میزان ماسه موجود در حجم مشخصی ماسه مرطوب موجب عدم استفاده از نسبت‌های حجمی‌در بتن کارگاهی شده است. به همین دلیل، تقریبا در کلیه مناطق روش فروش ماسه از پیمانه کردن حجمی‌به‌توزین آن تغییر نموده است.

 

خواص دیگر سنگدانه‌ها

گاهی اوقات در پروژه‌های بتنی بایستی ملاحظات ویژه‌ای در شرایط غیرمعمول نظیر محیط‌های با دمای بالا یا پایین غیرعادی، اسیدها یا قلیایی‌های بالقوه مخرب یا سولفات‌ها به‌عمل آورد. مشاهده شده که با استفاده از نمک‌های یخ‌زدا[۴]، منابع سنگدانه به‌صورت غیرعمدی آلوده می‌شوند. نقش سنگدانه‌ها در چنین شرایطی کاملا مشخص نمی‌باشد و لازم است اطلاعات معتبری در این زمینه فراهم آید. جهت کسب اطلاعات جامع در ارتباط با چنین شرایطی، مرجع ۱۸ توصیه می‌گردد. استفاده از مرجع ۱۹ نیز مفید است و بسیاری مراجع دیگر در آن معرفی شده‌اند.

حجم ماسه بتن در حالت غیرمتراکم در مقابل میزان رطوبت آن.
حجم ماسه بتن در حالت غیرمتراکم در مقابل میزان رطوبت آن.

 

[۱] Oversize

[۲] Peat

[۳] Gross volume

[۴] Ice-removal salt

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Share via
Copy link
Powered by Social Snap