تاثير شكل سنگدانه بر مقاومت فشاری بتن
امروزه بتن به عنوان یكی از پر مصرف‌ترین مصالح ساختمانی در جهان شناخته شده است. اقتصادی بودن، آسانی دسترسی به اجزا تشكیل دهنده، شكل پذیری و پایایی نسبتاً بالای این مخلوط، باعث توجه روز افزون به آن شده است. این نیاز و كاربرد گسترده بتن لزوم بررسی رفتار و عوامل موثر بر رفتار آن را آشكار می‌سازد. از این رو در تولید بتن به منظور برآورد ملزومات كارآیی و مقاومت باید دقت بیشتری در انتخاب مصالح آن صورت گیرد. در این میان سنگدانه‌ها به عنوان یكی از عناصر اصلی تشكیل دهنده بتن كه قسمت اعظم آن را تشكیل می‌دهد، تاثیر بسزایی در خصوصیات مقاومتی و مكانیكی آن دارند.
شكل و نحوه توزیع سنگدانه‌ی مورد استفاده در بتن تاثیر بسزائی در خواص مكانیكی آن خواهد داشت. شكل سنگدانه‌ها باعث افزایش یا كاهش مقاومت فشاری بتن میشود.
سنگدانه‌ها در بتن
دانه‌های سنگی به دو دسته دانه‌های درشت یا شن و دانه‌های ریز یا ماسه تقسیم میشوند. مصالح سنگی در مجموع حدود ۲/۳ تا ۳/۴ حجم بتن را اشغال می‌كنند. ۶۰ تا ۷۰ درصد از كل دانه‌ها شن و ۳۰ الی ۴۰ درصد دانه‌ها را ماسه تشكیل می‌دهد. از این رو كیفیت آنها از اهمیت خاصی برخوردار است. سنگدانه‌ها نه تنها در مقاومت بتن موثرند. بلكه دوام و پایداری بتن نیز تا حد زیادی تحت تاثیر این ماده قرار می‌گیرد. ابتدا تصور میشود سنگدانه‌ها موادی بی تاثیر و غیر قابل انبساط هستند، كه در خمیری از سیمان پخش میشوند و حجم بزرگی از بتن را پدید می‌آورند. اما در حقیقت سنگدانه‌ها بی‌اثر نیستند و خواص فیزیكی حرارتی و پاره‌ای اوقات شیمیایی آنها در عملكرد بتن تاثیر می‌گذارد.
خصوصیات سنگدانه‌ها
شكل سنگدانه‌ها
سنگدانه‌ها بسته به ماهیت جنس سنگ مادر و روش شكسته شدن یا فرسایش می‌توانند شكلی گرد گوشه، تیز گوشه یا نامنظم داشته باشند. سنگدانه‌های تیز گوشه و آنهایی كه سطوحی ناصاف و متخلخل دارند، نسبت به سنگدانه‌های گرد گوشه به آب بیشتری نیاز دارند. برخی از دانه‌های مناسب ممكن است بدلیل خواص دانه بندی نامناسب یا وجود مقدار زیادی ذرات مسطح و كشیده، آب بیشتری نیاز داشته باشند. در چنین مواردی برای استفاده از این سنگدانه‌ها می‌توان برای جلوگیری از افزایش بیش از حد نسبت آب به سیمان و كاهش مقاومت، عیار سیمان را افزایش داد.
مشخصات ظاهری خارجی سنگ‌ها به خصوص شكل آنها در رابطه با خواص بتن تازه و سخت شده اهمیت زیادی دارد و وصف جسم سه بعدی و شكل آنها كمی دشوار است و آسان‌تر است كه مشخصات هندسی معینی برای آنها تعریف شود. گرد گوشه بودن واقعی نتیجه مقاومت و مقاومت فرسایشی سنگ مادر و میزان سایش است كه به سنگ اعمال شده است. شكل سنگدانه شكسته به طبعیت سنگ مادر، نوع سنگ شكن و نسبت كاهش آن بستگی دارد. این نسبتی از اندازه اولیه به دانه‌های شكسته شده است.
| نوع سنگدانه | دسته بندی | توضیح |
|---|---|---|
| گرد گوشه | سایش کامل توسط آب یا تغییر شکل در اثر اصطکاک | شن رودخانه‌ای و کنار ساحل، ماسه بادی و ساحلی |
| بی‌شکل-نامنظم | قسمتی تغییر شکل یافته در اثر سایش با لبه‌های گرد | بعضی شن‌ها یا فلینت‌های حفره‌دار |
| پولکی | سنگ‌هایی که ضخامت کمی نسبت به دو بعد دیگر دارند | سنگ‌های لایه‌ای یا ورقه‌ای |
| تیز گوشه | دارای لبه‌های مشخص در محل تقاطع | سنگ‌های شکسته از همه نوع در سرباره‌های خرد شده |
| طویل | نسبت به دو بعد دیگرشان زیاد است | – |
| پولکی و طویل | موادی که طول آنها بزرگتر از عرض و عرض آنها بزرگتر از ضخامتشان است. | – |
حداكثر اندازه سنگدانه‌ها
هر چه سنگدانه‌ها بزرگتر باشد مساحت سطحی كه باید مرطوب شود در واحد جرم كمتر میشود. بنابراین افزایش دانه‌بندی سنگدانه‌ها به یك حداكثر اندازه دانه بزرگتر سبب پایین آوردن آب لازم برای مخلوط خواهد شد. به طوری كه برای یك كارایی و مقدار سیمان معین می‌توان نسبت آب به سیمان را پایین آورد و در نتیجه افزایش در مقاومت حاصل نمود. لازم بذكر است از آنجائی كه ذرات بزرگ سنگدانه سبب ایجاد عدم تجانس در مجموعه میشوند نامطلوب هستند. بنابراین یك نكته مثبت و یك نكته منفی دارد و باید با تجربه كردن مشخص نمود كه كدام یک بر دیگری غلبه دارد.
در یك سری از تحقیقات نشان داده شده كه از نظر مقاومت نهایی بتن، اصولاً بتنی كه با سنگدانه‌های شكسته، ساخته میشود به دلیل امكان درگیر شدن بهتر دانه‌ها با یكدیگر و برقراری اصطكاک بیشتر بین آنها مقاوم‌تر خواهد بود. به همین دلیل توصیه میشود كه در مواردی كه مقاومت خیلی بالا مورد نظر باشد از سنگدانه‌های شكسته استفاده شود. همچنین سنگدانه‌های پولكی و كشیده، مقاومت فشاری بتن را كم می‌كند و این امر را می‌توان ناشی از اتصال ناكافی سنگدانه‌های پولكی با ملات سیمان، شكل نامطلوب و مقاومت كمتر آنها دانست.
طبق نتایجح به دست آمده، مشاهده میشود كه تاثیر شكسته بودن مصالح ریزدانه كمتر از مصالح درشت دانه است. به طور كلی شكل و بافت سطحی سنگدانه‌ها تاثیر عمده‌ای بر میزان آب لازم یك مخلوط دارد. به عبارت دقیق‌‌تر هنگامی كه تداخل و فضای خالی بین دانه‌های متراكم شده بیشتر است، آب زیاد‌تری نیز مورد نیاز است. به طور كلی پولكی بودن و شكل درشت دانه‌ها اثر قابل ملاحظه ای بر روی كارایی بتن دارد. با افزایش عدد تیز گوشه بودن سنگدانه‌ها روانی بتن تقلیل می‌‌یابد. دانه‌های پولكی و سوزنی در سنگدانه‌های ریز و درشت می‌تواند به كاهش كارایی بتن تازه منجر شود. همچنین این دانه‌ها در بتن سخت شده، می‌توانند باعث كاهش مقاومت شوند.
منبع: عمران سافت
دانستنیها