مقالات

بخش ۲۱: سنگدانه (قسمت اول: مقدمه و طبقه‌بندی)

بتن (اجزای تشکیل دهنده، ویژگی‌ها، طرح مخلوط، انواع، آزمایش‌ها)

بخش ۲۱: سنگدانه (قسمت اول: مقدمه و طبقه‌بندی)

 

 

سنگدانه‌ها حدود ۶۰ تا ۷۵ درصد حجم و وزن بتن را تشکیل می‌دهند بنابراین کیفیت آن‌ها از اهمیت قابل ملاحظه‌ای برخوردار می‌باشد. خواص سنگدانه‌ها علاوه بر مقاومت بتن، تاثیر چشم‌گیری بر خواص بتن تازه و سایر خواص بتن سخت‌شده نظیر دوام دارد.

در ابتدا به‌دلایل اقتصادی، سنگدانه‌ها را به‌عنوان موادی پرکننده و پخش‌شده در داخل خمیر سیمان در نظر می‌گرفتند. به هر حال، می‌توان سنگدانه‌ها را به‌عنوان مصالحی در نظر گرفت که به‌وسیله خمیر سیمان به مجموعه‌ای یکپارچه تبدیل شده‌اند (مانند آجرکاری). در حقیقت سنگدانه‌ها تنها نقش خنثی و پرکننده ندارند و خواص فیزیکی، حرارتی و در بعضی مواقع خواص شیمیایی آن‌ها نیز بر عملکرد بتن تاثیرگذار است.

سنگدانه‌ها نسبت به سیمان ارزان‌ترند و بنابراین، افزایش مقدار سنگدانه‌ها در مخلوط تا حداکثر ممکن، و کاهش مقدار سیمان تا حداقل ممکن، اقتصادی است. ولی اقتصاد، تنها دلیل به‌کار بردن سنگدانه‌ها در بتن نمی‌باشد، بلکه کاربرد آن‌ها امتیازات فنی قابل ملاحظه‌ای نیز برای بتن دارد. ثبات حجمی سنگدانه‌ها و دوام بیشتر آن‌ها نسبت به خمیر سیمان خالص هیدراته، از این امتیازات می‌باشد.

 

طبقه‌بندی سنگدانه‌ها

سنگدانه‌ها در بتن را می‌توان از چند منظر دسته‌بندی نمود. معمولا این دسته‌بندی‌ها از جهات مختلف نظیر اندازه، منشا، شکل، چگالی، و کانی تشکیل‌دهنده، می‌باشد.

اندازه سنگدانه‌های مصرف شده در بتن از چندین ده میلی‌متر تا ذراتی با قطر کمتر از یک‌دهم میلی‌متر، گسترده است. حداکثر اندازه‌ای که در عمل مصرف می‌شود، متغیر است اما در هر مخلوط، ذرات با اندازه‌های مختلف به‌کار گرفته می‌شوند و توزیع اندازه ذرات را دانه‌بندی می‌گویند.

در بعضی موارد برای ساخت بتن با اهمیت کم، سنگدانه‌های برداشت شده از قرضه‌هایی که حاوی کلیه اندازه‌ها (از درشت‌ترین تا ریزترین اندازه) هستند، به‌کار می‌روند و به آن‌ها سنگدانه درهم (All-in-Aggregate) می‌گویند. روش دیگری که همیشه در تولید بتن با کیفیت مطلوب به‌کار می‌رود، آن است که سنگدانه‌ها را حداقل در دو گروه اندازه تهیه می‌کنند که مرز اصلی، بین سنگدانه ریز که اغلب ماسه نامیده می‌شود و سنگدانه درشت که اغلب شن نامیده می‌شود، اندازه mm۷۵/۴ (در استاندارد سنگدانه ایران و ASTM) یا اندازه mm۴ (در استاندارد سنگدانه EN) می‌باشد. معمولا حد پایین اندازه ماسه را ۷۵ میکرون (در استاندارد سنگدانه ایران و ASTM) یا اندازه ۶۳ میکرون (در استاندارد سنگدانه EN) در نظر می‌گیرند. ذرات ریزتر از ماسه را مواد ریزدانه می‌نامند که ذرات تا ۲ میکرون، به‌عنوان لای، و ذرات کوچک‌تر را به نام رس نامگذاری کرده‌اند. اگرچه مقدار ذرات کوچک‌تر از ۷۵ میکرون در مجموع گزارش می‌شود، اما تاثیر لای و رس بر خواص بتن، اغلب به‌نحو چشم‌گیری متفاوت است. البته مواد ریزدانه می‌تواند از جنس سنگدانه ریز باشد که در اثر خرد کردن یا ساییده شدن جزو این محدوده قرار گرفته است و می‌تواند از جنس لای و رس نباشد.

در شکل زیر، محدوده‌های تعریف شده برای سنگدانه‌های بتن قابل مشاهده می‌باشد.

در اصطلاح کارگاهی، سنگدانه درشت (شن) می‌تواند چند دسته باشد. دو اصطلاح رایج شن نخودی (شن ریز) و شن بادامی (شن درشت) از جمله این موارد است. معمولا شن نخودی دارای اندازه ۶ تا ۱۲ یا ۱۵ میلی‌متر، و شن بادامی دارای اندازه ۹ یا ۱۲ تا ۱۹ یا ۲۵ میلی‌متر می‌باشد. ماسه بادی نیز در این اصطلاح، ماسه ریز با اندازه کوچکتر از ۱.۵ یا ۲ میلی‌متر می‌باشد.

همانطور که در بخش ۱ (تعاریف پایه‌ای) نیز توضیح داده شد، سنگدانه‌ها مانند سایر اجرای بتن می‌توانند طبیعی یا مصنوعی، و آلی و غیر آلی باشند. این موارد در بخش ۱ بطور مفصل شرح داده شده است.

معمولا سختی مناسب سنگدانه‌های مصرفی در بتن بیش از ۳ می‌باشد و سنگدانه‌های با سختی کمتر مناسب ساخت بتن نمی‌باشد. همچنین استفاده از سنگدانه‌های ورقه‌ای (دارای رگه‌های ورقه‌ای شکل) در ساخت بتن ممنوع می‌باشد.

کلیه ذرات سنگدانه‌های طبیعی در ابتدا جزیی از یک انبوه بزرگ‌تر اصلی بوده، که یا به‌وسیله عوامل طبیعی جوی و سایش و یا به‌طور مصنوعی به‌وسیله دستگاه‌های سنگ‌شکن خرد شده‌اند. بنابراین بسیاری از خواص سنگدانه‌ها به خواص سنگ مادر آن بستگی کامل دارد. برای مثال می‌توان ترکیبات شیمیایی و معدنی، مشخصه سنگ‌شناسی و کانی‌شناسی، چگالی، سختی، مقاومت، ثبات فیزیکی و شیمیایی، بافت منافذ و رنگ را نام برد. از طرف دیگر، بعضی خواص موجود در سنگدانه مانند شکل ذرات و اندازه آن‌ها، بافت سطحی و جذب آب، در سنگ مادر دیده نمی‌شود. ممکن است هر یک از این خواص تاثیر قابل ملاحظه‌ای بر کیفیت بتن (در حالت تازه و یا سخت‌شده) داشته باشند.

اگرچه خواص مختلف سنگدانه‌ها را می‌توان مورد آزمایش قرار داد، اما تعریف سنگدانه خوب مشکل است، مگر آن‌که گفته شود سنگدانه‌هایی خوب تلقی می‌شوند که در شرایط معین می‌توان با آن‌ها بتن با کیفیت خوب ساخت. با این‌که همواره می‌توان از سنگدانه‌های با خواص رضایت‌بخش، بتن مناسب ساخت، اما حتی اگر سنگدانه‌ها از پاره‌ای جهات رضایت‌بخش نباشند، ممکن است وقتی‌که در بتن مصرف می‌شوند، ضرورتا ایجاد اشکال نکنند. برای مثال، ممکن است سنگدانه‌ای در اثر یخ‌زدن از هم پاشیده شود اما وقتی در داخل بتن قرار می‌گیرد الزاما چنین عملکردی نداشته باشد. به هر حال، احتمال آن‌که بتوان با سنگدانه‌هایی که از چند نظر ضعیف می‌باشد بتن رضایت‌بخشی ساخت، بسیار کم است، و بنابراین آزمایش‌هایی که بر روی سنگدانه‌ها انجام می‌شوند، در ارزیابی مناسب بودن سنگدانه‌ها برای مصرف در بتن کمک موثری خواهند بود.

سنگدانه‌ها یا در اثر عوامل طبیعی به اندازه فعلی خود در آمده‌اند یا در اثر خردشدن سنگ به‌وسیله دستگاه سنگ‌شکن تولید شده‌اند. البته در برخی موارد سنگدانه‌ها ممکن است در اثر هر دو عامل مذکور، به اندازه فعلی خود رسیده باشند. معمولا سنگدانه‌های با منشا رودخانه‌ای در اثر عوامل طبیعی خرد شده‌اند و ظاهر آنها بدون شکستگی و اصطلاحا گردگوشه می‌باشد. اما سنگدانه‌های با منشا کوه، با تجهیزات یا انفجار از معدن استخراج می‌شوند و سپس در سنگ‌شکن(ها) به ذرات با اندازه موردنیاز خرد و شکسته می‌شوند، بنابراین ظاهر آنها دارای شکستگی و اصطلاحا تیزگوشه می‌باشد. قابل ذکر است که گاهی سنگدانه‌های رودخانه‌ای نیز (برای تامین ذرات با اندازه مناسب یا ریز بیشتر) نیاز به خرد شدن دارند که اصطلاحا این سنگدانه‌ها نیمه شکسته نام دارند.

سنگدانه‌های مصرفی در بتن از منظر چگالی نیز به سه دسته سبکدانه، معمولی و سنگین تقسیم می‌شوند.

از دیدگاه سنگ‌شناسی، خواه سنگدانه‌ها خرد شده باشند و خواه به‌طور طبیعی اندازه آن‌ها کاهش یافته باشد، می‌توان آن‌ها را به چندین گروه که خصوصیات مشترکی دارند، تقسیم نمود. طبقه‌بندی بخش اول استاندارد BS 812:1975 مناسب‌ترین آن‌ها می‌باشد که در جدول زیر آمده است.

استاندارد ASTM C294 بعضی از کانی‌های متداول‌تر و یا مهمی را که در سنگدانه‌ها یافت می‌شوند، توصیف نموده است. طبقه‌بندی سنگدانه‌ها از دیدگاه کانی‌شناسی، در تشخیص خواص سنگدانه‌ها مفید خواهد بود، اما نمی‌تواند اساس تخمین عملکرد آن‌ها را در بتن تشکیل دهد، زیرا هیچ‌کدام از کانی‌ها از کلیه جهات مطلوب نیستند و تعداد کمی از آن‌ها در همه موارد نامطلوب می‌باشند. طبقه‌بندی کانی‌ها بر اساس ASTM بطور خلاصه به این صورت است:

کانی‌های سیلیسی (کوارتز، اوپال، کلسدونی، تریدیمیت، کریستوبالیت)، فلدسپات‌ها، کانی‌های فرّومنیزیم، کانی‌های میکایی، کانی‌های رسی، زئولیت‌ها، کانی‌های کربناتی، کانی‌های سولفاتی، کانی‌های سولفید آهن و اکسیدهای آهن.

 

حال با توجه به موارد مذکور، در ادامه خواص مختلف سنگدانه‌های بتن شامل حداکثر و حداقل اندازه، دانه‌بندی، شکل و بافت ذرات، مقاومت و خواص مکانیکی سنگدانه، چگالی، پوکی و تخلخل، رطوبت و جذب آب، تورم، مواد زیان آور، سلامت سنگدانه، واکنش قلیایی-سنگدانه، خواص حرارتی، پیوستگی سنگدانه و خمیرسیمان، و سنگدانه‌های خاص بررسی خواهد شد.

دیدگاهتان را بنویسید

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