سنگدانه‌ها پرمصرف‌ترین اجزا در طرح اختلاط بتن هستند، تا حدی که سه چهارم از طرح اختلاط را دربر می‌گیرند. این مصالح دانه‌ای از نظر شکل ظاهری انواع مختلفی دارند؛ از سنگدانه‌های پولکی گرفته تا سنگدانه‌های نامنظم و گوشه‌دار. اما سؤالی که مطرح می‌شود این است که در طرح اختلاط بتن چه سنگدانه‌ای باید مورد استفاده قرار گیرد؟ و اصولاً اهمیت دانه بندی سنگدانه چیست؟ اگر به دنبال پاسخی برای این سؤالات هستید و می‌خواهید درباره روش آزمایش دانه بندی سنگدانه درشت‌دانه و ریزدانه بتن اطلاعاتی به دست آورید، در ادامه همراه ما باشید.
اهمیت دانه بندی سنگدانه
آزمایش دانه بندی سنگدانه با هدف بررسی تنوع اندازه سنگدانه‌های ریز و درشت انجام می‌شود و بررسی این تنوع، تنها با الک امکان‌پذیر است. البته با بکارگیری این روش آزمایش، نمی‌توان مصالح ریزتر از ۷۵ میکرون را تعیین کرد. در این مواقع، بهتر است از روش آزمایش استاندارد C117 برای تعیین دقیق مصالح ریزتر از ۷۵ میکرون با روش شستشو استفاده نمود.
با استفاده از آزمایش دانه بندی سنگدانه، به راحتی می‌توان اطلاعات مناسبی را برای کنترل تولید سنگدانه‌های مختلف ارائه کرد. اطلاعات به دست آمده از این آزمایش می‌تواند برای عمومیت دادن رابطه خلل و فرج سنگدانه‌ها مورد استفاده قرار گیرد.
روش آزمایش دانه بندی
برای انجام آزمایش دانه بندی سنگدانه، کافی است نمونه انتخاب شده سنگدانه را که با وزنی مشخص است، روی الک‌هایی که از بزرگ به کوچک روی هم قرار گرفته‌اند بریزید. در این صورت پس از لرزاندن الک‌ها در مدت زمانی مشخص، دانه‌بندی متنوع آن‌ها نمایان می‌شود.
وسایل مورد نیاز آزمایش دانه بندی
برای انجام آزمایش دانه بندی سنگدانه به ۴ عنصر اصلی نیاز است؛ از جمله این عناصر می‌توان به ترازو، الک، لرزاننده مکانیکی الک و همین‌طور گرمخانه اشاره کرد. در ذیل به بررسی هر یک از این موارد خواهیم پرداخت.
ترازو
اولین عنصر در آزمایش، ترازوی مناسب با معیار دقت اندازه‌گیری خاص است؛ معیار دقتی که در اندازه‌گیری سنگدانه‌های درشت‌دانه و ریزدانه متغیر است. بدین‌ترتیب ترازوی آزمایش دانه‌بندی باید مشخصات خاصی داشته باشد:
- ترازوی مورد نیاز در آزمایش دانه‌بندی سنگدانه ریز، باید دقت ۰٫۱ گرم از مقدار بار آزمایش را داشته باشد.
- ترازوی مورد نیاز در آزمایش سنگدانه درشت یا مخلوطی از ریز و درشت، باید دقت ۰٫۵ گرم از مقدار بار آزمایش را داشته باشد.
الک
در دانه بندی سنگدانه، الک‌ها باید به صورتی روی هم قرار گیرند که از هدررفتِ مصالح هنگام الک کردن جلوگیری شود و بهتر است مشخصات الک‌ها با ملزومات E11 تطابق کافی داشته باشد. نکته مهم در آزمایش درشت‌دانه‌ها، استفاده از الک مناسب برای آن‌هاست؛ الکی با فریم بزرگ‌تر از قطر ۲۰۳٫۲ میلی‌متر که برای آزمایش این گروه از شن‌ها مناسب باشد.
لرزاننده مکانیکی الک‌ها
لرزاننده مکانیکی باید به صورت قائم، جانبی یا ترکیبی از آن، لرزش کافی را به الک منتقل کند. در این صورت، دانه‌ها روی الک حرکت کرده و در جهات مختلف روی الک قرار می‌گیرند. به طور کلی لرزاننده‌های مکانیکی برای الک کردن بیش از ۲۰ کیلوگرم دانه سنگی درشت‌دانه استفاده شده؛ البته این تنها معیار نیست و برای ریزدانه‌هایی با کمتر از این مقدار هم از لرزاننده مکانیکی استفاده می‌شود.
زمان استفاده از این لرزاننده‌ها نباید به درازا بکشد؛ چرا که زمان طولانی (حدود ۱۰ دقیقه) نه تنها برای دستیابی به نتیجه دقیق‌تر مناسب نیست، بلکه افزایش زمان باعث سایش سنگدانه‌ها شده و معیاری در ایجاد نتیجه دقیق حاصل نمی‌شود.
گرمخانه (اون)
در آزمایش دانه بندی سنگدانه، آون با اندازه مناسب و با قابلیت نگهداری دمای یکنواخت در ۵±۱۱۰ درجه سانتی‌گراد مناسب است.
نمونه‌برداری
- نمونه‌برداری از سنگدانه باید مطابق روش D75 انجام شود. در این آزمایش، وزن نمونه کارگاهی باید با مقدار نشان داده شده در D75 تطابق کافی داشته باشد.
- نمونه را به خوبی مخلوط کرده و مطابق روش C702 مقدار مناسبی از آن را انتخاب کنید. وزن نمونه منتخب پس از خشک شدن نمونه‌ها باید به اندازه وزن خواسته شده باشد.
- وزن نمونه در سنگدانه‌های ریز، حداقل باید ۳۰۰ گرم باشد.
- وزن نمونه در دانه بندی سنگدانه‌های درشت و مخلوطی از سنگدانه‌های درشت و ریز، باید مطابق با موارد ذیل باشد:
| حداقل وزن نمونه آزمایش (KG) | حداکثر اندازه اسمی سنگدانه‌ها |
| ۱ | ۹٫۵ |
| ۲ | ۱۲٫۵ |
| ۵ | ۱۹ |
| ۱۰ | ۲۵ |
| ۱۵ | ۳۷٫۵ |
| ۲۰ | ۵۰ |
| ۳۵ | ۶۳ |
| ۶۰ | ۷۵ |
| ۱۰۰ | ۹۰ |
| ۱۵۰ | ۱۰۰ |
| ۳۰۰ | ۱۲۵ |
- نمونه‌برداری سنگدانه‌هایی با حداکثر اندازه اسمی ۵۰ میلی‌متر و بزرگ‌تر در چند مرحله انجام می‌شود، مگر آنکه بتوان لرزاننده مکانیکی بزرگ استفاده نمود.
- مقدار مصالح کوچک‌تر از ۷۵ میکرون الک نمره ۲۰۰ مطابق روش c117 حاصل می‌شود:
الف) برای سنگدانه‌هایی با اندازه ۱۲٫۵ میلی‌متر یا کمتر، لازم است از مقدار نمونه آزمایشی موجود در c117 استفاده کنید.
ب) برای سنگدانه‌هایی با اندازه بیشتر از ۱۲٫۵ میلی‌متر نیز می‌توان از روش نمونه‌برداری پیشین استفاده کرد یا نمونه جداگانه‌ای برای آزمایش C117 و این روش استفاده شود.
نمونه‌برداری درشت دانه
مطابق استاندارد ملی ۱۱۲۶۹، درصد دانه‌های هم‌پهن و هم دراز در دانه بندی سنگدانه درشت متفاوت است؛ چنان که باید برای بادامی ۵ کیلو و برای نخودی ۱ کیلوگرم از نمونه را در گرمخانه خشک کنید. در این مرحله لازم است مانده روی هر الک را که مقدار آن از ۱۰% نمونه اصلی بیشتر است، کاهش دهید تا تقریباً ۱۰۰ دانه به دست آید. پس از آن آزمایش را برای هر بخش انجام داده و نسبت هر گروه را با شمارش یا بر حسب جرم به دست آورید.
دهانه بزرگ‌تر را درست برابر با بزرگ‌ترین درازای دانه تنظیم کنید و این نکته را به خاطر داشته باشید که اگر مصالح دانه‌ای هم پهن و هم دراز باشد، از دهانه کوچک‌تر عبور خواهد کرد. در صورتی هم که میانگین وزنی مد نظر باشد، برای مواردی که ۱۰% نمونه را تشکیل می‌دهند، می‌توان از همان درصد سنگدانه کوچک‌تر بعدی و بزرگ‌تر قبلی یا ترکیبی از آن‌ها استفاده نمود.
نمونه برداری ریزدانه
مطابق استاندارد ملی ۷۱۴۶ مقدار نمونه سنگدانه‌هایی که خشک‌تر از شرایط اشباع با سطح خشک هستند را با مقسم مکانیکی کاهش دهید. در این میان می‌توان اندازه نمونه‌هایی که با رطوبت آزاد روی سطح دانه‌ها هستند، با چهار قسمتی کردن کاهش داد. آنچه برای آزمایش ریزدانه لازم است به آن توجه شود، میزان نمونه مورد نیاز است.
روش آزمایش دانه بندی سنگدانه
الف) برای انجام این آزمایش لازم است الک‌هایی با اندازه مناسب انتخاب نموده و نمونه را در دمای ۱۱۰±۵درجه سانتی‌گراد تا رسیدن به وزن ثابت خشک کنید.
ب) الک‌ها را مطابق اندازه از بزرگ به کوچک روی هم قرار داده و نمونه را روی الک بالایی بریزید.
ج) با سعی و خطا، مدت زمان لازم را برای الک نمودن تعیین کنید.
د) مقدار مصالح روی الک، باید به حدی باشند که دانه‌ها در هنگام لرزش چندین بار مقابل چشمه‌های الک قرار گیرند. در الک‌هایی با چشمه‌های کوچک‌تر از ۴٫۷۵ میلی‌متر، مقدار مصالح باقیمانده روی هر الک نباید بیشتر از ۷ کیلوگرم بر متر مکعب باشد. در الک‌هایی با چشمه‌های مساوی و بزرگ‌تر از ۴٫۷۵ میلی‌متر نیز، مقدار مصالح باقیمانده روی الک بر حسب کیلوگرم نباید بیش از ۲٫۵ برابر چشمه‌های الک در مساحت سطح الک باشد. به طور کلی وزن مصالح روی الک نباید باعث تغییر شکل بخش پارچه‌ای الک شود.
ه) برای دستیابی به میزان اضافه بار روی هر الک، می‌توان از راهکارهای ذیل استفاده کرد:
- استفاده از الک اضافی با اندازه متوسط میان الک‌ها
- الک کردن نمونه در دو یا چند قسمت به صورت جداگانه
- استفاده از الک‌های بزرگ‌تر
و) الک کردن دوباره نمونه‌ها را جهت دانه بندی سنگدانه به روش زیر انجام دهید:
- هر الک جداگانه با قرار دادن انتهای الکی زیر آن و درپوش روی آن به صورت کمی شیبدار با یک دست تکان داده شود.
- الک با حرکت رو به بالا برخلاف دست دیگر با سرعت حدود ۱۵۰ بار در دقیقه تکان داده شود و بعد از هر ۲۵ بار، الک به اندازه تقریبی یک ششم در دست چرخانده شود.
- حد مناسب الک کردن برای الک‌هایی با چشمه‌های بزرگ‌تر از ۴٫۷۵ میلی‌متر در زمانی است که لایه‌ای از دانه‌ها روی الک باقی بماند.
- در مخلوط سنگدانه‌های درشت و ریز، می‌توان بخشی از نمونه ریزتر از ۴٫۷۵ میلی‌متر را در ۲ یا چند بار غربال کرد تا مانع از انباشته شدن بیش از حد مصالح روی الک‌ها شود.
روشی دیگر این است که با استفاده از جداکننده مکانیکی، مقدار ریزتر از الک ۴٫۷۵ میلی‌متری را کاهش داد. در صورتی که این روش مورد استفاده قرار گیرد، وزن هر یک از قسمت‌های نمونه اولیه از رابطه زیر حاصل می‌شود:
A=W1 / W2 x B
که در این فرمول:
- A: وزن قسمت یا اندازه مشخص از کل نمونه پایه
- W1: وزن بخش ریزتر از الک ۴٫۷۵ میلی‌متر
- W2 : وزن قسمت کاسته شده از مصالح ریزتر از الک ۴٫۷۵ میلی‌متر که به طور واقعی الک شده
- B: وزن قسمتی با اندازه مشخص در قسمت کاهش یافته که الک شده
زمانی که برای جابجایی سنگدانه از لرزاننده مکانیکی استفاده می‌شود، دانه‌های درشت‌تر از ۷۵ میلی‌متر را با دست الک کنید. آزمایش را با کوچک‌ترین الک شروع کرده و در صورت لزوم، دانه‌ها را روی الک بغلتانید تا از چشمه الک عبور کند.
وزن مصالح باقی مانده روی الک را با ترازوی با دقت ۰٫۱% کل وزن نمونه خشک تعیین کنید. وزن کل نمونه مصالح بعد از الک کردن باید با وزن اولیه نمونه مقایسه شود. در صورتی که اختلاف بیش از ۰٫۳% وزن خشک اولیه نمونه باشد، نتایج به دست آمده مورد تأیید نخواهد بود.
روش آزمایش دانه بندی ریزدانه
برای آزمایش دانه‌بندی ریزدانه، لازم است آزمون را زیر الک ۲۰۰ انجام دهید. به اندازه کافی روی ۳۰۰ گرم سنگدانه خشک شده که در ظرفی قرار دادید، آب بریزید و نمونه سنگدانه را به شدت هم بزنید تا ذرات ریزتر از الک ۷۵ میکرون به حالت معلق باشند. در این مرحله، آب گل حاصل از شستشو را روی الک‌های ۱۶ و ۲۰۰ که روی هم قرار دادید بریزید.
حال لازم است داخل ظرف محتوی آزمونه آب ریخته و به هم بزنید و باقی مراحل را مشابه قبل پیش روید. این روند را تا صاف شدن آب روی آزمونه ادامه دهید. تمام مصالح مانده روی الک دو تایی را با بهره‌گیری از جریان آب روی آزمونه شسته شده برگردانید مصالح را تا رسیدن به وزن ثابت خشک کنید.
روش آزمایش دانه بندی درشت دانه
در این روش دانه بندی سنگدانه، الک‌ها را درست مطابق با چشمه‌ها از درشت به ریز روی هم قرار دهید و نمونه را روی الک بالایی بریزید. طی مدت زمانی مشخص الک‌ها را تکان دهید. مقدار مواد روی هر الک را که می‌توانید با دقت ۰٫۱% وزن نمونه خشک اولیه تعیین کنید، به قدری قرار دهید که طی تکان داده شدن الک، دانه‌ها چندین بار مقابل چشمه‌های الک قرار گیرند. الک کردن را به اندازه‌ای ادامه دهید که مابه‌ازای هر دقیقه الک کردن، کمتر از ۱% وزن باقیمانده روی هر الک از آن عبور کند. وزن کل مواد بعد از الک کردن باید با وزن نمونه اولیه بررسی شود. در صورتی که اختلاف وزنی بیش از ۰٫۳% باشد، نتایج قابل پذیرش نخواهد بود.
محاسبات
جهت محاسبه دقیق، درصد عبوری، درصدهای کل باقیمانده یا درصد دانه‌ها با ابعاد مختلف را با دقت ۰٫۱%وزن نمونه خشک اولیه به دست آورید.
در صورتی که نمونه مطابق روش C117 آزمایش شده و در روند شستشو، دانه‌های ریزتر از ۷۵ میکرون از آن جدا شده باشند، برای انجام محاسبات دانه‌بندی با الک وزن کل نمونه خشک پیش از شستشو را مبنا قرار دهید.
در صورت لزوم مدول نرمی را با محاسبه درصدهای تجمعی مصالح مانده روی الک‌های زیر و تقسیم حاصل جمع آن بر عدد ۱۰۰ به دست آورید.
گزارش آزمایش
گزارش آزمایش باید حاوی اطلاعات زیر باشد:
- درصد کلی مصالح عبوری از الک
- درصد کلی مصالح مانده روی هر الک
- درصد مصالح باقی مانده روی دو الک متوالی
- ارائه درصدها به صورت عدد صحیح (در صورتی که درصد عبوری از الک با چشمه ۷۵ میکرون کمتر از ۱۰ باشد، باید درصد عبوری با دقت ۰٫۱% گزارش شود)
- در صورت نیاز داشتن به مدول نرمی، باید با دقت ۰٫۰۱ گزارش شود.
در این متن ضمن بررسی دانه بندی سنگدانه و اهمیت آن، نوع دانه‌بندی، آزمایشات مربوط به ریزدانه و درشت دانه و همچنین محاسبات و گزارشات نهایی منتج از آزمایش بررسی شد. امیدواریم با مطالعه این مطلب توانسته باشید به اطلاعات کامل و کاربردی در این زمینه دست یابید.