۷ آزمایش سنگدانه بتن برای ساخت بتن با کیفیت

امروزه به واسطه رشد سریع شهرنشینی و جمعیت، صنعت ساخت‌وساز پیشرفت چشمگیری داشته و ساخت سازه‌های بلند روندی صعودی یافته است. همین امر باعث شد آزمایشات انجام شده روی مصالح ساختمانی، از جمله سنگدانه‌ها اهمیت بیشتری پیدا کند. از این رو در این مقاله از بلاگ رامکا بر آن شدیم ضمن بررسی اهمیت آزمایش سنگدانه بتن، به بررسی ۷ آزمایش مهم تعیین کیفیت سنگدانه جهت ساخت بتن بادوام و مقاوم بپردازیم. پس تا انتها همراه ما باشید.

اهمیت آزمایش سنگدانه بتن

سنگدانه دومین عنصر مهم در اسکلت بتنی است که تا حد زیادی بر قابلیت انتقال بار روسازی‌ها و دال‌ها مؤثر است. در آزمایش سنگدانه‌ها علاوه بر داشتن مقاومت و دوام، شکل و اندازه‌ی مناسب آن‌ها نیز بسیار حائز اهمیت است تا بتن بتواند در دال‌ها و روسازی‌ها به صورت یکپارچه عمل کند. از این رو بررسی کیفیت، دوام، مقاومت، سختی، شکل، مقدار جذب آب و…، در آزمایش سنگدانه بتن امری مهم و ضروری است.

۱) آزمایش خرد کردن

آزمایش خرد کردن سنگدانه، نمایشگر میزان مقاومت سنگدانه در مقابل خرد شدن، تحت بار فشار تدریجی است. بر این اساس هر چه سنگدانه‌ها در برابر نیروی فشاری خردایش مقاومت بیشتری از خود نشان داده و کمتر خرد شوند، کیفیت بالاتری برای مباحث ساخت‌وساز دارند؛ زیرا خرد شدن کمتر، نشان‌دهنده مقاومت و دوام بیشتر و به تبع، افزایش عمر سازه و عملکرد اقتصادی‌تر آن است.

آزمایش خرد کردن سنگدانه، نشان‌دهنده میزان مقاومت و دوام سنگدانه است و انجام آن برای تعیین میزان کیفیت سنگدانه‌های درشت لازم و ضروری است.

تجهیزات آزمایش خرد کردن سنگدانه

• دستگاه تست تراکم
• قالب خردکن: استوانه‌ای فولادی به قطر ۱۵ سانتی‌متر با پیستون و صفحه پایه
• ترازو
• الک‌هایی با سایز ۱۲٫۵ میلی‌متر، ۱۰ میلی‌متر و ۲٫۳۶ میلی‌متر

روش کار آزمایش خرد کردن

برای انجام این آزمایش، ابتدا قالب خردکن را با سه لایه سنگدانه پر می‌کنند. سپس وزن سنگدانه (W1) در قالب خردکن یادداشت می‌شود. پس از آن، قالب در دستگاه تست تراکم گذاشته شده و در بازه زمانی ۱۰ دقیقه تحت بار تدریجی قرار می‌گیرد تا زمانی که مقدار بار اعمال شده به ۴۰ تن برسد.

سپس بار برداشته شده و سنگدانه‌ها از قالب خارج می‌شوند. در این مرحله، سنگدانه‌ها را با الک ۲٫۳۶ میلی‌متر الک کرده و وزن (W2) محاسبه می‌‌شود. بدین‌ترتیب مقدار خرد شدن سنگدانه‌ها به صورت درصد حاصل از رابطه W1/W2 محاسبه می‌گردد.

نتایج آزمایش خرد کردن سنگدانه

بر اساس این آزمایش، در صورتی که میزان خرد شدن سنگدانه کمتر از ۱۰% باشد، سنگدانه فوق‌العاده قوی است. این در حالی است که اگر مقدار خردایش سنگدانه بتن برابر یا بیشتر از ۳۵% باشد، سنگدانه‌ها در رده سنگدانه‌های ضعیف قرار می‌گیرند.

برای تعیین نتایج آزمایش خرد کردن سنگدانه، پس از انجام آزمایش، سنگدانه‌های خرد شده را جدا کرده و بر حسب درصد وزن اولیه در قالب محاسبه می‌کنند. این درصد که با عنوان ارزش خردکننده سنگدانه (crushing value of aggregate) شناخته می‌شود، نباید از ۳۰% وزن کل سنگدانه‌های به کار رفته در آزمایش بیشتر باشد.

توجه داشته باشید بهترین وضعیت نتیجه آزمایش خرد کردن سنگدانه بتن مورد استفاده در جاده، روسازی و…، نباید بیشتر از ۳۰% باشد؛ البته در مواردی طبق استانداردهای موجود، این مقدار تا ۴۵% نیز مجاز است.

استانداردهای آزمایش خرد کردن سنگدانه بتن

استانداردهای لازم برای تعیین آزمایش خرد کردن سنگدانه بتن به شرح ذیل است:

• IS 2386(Part 4):1963
• BS 812–۱۱۰:۱۹۹۰

۲) آزمایش سایش

این آزمایش روی سنگدانه‌ها، نشانگر سختی سایشی سنگدانه است و مقدار مقاومت سنگدانه را در برابر سایش و پارگی نشان می‌دهد. در واقع آزمایش سایش سنگدانه بتن به منظور تعیین مقاومت سایشی سنگدانه‌های درشت انجام می‌شود. اساس این آزمایش، یافتن درصد سایش ناشی از مالش نسبی بین سنگدانه و توپ‌های فولادی (به عنوان بار ساینده) است.

تجهیزات آزمایش سایش سنگدانه

• دستگاه سایش لس‌آنجلس: محفظه‌ای استوانه‌ای با سطح مقطع دایره‌ای که روی محور افقی نصب شده است.
• توپ‌های فولادی شماره ۱۱
• دستگاه اندازه‌گیری وزن
• الک‌های شماره ۲۰، ۱۲٫۵، ۱۰ و ۱٫۷ میلی‌متر

روش کار آزمایش سایش سنگدانه بتن

در این روش، گوی‌های فولادی را همراه با سنگدانه‌های نمونه در محفظه‌ی استوانه‌ای دستگاه سایش قرار داده، سپس بسته به درجه‌بندی سنگدانه‌ها، دستگاه با سرعت ۳۰ تا ۳۳ دور در دقیقه به تعداد ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ دور، حول محور افقی می‌چرخد.

پس از چرخش، مواد را با الک ۱٫۷ میلی‌متر الک کرده و اختلاف وزن اولیه و وزن نهایی (وزن الک‌شده) به درصد محاسبه می‌شود. این مقدار برابر با مقدار سایش (Abrasion) سنگدانه است.

نتایج آزمایش سایش سنگدانه

در صورتی که سنگدانه‌ها برای اهداف روسازی و پروژه‌هایی از این قبیل به کار روند، مقدار سایش به دست آمده از تست سایش نباید بیشتر از ۳۰% باشد، اما چنانچه سنگدانه‌ها به منظور نما و روسازی در بتن به کار نروند، مقدار تست سایش می‌تواند تا ۴۵% نیز افزایش یابد.

استانداردهای آزمایش سایش

استانداردهای لازم برای تعیین مقدار آزمایش سایش روی سنگدانه‌ها به شرح ذیل است:

• IS 2386(Part 4):1963
• BS 812-113:1990

۳) آزمایش ضربه

سنگدانه در زمان ساخت بتن یا پس از ساخت سازه، ممکن است در معرض ضربه‌های ناگهانی قرار گیرد. مقدار نیروی حاصل از این ضربات، بسیار بیشتر از نیروی فشاری اعمال شده تدریجی به بتن است.

از آن‌جا که چنین نیرویی باعث خرد شدن سنگدانه به قطعات کوچک‌تر می‌شود، ارزیابی مقدار مقاومت سنگدانه در برابر ضربه امری مهم و ضروری است تا مهندسین این حوزه از این طریق، به ایده‌ای کلی درباره مقدار مقاومت سنگدانه و به تبع، مقاومت سازه در مقابل بار ضربه‌ای دست یابند.

آزمایش ضربه سنگدانه بتن، میزان سختی و مقاومت سنگدانه را در مقابل نیروی ضربه‌ای نشان می‌دهد. هر چه این میزان بیشتر باشد، یعنی سنگدانه در برابر نیروی ضربه – به ویژه ضربه ناگهانی – مقاومت بیشتری داشته باشد، کیفیت مصالح افزایش می‌یابد.

بیشتر بخوانید: روش تولید بتن آماده

تجهیزات انجام آزمایش ضربه

• دستگاه ضربه به سنگدانه
• الک‌های IS به شماره ۱۲٫۵، ۱۰ و ۲٫۳۶ میلی‌متر
• پیمانه استوانه‌ای
• دستگاه اندازه‌گیری وزن
• میله کوبنده

روش کار آزمایش ضربه

در این آزمایش نمونه سنگدانه‌هایی را که از الک ۱۲٫۵ میلی‌متر عبور کرده و روی الک ۱۰ میلی‌متر باقی‌مانده است را برداشته و داخل پیمانه استوانه‌ای می‌ریزند. پیمانه پر شده را در دستگاه تست ضربه قرار داده و ۱۵ ضربه با چکش فلزی به سطح آن وارد می‌کنند.

پس از آن، سنگدانه‌های خرد شده را از الک ۲٫۳۶ میلی‌متر عبور می‌دهند. مقدار به دست آمده از آزمایش ضربه سنگدانه برابر با درصد سنگدانه‌های عبوری از الک شماره ۲٫۳۶ میلی‌متر (W1) به وزن کل نمونه (W1) است.

نتایج آزمایش ضربه سنگدانه بتن

نتایج به دست آمده از آزمایش ضربه سنگدانه مانند آزمایش سایش است. بر این اساس مقدار به دست آمده از آزمایش ضربه در سنگدانه‌هایی که برای پوشش سطحی مانند کفسازی، روسازی و… به کار می‌روند، نباید بیش از ۳۰% بوده و برای سایر مصارف نباید از ۴۵% تجاوز کند.

استانداردهای آزمایش ضربه

جامع‌ترین استاندارد برای انجام آزمایش ضربه روی سنگدانه بتن، استاندارد IS 2386(Part 4):1963 است.

بیشتر بخوانید: نقش سنگدانه در بتن

۴) آزمایش Soundness

آزمایش Soundness، نمایشگر دوام سنگدانه در برابر تأثیرات نامطلوب جوی، مانند: پدیده ذوب و انجماد، مرطوب شدن و خشک‌شدن متناوب در شرایط عادی و تغییر دما در آب نمک است. در واقع این آزمایش برای نمایش میزان مقاومت سنگدانه‌ها در برابر هوازدگی طراحی شده است.

همان‌طور که می‌دانید، سنگدانه‌ها در معرض عوامل مختلف فیزیکی و شیمیایی، مانند باران، آب‌های زیرزمینی و سایر ناخالصی‌های جوی قرار دارند. این عوامل به مرور می‌توانند باعث تغییر حجم شده و بر دوام سازه تأثیر نامطلوبی گذارند.

تجهیزات آزمایش Soundness

مجموعه ابزار لازم برای انجام این آزمایش، به شریح ذیل است:

• محلول سولفات سدیم یا سولفات پتاسیم
• آون
• ترازو
• الک IS

روش کار آزمایش Soundness

در این روش آزمایش سنگدانه بتن، ابتدا نمونه‌ای از سنگدانه‌های دانه‌بندی شده را برداشته و وزن می‌کنند. سپس نمونه را به مدت ۱۶ تا ۱۸ ساعت در محلول سولفات سدیم یا سولفات منیزم به صورت غوطه‌ور قرار می‌دهند. پس از غوطه‌ور شدن، سنگدانه‌ها را در آون قرار داده تا خشک شوند. این چرخه را طبق نیاز (خصوصیات بتن مورد نظر) در چند مرحله به صورت مکرر تکرار می‌کنند.

پس از پایان این مراحل، وزن نمونه را مجدداً اندازه‌گیری کرده، اختلاف اندازه وزن سنگدانه در نمونه ابتدایی و نمونه نهایی برابر با نتیجه آزمایش Soundness است.

استاندارهای آزمایش Soundness

دستورالعمل‌های لازم برای انجام این آزمایش، در دو استاندارد ذیل آمده است:

• IS 2386 (Part 5):1963
• BS 812-121:1989

نتایج آزمایش Soundness

مناسب‌ترین سنگدانه‌ها پس از آزمایش Soundness، سنگدانه‌هایی هستند که پس از گذراندن ۱۰ سیکل زمانی با سولفات سدیم و سولفات منیزیم، مقدار کاهش وزن آن‌ها کمتر از ۱۲ تا ۱۸% نبوده است.

۵) آزمایش تعیین شکل سنگدانه

آزمایش تعیین شکل سنگدانه، آزمایشی بر حسب درصد وزنی ذرات سنگدانه به مقدار میانگین ضخامت و طول آن است. همان‌طور که می‌دانید، سنگدانه‌ها در اندازه و اشکال مختلفی مانند گرد، بلند و کشیده، پوسته پوسته، مکعبی و زاویه‌دار وجود دارند.

در میان انواع سنگدانه، سنگدانه‌های گرد و مکعبی بیشترین حجم مواد مورد استفاده در بتن با کیفیت را تشکیل می‌دهند، در حالی که سنگدانه‌های پوسته پوسته و بلند و کشیده به دلیل کمترین مقدار پیوند با سیمان و سایر سنگدانه‌ها، دوام و کیفیت بتن را کاهش می‌دهند.

از این رو شناسایی سنگدانه‌های پوسته پوسته (سنگدانه‌های خیلی نازک نسبت به اندازه متوسط) و سنگدانه‌های کشیده (سنگدانه‌هایی بیش از حد بلند نسبت به اندازه متوسط) لازم و ضروری است.

تجهیزات آزمایش تعیین شکل سنگدانه

تجهیزات لازم برای انجام این آزمایش به شرح ذیل است:

• ضخامت‌سنج
• طول‌سنج
• ترازو
• الک

روش کار آزمایش تعیین شکل سنگدانه

برای داشتن نمونه‌ای مناسب، حدود ۲۰۰ قطعه سنگدانه را از هر قطری برداشته و وزن کنید. سپس هر سنگدانه را از نظر طول و ضخامت اندازه‌گیری نمایید.

در این مرحله، وزن سنگدانه‌هایی که به دلیل کشیدگی بیش از اندازه (ذراتی با طول بیشتر از ۱٫۸ برابر ابعاد میانگین سنگدانه) از شاخص ازدیاد طول عبور نکرده‌اند و وزن سنگدانه‌هایی که به دلیل نازکی (سنگدانه‌های کوچک‌تر از ۰٫۶ برابر ضخامت متوسط) از شاخص ضخامت عبور کرده‌اند را محاسبه کنید.

بدین‌ترتیب درصد سنگدانه‌های عبوری از شاخص ضخامت نسبت به وزن اولیه و درصد سنگدانه‌های باقی‌مانده در شاخص طول نسبت به وزن اولیه تعیین می‌شود. البته توجه داشته باشید بر اساس این آزمایش، سنگدانه‌های کوچک‌تر از ۶٫۳ میلی‌متر نیز از نظر طول قابل استفاده نیستند.

استانداردهای آزمایش تعیین شکل سنگدانه

دستورالعمل‌های استاندارد برای انجام آزمایش تعیین شکل سنگدانه به شرح ذیل است:

• IS 2386(Part 1):1963
• BS 812-105.1:1989

نتایج آزمایش تعیین شکل سنگدانه

نتایج به دست آمده از آزمایش شکل سنگدانه نشان می‌دهد بهترین سنگدانه‌های مصرفی در بتن با توجه به نوع بتن مصرفی باید در محدوده ۱۵% تا ۳۰% آزمایش شکل ظاهری سنگدانه بتن قرار داشته باشند تا بیشترین کیفیت، دوام و مقاومت را به همراه داشته باشند.

۶) آزمایش وزن مخصوص و مقدار جذب آب

وزن مخصوص سنگدانه‌ها در آزمایش سنگدانه بتن به صورت نسبت وزن سنگدانه به وزن حجم مساوی آب تعریف می‌شود و نمایشگر قدرت سنگدانه است. بر این اساس، سنگدانه‌هایی که وزن مخصوص پایینی دارند، معمولاً ضعیف‌تر از سنگدانه‌هایی با وزن مخصوص بالا هستند. مقدار جذب آب توسط سنگدانه، بیانگر ساختار داخلی و کیفیت سنگدانه است.

بر این اساس سنگدانه‌هایی که ظرفیت جذب بالایی دارند، یکی از نامناسب‌ترین انواع سنگدانه مورد استفاده در بتن هستند. این سنگدانه‌ها برای ساخت هیچ سازه‌ای ترجیح داده نمی‌شوند. در این میان، آزمایش‌های وزن مخصوص و مقدار جذب آب سنگدانه بتن نیز، میزان مقاومت، دوام و کیفیت سنگدانه را محاسبه می‌کند.

تجهیزات آزمایش وزن مخصوص و مقدار جذب آب

• سبد تراکم
• تعادل توزین
• مخزن آب
• سینی
• الک‌های IS: 10 و ۲۰ میلی‌متر

روش انجام آزمایش وزن مخصوص و مقدار جذب آب

در این روش، نمونه‌ای از سنگدانه‌های ۲ کیلوگرمی را انتخاب کرده و در سبد سیمی قرار دهید. سپس سبد را به مدت ۲۴ ساعت در آب مقطر فرو کنید. در این مرحله، وزن سنگدانه‌ها را به همراه سبد در آب اندازه‌گیری کرده و با علامت A1 در نظر بگیرید. پس از خارج کردن سبد و سنگدانه از آب، مجدداً وزن سبد و سنگدانه‌های معلق را محاسبه کرده و در مقابل علامت A2 قرار دهید.

دانه‌ها را با پارچه، کاملاً خشک کرده و وزن دانه‌های خشک را با علامت B مشخص کنید. سپس دانه‌ها را به مدت ۲۴ ساعت در فر قرار داده، وزن دانه‌های خشک شده در فر را اندازه‌گیری کرده و با علامت C مشخص کنید. با توجه به مقدارهای به دست آمده و با استفاده از فرمول‌های زیر، مقدار وزن مخصوص و جذب آب را محاسبه کنید.

۱۰۰*(B-A)/C = مقدار جذب آب

وزن مخصوص = (B-A)/C

استانداردهای آزمایش وزن مخصوص و مقدار جذب آب

دستورالعمل‌های استاندارد برای آزمایش وزن مخصوص و جذب آب سنگدانه بتن به شرح ذیل است:

• IS 2386(Part 3):1963
• BS 812-2:1995

نتایج آزمایش وزن مخصوص و مقدار جذب آب سنگدانه بتن

بر اساس آزمایشات انجام شده در این مرحله، مناسب‌ترین وزن مخصوص سنگدانه‌های مورد استفاده در ساختمان‌سازی، حدود ۲٫۵ تا ۳% و میزان جذب آب حدود ۰٫۱ تا ۲% است.

۷) آزمایش چسبندگی قیر روی سنگدانه

قیر به راحتی به انواع سنگدانه‌های خشک و عاری از گرد و غبار که در روسازی‌های جاده‌ای به کار رفته‌اند می‌چسبد؛ اما اگر سنگدانه مرطوب یا سرد باشد، چسبندگی قیر با سطح سنگدانه با مشکل روبه‌رو می‌شود. برای رفع این مشکل باید رطوبت را با انواع روش‌‌های خشک کردن سنگدانه و افزایش دمای اختلاط برطرف نمود.

برای یافتن مقدار چسبندگی قیر، از آزمایش stripping value استفاده می‌شود. این آزمایش، آزمایشی بصری است و مقدار آن به درصد بیان می‌شود.

برای تعیین مقدار آزمایش، مقدار جداسازی سنگدانه بتن از قیر و نسبت سطح بدون پوشش مشاهده شده با چشم غیرمسلح به کل سطح سنگدانه‌ها به درصد بیان می‌گردد. بنابراین آزمایش چسبندگی قیر روی سنگدانه، مشخص‌کننده مقدار چسبندگی قیر روی سنگدانه در مجاورت آب است.

تجهیزات آزمایش

• حمام آب
• فر
• غربال
• میکسر برای مخلوط کردن سنگدانه و قیر

روش انجام آزمایش

در این آزمایش، نمونه‌ای ۲۰۰ گرمی از سنگدانه‌های خشک که از الک ۲۰ میلی‌متری عبور داده و روی الک ۱۲٫۵ میلی‌متری باقی مانده را برداشته و با چسب قیر با ۵% وزنی مخلوط می‌کنیم تا سطح دانه‌ها کاملاً با چسب قیر پوشانده شود.

سپس مخلوط را در لیوان ۵۰۰ میلی‌لیتری قرار داده و اجازه دهید به مدت ۲ ساعت در دمای اتاق پُر شود. پس از خنک شدن، آب مقطر را به مخلوط سنگدانه‌های پوشیده شده با قیر اضافه کنید، به طوری که دانه‌ها کاملاً در آب غوطه‌ور شوند.

حالا لیوان را پوشانده و به مدت ۲۴ ساعت در حمام آب قرار دهید. لیوان را از حمام بیرون آورده و بگذارید تا در دمای اتاق خنک شود. در نهایت، ناحیه بدون پوشش را با مشاهده بصری مورد بررسی قرار دهید.

استانداردهای آزمایش

جامع‌ترین استاندارد برای انجام آزمایش چسبندگی قیر روی سنگدانه، استاندارد IS:6241- 1971 است.

نتایج آزمایش

مناسب‌ترین مقدار توصیه شده آزمایش چسبندگی قیر، طبق نتایج به دست آمده نباید از ۵% تجاوز کند.

همان‌طور که پیش از این گفته شد، داشتن سازه‌ای بادوام، مستلزم استفاده از بتنی با عملکرد مناسب و طولانی مدت است. بنابراین بررسی و بازبینی دقیق خواص فیزیکی و شیمیایی هر یک از مصالح ساختمانی با استاندارهای طراحی شده در این زمینه، امری واجب و ضروری است.

در این بین سنگدانه بتن، به دلیل کاربرد ویژه‌ و حجم بالای استفاده در بتن، نقش بسیار مهمی در ساختمان بتن دارد. بنابراین انجام آزمایش‌های متعدد برای تعیین کیفیت آن بسیار مهم است.

در این مقاله از بلاگ رامکا ضمن بررسی ۷ آزمایش شاخص روی سنگدانه بتن، به بررسی بهترین نتایج، استانداردها، روش و ابزار کار این آزمایش‌ها پرداختیم تا بتوانید بهترین سنگدانه‌ها را برای اهداف مختلف بتن‌ریزی مشخص کنید. در پایان خوشحال می‌شویم با بیان نظرات خود، ما را در بهبود کیفیت این مقاله یاری رسانید.

منبع +