مقالات

بخش ۲۴: سنگدانه (قسمت چهارم: پوکی، تخلخل، جذب آب، چگالی، رطوبت و تورم)

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

بخش ۲۴: سنگدانه (قسمت چهارم: پوکی، تخلخل، جذب آب، چگالی، رطوبت و تورم)

 

پوکی، تخلخل و جذب آب سنگدانه

سنگدانه‌ها بطور کلی دارای ساختار متخلخل هستند و دارای منافذ قابل نفوذ و غیرقابل نفوذ می‌باشند. در حقیقت خصوصیات این منافذ در مطالعه خواص سنگدانه‌ها بسیار مهم است. پوکی، نفوذپذیری و جذب آب سنگدانه‌ها بر خواصی از سنگدانه‌ها، مانند پیوستگی با خمیر سیمان، مقاومت بتن در برابر یخ‌زدن و آب‌شدن و هم‌چنین بر ثبات شیمیایی آن‌ها و مقاومت در برابر سایش اثر دارد. چگالی ظاهری سنگدانه‌ها به پوکی آن‌ها نیز بستگی دارد و در نتیجه بازدهی بتن برای جرم معینی از سنگدانه‌ها نیز تابع میزان پوکی آن‌ها خواهد بود.

اندازه منافذ داخل سنگدانه‌ها در دامنه وسیعی تغییر می‌کند و بزرگ‌ترین آن‌ها زیر میکروسکوپ یا حتی با چشم غیرمسلح نیز دیده می‌شود ولی حتی کوچک‌ترین منافذ سنگدانه‌ها عموما بزرگ‌تر از منافذ ژل در خمیر سیمان می‌باشد. منافذ کوچک‌تر از ۴ میکرون مورد توجه ویژه می‌باشد، زیرا اعتقاد بر آن است که این نوع منافذ بر دوام سنگدانه‌هایی که در معرض چرخه‌های یخ‌زدن و آب‌شدن قرار می‌گیرند، اثر می‌گذارد.

بعضی از منافذ سنگدانه‌ها کاملا در داخل جسم سنگدانه قرار می‌گیرند و بعضی دیگر نزدیک سطح واقع هستند و به خارج راه دارند. خمیر سیمان به‌علت لزجتی که دارد، به‌جز در بزرگ‌ترین منافذ سنگدانه‌ها، نمی‌تواند تا عمق زیادی به‌داخل منافذ نفوذ نماید، بنابراین به‌منظور محاسبه میزان سنگدانه‌ها در بتن از حجم ناخالص سنگدانه‌ها که به‌صورت توپر در نظر گرفته می‌شوند استفاده می‌گردد. البته آب می‌تواند به‌داخل منافذ راه یابد و مقدار و آهنگ نفوذ آن به اندازه، پیوستگی و کل حجم منافذ بستگی دارد. از آن‌جا که سنگدانه‌ها حدود سه‌چهارم حجم بتن را تشکیل می‌دهند، واضح است که پوکی سنگدانه‌ها سهم عمده‌ای در کل پوکی بتن خواهد داشت. در جدول زیر، مقادیر پوکی بعضی از سنگ‌های متداول مشاهده می‌شود.

وقتی‌که کلیه منافذ سنگدانه‌ها با آب پر شده باشد سنگدانه‌ها به حالت اشباع با سطح خشک (SSD) درآمده‌اند. اگر سنگدانه‌هایی که به این‌حالت درآمده‌اند در هوای خشک، مثلا در آزمایشگاه، قرار داده شوند، قدری از آب داخل منافذ تبخیر خواهد شد و سنگدانه‌ها کمتر از حالت اشباع با سطح خشک (SSD)، آب خواهند داشت و به این حالت «در هوا خشک‌شده» (AD) می‌گویند. خشک نمودن طولانی مدت سنگدانه‌ها در گرمچال سبب می‌شود که رطوبت داخل آن‌ها به مقدار بیشتری کاهش یابد و زمانی خواهد رسید که هیچ‌گونه رطوبتی در آن‌ها باقی نمانده است. به این حالت سنگدانه‌ها «مغز خشک» (OD) می‌گویند. اگر سنگدانه از حالت اشباع مرطوب‌تر باشد، یعنی دارای رطوبت سطحی نیز باشد، به آن سنگدانه خیس گفته می‌شود و تیره رنگ‌تر می‌باشد.

مطابق شکل بالا، جذب آب (یا ظرفیت جذب آب) سنگدانه مقدار رطوبت جذب شده از حالت کاملا خشک تا رسیدن به حالت اشباع با سطح خشک می‌باشد. روش تعیین ظرفیت جذب آب سنگدانه به این صورت است که سنگدانه کاملا خشک شده در گرمچال (Oven) به مدت ۲۴ ساعت در آب غوطه‌ور می‌شود. سپس آب سطحی زدوده شده و افزایش جرم نسبت به حالت کاملا خشک اندازه‌گیری می‌گردد. نسبت این افزایش جرم به جرم خشک سنگدانه برحسب درصد، ظرفیت جذب آب سنگدانه می‌باشد. روش اندازه‌گیری جذب آب سنگدانه‌ها در استانداردهای ASTM C127، ASTM C128، EN 1097-6، BS 812-2، ISIRI 4980، ISIRI 4982، و ISIRI 13762 قابل مشاهده می‌باشد.

عموما جذب آب شن رودخانه‌ای از سنگ خردشده‌ای که خصوصیات سنگ‌شناسی یکسان دارد، بیشتر است؛ زیرا هوازدگی سبب می‌شود که پوکی لایه خارجی دانه‌های شن رودخانه‌ای بیشتر گردد و آب زیادتری جذب نماید.

اگرچه هیچ‌گونه رابطه کاملا روشنی بین مقاومت بتن و جذب آب سنگدانه‌های مصرف‌شده در آن وجود ندارد ولی منافذ موجود در سطح سنگدانه‌ها بر پیوستگی آن‌ها به خمیر سیمان اثر خواهند داشت و ممکن است به این ترتیب اثراتی بر مقاومت بتن داشته باشد.

معمولا فرض می‌شود که هنگام گیرش بتن، سنگدانه‌های آن در حالت SSD هستند. چنان‌چه سنگدانه‌ها در حالت خشک با خمیر مخلوط شوند، فرض می‌شود که به اندازه کافی آب از خمیر جذب می‌نماید تا به حالت اشباع برسند و آب آزاد و یا آب موثر مخلوط بتن، شامل این مقدار آب که جذب سنگدانه‌ها شده، نمی‌گردد. چنین وضعیتی در آب و هوای گرم و خشک به‌وجود می‌آید. به هر حال، امکان دارد وقتی سنگدانه‌های خشک به‌کار می‌روند، سنگدانه‌ها سریعا با خمیر سیمان پوشانده می‌شود و از پیشروی بیشتر آب به داخل سنگدانه، برای رسیدن به‌حالت اشباع، جلوگیری به‌عمل آید. این موضوع به‌ویژه در مورد سنگدانه‌های درشت که آب باید فاصله بیشتری را از سطح دانه بپیماید، صحت دارد. در نتیجه، نسبت آب به سیمان موثر بیشتر از حالتی که جذب آب کامل توسط سنگدانه‌ها صورت می‌گیرد، خواهد شد. این اثر عمدتا در مخلوط‌های پر سیمان که امکان دارد سنگدانه سریعا با خمیر سیمان پوشانده شود، چشم‌گیر است؛ در مخلوط‌های کم سیمان و پر آب، اشباع‌شدن سنگدانه‌ها به‌صورت معمولی ادامه می‌یابد. در عمل نیز رفتار واقعی مخلوط تحت تاثیر ترتیب ریختن اجزای بتن به داخل دستگاه مخلوط‌کن قرار می‌گیرد.

هم‌چنین جذب آب سنگدانه‌ها باعث کم‌شدن کارآیی بتن با گذشت زمان می‌گردد، ولی بعد از حدود ۱۵ دقیقه این افت در کارآیی کم خواهد شد.

چون در اثر پوشانده‌شدن سنگدانه‌های خشک با خمیر سیمان، جذب آب آن‌ها کند و یا متوقف می‌گردد، لذا (علی‌رغم روش استاندارد) در عمل می‌توان به‌جای کل جذب آب (که ممکن است در عمل سنگدانه‌ها هرگز به این حالت نرسند)، مقدار آب جذب شده در ۱۰ تا ۳۰ دقیقه را مدنظر قرار داد.

چگالی ذرات سنگدانه

به‌طور کلی، از آن‌جا که سنگدانه‌ها دارای منافذ (هم قابل نفوذ و هم غیرقابل نفوذ) می‌باشند، لازم است معنی عبارت چگالی ذرات، دقیقا تعریف شود و در واقع چندین نوع چگالی ذرات وجود دارد.

جرم‌مخصوص (Density) به‌معنی جرم واحد حجم جسم می‌باشد که دارای واحد kg/dm۳ است. چگالی (Specific Gravity) به‌معنی جرم‌مخصوص جسم تقسیم بر جرم مخصوص آب (در دمای یکسان) می‌باشد که بدون بعد است.

چگالی مطلق ذرات به حجم مواد جامد منهای حجم کلیه منافذ مربوط می‌شود و بنابراین می‌توان آن را به‌صورت نسبت جرم مواد جامد در خلأ به جرم هم حجم آب مقطر بدون گاز (که هر دو در یک دمای مشخص شده‌ای تعیین شده باشند) تعریف نمود. بنابراین برای از بین بردن اثر منافذی که کاملا احاطه شده و غیرقابل نفوذ می‌باشند لازم است که مصالح به‌صورت پودر بسیار نرم درآید. این آزمایش هم احتیاج به‌کار زیاد دارد و هم بسیار حساس می‌باشد. خوشبختانه این چگالی ذرات معمولا در کارهای مربوط به تکنولوژی بتن مورد نیاز نمی‌باشد.

اگر حجم مواد جامد به‌نحوی در نظر گرفته شود که شامل منافذ غیرقابل نفوذ، ولی بدون لوله‌های مویینه گردد، چگالی حاصل را چگالی ظاهری ذرات می‌گویند. در این‌صورت چگالی ظاهری برابر است با نسبت جرم سنگدانه‌های خشک‌شده در گرمچال با دمای ۱۰۰ تا ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد برای مدت ۲۴ ساعت، به جرم آب هم حجم مواد جامدی که شامل منافذ غیرقابل نفوذ نیز باشد. جرم اخیر را با استفاده از ظرفی که می‌توان آن را به دقت تا حجم معینی پر نمود، به‌دست می‌آورند. بنابراین اگر جرم نمونه خشک‌شده در گرمچال D، جرم ظرف پر از آب B و جرم ظرف با نمونه و پر شده با آب برابر A باشد، در این صورت جرم آبی که حجم معادل مواد جامد را اشغال می‌کند برابر است با B-(A-D)، پس چگالی ظاهری برابر است با:

ظرف فوق که پیکنومتر نام دارد، معمولا یک ظرف شیشه‌ای است که بر بالای آن یک در پیچ می‌شود که فلزی و مخروطی‌شکل با سوراخ کوچکی در راس آن است. بنابراین، پیکنومتر را هر بار می‌توان دقیقا با حجم ثابتی از آب پر نمود.

معمولا محاسبات بتن بر اساس حالت اشباع با سطح خشک (SSD) سنگدانه‌ها صورت می‌گیرد، زیرا رطوبتی که در کلیه منافذ سنگدانه‌ها وجود دارد در واکنش‌های شیمیایی سیمان نقش نخواهد داشت و بنابراین می‌توان آن را به‌عنوان بخشی از سنگدانه‌ها در نظر گرفت. پس چنان‌چه جرم سنگدانه‌ها در حالت SSD برابر C باشد در این‌صورت چگالی ظاهری ناخالص آن برابر است با:

این چگالی که اغلب و به آسانی تعیین می‌گردد، برای محاسبات بازدهی بتن و یا مقدار سنگدانه‌های لازم برای حجم معینی از بتن، مورد نیاز است.

چگالی ظاهری سنگدانه‌ها به چگالی کانی‌هایی که دانه‌های سنگی از ترکیب آن‌ها به‌وجود آمده‌اند، و هم‌چنین به مقدار منافذ داخل آن‌ها بستگی دارد. اکثر سنگدانه‌های طبیعی، چگالی ذراتی بین ۵/۲ و ۷/۲ دارند. این مقادیر برای سنگدانه مصنوعی در دامنه‌ای خیلی کمتر از حد پایین تا خیلی بیشتر از حد بالای مذکور قرار می‌گیرد.

چگالی سنگدانه‌ها در محاسبات کمّیت‌های مختلف به‌کار می‌رود، اما مقدار واقعی چگالی سنگدانه‌ها سنجشی از کیفیت آن‌ها نخواهد بود. بنابراین مقدار چگالی سنگدانه‌ها نباید به‌عنوان یک مشخصه سنگ‌شناسی آن‌ها تعیین گردد، مگر آن‌که یک سنگدانه با خصوصیات سنگ‌شناسی معین مورد نظر باشد که در این‌صورت تغییراتی در چگالی، نمایانگر پوکی دانه‌ها خواهد بود.

جرم مخصوص انبوهی (وزن مخصوص) سنگدانه

جرم مخصوص انبوهی یا وزن‌مخصوص (Unit Weight یا Bulk Density) به معنی جرم مصالح دانه‌ای تقسیم بر حجم پیمانه حاوی مصالح می‌باشد. البته در ASTM از Bulk Density به معانی دیگر نیز استفاده شده است.

همانطور که گفته شد، جرم‌مخصوص فقط به حجم دانه‌های جداگانه مربوط می‌شود و البته عملا امکان ندارد که بتوان این دانه‌ها را به‌نحوی متراکم نمود که فضایی بین آن‌ها وجود نداشته باشد. در مواردی‌که سنگدانه‌ها عملا به‌صورت حجمی پیمانه می‌شوند، دانستن جرم سنگدانه‌هایی که پیمانه واحد حجم را پر می‌کنند ضروری خواهد بود. این کمّیت به‌عنوان جرم‌مخصوص انبوهی (وزن‌مخصوص) سنگدانه شناخته می‌شود و از آن، جهت تبدیل مقادیر وزنی به مقادیر حجمی استفاده می‌گردد.

روشن است که جرم‌مخصوص انبوهی به‌میزان تراکم سنگدانه‌ها بستگی دارد و لذا برای مصالح با چگالی معین، جرم‌مخصوص انبوهی به نحوه توزیع اندازه ذرات و شکل دانه‌ها بستگی خواهد داشت. دانه‌های هم‌اندازه را تا حد معینی می‌توان متراکم نمود، اما دانه‌های کوچک‌تر را می‌توان در فضای بین دانه‌های بزرگ‌تر قرار داد و به این ترتیب، جرم‌مخصوص انبوهی مواد متراکم شده افزایش می‌یابد. شکل دانه‌ها تاثیر بسیار زیادی بر درجه تراکم حاصله دارد.

برای سنگدانه‌های درشت با چگالی معین، جرم‌مخصوص انبوهی زیادتر به‌معنی منافذ کمتری است که باید با ماسه و سیمان پر شود؛ قبلا از آزمایش جرم‌مخصوص انبوهی به‌عنوان اساس تعیین نسبت‌های اختلاط مواد در مخلوط‌ها استفاده می‌شد. هنوز هم در روش طرح مخلوط ACI، از این پارامتر استفاده می‌شود.

جرم‌مخصوص انبوهی واقعی سنگدانه‌ها نه فقط به خصوصیات مختلف مصالح که تعیین‌کننده استعداد درجه تراکم می‌باشند، بستگی دارد، بلکه به تراکم حقیقی حاصل شده در یک حالت معین نیز بستگی خواهد داشت. برای مثال با به‌کار بردن دانه‌های کروی شکل هم‌اندازه، فشرده‌ترین تراکم وقتی حاصل می‌شود که مراکز این کره‌ها در رئوس چند وجهی‌های مجازی قرار گرفته باشند. در این صورت جرم‌مخصوص انبوهی، ۷۴/۰ برابر جرم‌مخصوص دانه‌ها خواهد شد. برای کم‌ترین حالت تراکم، مراکز کره‌ها در گوشه‌های مکعب‌های مجازی قرار می‌گیرند و جرم‌مخصوص انبوهی فقط ۵۲/۰ برابر جرم‌مخصوص ذرات جامد خواهد شد.

لذا جهت انجام آزمایش لازم است درجه تراکم مشخص شود. در استاندارد BS 812-2 دو درجه تراکم مشخص شده است؛ غیرمتراکم و متراکم. آزمایش به‌وسیله استوانه‌ای فلزی با قطر و ارتفاع معین (که به حداکثر اندازه سنگدانه‌ها و هم‌چنین این جرم‌مخصوص انبوهی به‌دست آمده به‌صورت متراکم شده یا غیرمتراکم است، بستگی دارد) انجام می‌شود.

برای تعیین جرم‌مخصوص انبوهی غیرمتراکم، سنگدانه‌های خشک را به آرامی در ظرف استوانه‌ای می‌ریزند تا لبریز شود و سپس سطح آن را با حرکت چرخشی میله‌ای که بر روی لبه فوقانی استوانه قرار داده شده، مسطح می‌نماید. برای تعیین جرم‌مخصوص انبوهی متراکم با میله، ظرف را در سه مرحله پر می‌کنند و هر یک‌سوم حجم را با میله‌ای به قطر mm۱۶ ( اینچ) با سر گردشده، به دفعات توصیه‌شده می‌کوبند و با همان روش فوق مقدار سنگدانه‌های اضافی روی استوانه را بر می‌دارند. جرم خالص سنگدانه‌ها در ظرف، تقسیم بر حجم آن معرف جرم‌مخصوص انبوهی هر یک از حالات تراکم خواهد بود. نسبت جرم‌مخصوص انبوهی غیرمتراکم به متراکم معمولا بین ۸۷/۰ و ۹۶/۰ می‌باشد. روش‌های مشابه در استانداردهای ASTM C29، EN 1097-3 و ISIRI 4981 مشاهده می‌شود.

با دانستن چگالی ظاهری SSD سنگدانه‌ها (s) می‌توان نسبت منافذ (فضای خالی بین سنگدانه‌ها) را از رابطه زیر محاسبه نمود:

اگر سنگدانه‌ها ریز دارای آب سطحی باشند، به‌علت اثر تورم، کمتر متراکم می‌گردند (این موضوع در بخش تورم سنگدانه‌های ریز بحث خواهد شد). به‌علاوه ممکن است جرم‌مخصوص انبوهی، به‌صورتی که در آزمایشگاه تعیین می‌شود، مستقیما برای تبدیل جرم سنگدانه‌ها به حجم آن‌ها به‌منظور پیمانه کردن حجمی سنگدانه‌ها مناسب نباشد؛ زیرا احتمالا درجه تراکم در آزمایشگاه و در کارگاه یکسان نخواهد بود.

مقدار رطوبت سنگدانه

حالت پایه‌ای سنگدانه‌ها حالت اشباع با سطح خشک (SSD) می‌باشد. بنابراین هرگونه تغییر در رطوبت، باید در محاسبات مقادیر اجزای مخلوط بتن مدنظر قرار گیرد. وجود رطوبت در سنگدانه‌ها لزوم تصحیح نسبت‌های واقعی مخلوط را ایجاب می‌نماید. باید از جرم آب مخلوط به اندازه جرم آب آزاد همراه سنگدانه‌ها کاست و جرم سنگدانه‌های مرطوب را به‌همان اندازه افزایش داد. همین کار برای سنگدانه‌های خشک نیز انجام می‌شود.

در سنگدانه‌های خیس، رطوبت سطحی، آب اضافی نسبت به حالت SSD می‌باشد. سنگدانه‌های درشت به‌ندرت حاوی بیش از یک درصد آب سطحی می‌باشند ولی این رطوبت سطحی می‌تواند در سنگدانه‌های ریز بیش از ۱۰ درصد باشد. آب سطحی را برحسب درصدی از جرم سنگدانه‌ها در حالت SSD بیان می‌کنند و به آن «مقدار رطوبت سطحی» می‌گویند.

چون مقدار رطوبت سنگدانه‌ها با تغییر شرایط محیطی تغییر می‌کند و هم‌چنین در نقاط مختلف توده سنگدانه‌ها نیز متفاوت می‌باشد، بنابراین لازم است مقدار رطوبت مرتبا تعیین گردد و برای این منظور روش‌های متعددی توسعه یافته‌اند. قدیمی‌ترین روش با تعیین افت در جرم نمونه‌ای از سنگدانه‌ها در حالی‌که داخل یک سینی بر روی منبع گرمایی خشک می‌شود، انجام می‌گیرد. این روش تعیین مقدار رطوبت، که اصطلاحا به آن روش «ماهیتابه‌ای» می‌گویند، ساده است و می‌تواند در کارگاه مورد استفاده قرار گیرد و کاملا قابل اطمینان است. از گرمچال مایکروویو نیز می‌توان استفاده نمود، اما لازم است دقت شود که از گرما دادن بیش از حد اجتناب گردد.

برای رسیدن به حالت SSD از حالت خیس، لازم است دقت گردد تا از خشک‌شدن بیش از حد جلوگیری شود؛ ماسه را باید به حالتی‌که به آزادی می‌تواند جریان پیدا کند، درآورد و نباید پس از رسیدن به این حالت گرما داده شود. این حالت را می‌توان با لمس نمودن و یا شکل دادن ماسه به‌صورت انباشته‌ای با یک قالب مخروطی تعیین نمود. حالت SSD وقتی حاصل می‌گردد که اگر قالب بالا کشیده شود ماسه به‌صورت آزاد فرو ریزد. چنان‌چه رنگ ماسه تغییر کند (روشن شود) علامت مطمئنی از گرما دادن بیش از اندازه آن است. حال می‌توان با توزین سنگدانه و مجددا خشک کردن آن، ظرفیت جذب آب سنگدانه را تعیین نمود.

در آزمایشگاه، مقدار رطوبت سطحی سنگدانه‌ها را می‌توان به‌وسیله پیکنومتر تعیین نمود. ابتدا باید چگالی ظاهری سنگدانه‌ها بر پایه حالت SSD تعیین گردد. اگر جرم پیکنومتر پر از آب B و جرم نمونه مرطوب C و جرم پیکنومتر با نمونه و پر شده از آب A باشد در این صورت مقدار رطوبت سنگدانه‌ها برابر است با:

این آزمایش کند است و احتیاج به دقت زیادی در اجرا دارد (برای مثال تمام هوای موجود در نمونه باید خارج گردد) اما نتایج دقیقی را به‌دست می‌دهد. این روش در استاندارد BS 812-109 ارائه شده است.

در آزمایش قوطی سیفون، حجم آب جابجا شده به‌وسیله جرم معینی از سنگدانه‌های مرطوب اندازه‌گیری می‌شود و سیفون این سنجش را دقیق‌تر می‌سازد. واسنجی (کالیبره کردن) اولیه برای هر نوع از سنگدانه‌ها لازم است، زیرا نتایج به چگالی آن‌ها بستگی دارد، اما پس از انجام این عمل بقیه آزمایش سریع و دقیق خواهد بود.

مقدار رطوبت سطحی سنگدانه‌ها را می‌توان با استفاده از ترازوی میله‌ای رطوبت‌سنج نیز به‌دست آورد. در این آزمایش آن‌قدر سنگدانه مرطوب به ظرفی که حاوی مقدار معینی آب می‌باشد و از انتهای میله ترازو آویزان است اضافه می‌کنند تا میله به حالت تعادل درآید. به این طریق مقدار آبی که به‌وسیله سنگدانه‌های مرطوب جایگزین می‌گردد برای یک وزن ثابت و کل حجم، اندازه‌گیری می‌شود. می‌توان نشان داد که در این‌حالت مقدار آب جابجا شده متناسب با مقدار رطوبت سنگدانه‌ها است. برای هر نوع از سنگدانه‌های مصرف شده لازم است یک منحنی واسنجی تهیه شود. مقدار رطوبت را می‌توان با دقت ۵/۰ درصد تعیین نمود.

در آزمایش شناورسنج، مقدار رطوبت سطحی سنگدانه‌ها با چگالی معلوم را از افت ظاهری وزنی، ضمن غوطه‌ور شدن در آب به‌دست می‌آورند. اگر اندازه نمونه بر حسب چگالی آن به‌نحوی تنظیم شود که وقتی نمونه در حالت SSD در آب غوطه‌ور می‌شود دارای وزن استاندارد باشد، در این‌صورت می‌توان مقدار رطوبت را مستقیما با خواندن ترازو تعیین نمود. این آزمایش سریع است و مقدار رطوبت را با دقت ۵/۰ درصد می‌دهد. گونه ساده‌ای از این آزمایش در ASTM C70 توصیه شده است ولی به‌صورت گسترده مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

روش‌های متعدد دیگری نیز برای این کار توسعه یافته‌اند. برای مثال می‌توان رطوبت سنگدانه‌ها را با مشتعل نمودن آن‌ها به‌وسیله الکل یا بنزن از بین برد و افت جرمی حاصل را اندازه گرفت. هم‌چنین دستگاه‌های تجاری به ثبت رسیده‌ای وجود دارند که بر اساس سنجش فشار گاز حاصل از واکنش کاربید کلسیم با رطوبت موجود در نمونه در یک ظرف سر بسته عمل می‌نمایند. استاندارد ASTM C566 روشی را برای تعیین میزان کل رطوبت سنگدانه‌ها تجویز نموده است. اگرچه این روش خیلی دقیق نمی‌باشد ولی خطای آن کوچک‌تر از خطای نمونه‌برداری است.

مشاهده می‌شود که انواع متعددی از آزمایش‌ها در دسترس می‌باشند، اما هرچه آزمایش دقیق باشد، نتایج آن فقط وقتی مفید واقع می‌شود که یک نمونه معرف سنگدانه مصرف شده باشد. به‌علاوه اگر میزان رطوبت در قسمت‌های مختلف یک انباشته تغییر نماید، تنظیم نسبت‌های مخلوط دشوار خواهد شد. از آن‌جا که تغییرات در میزان رطوبت عمدتا در جهت قائم می‌باشد، از کف توده که در آب غوطه‌ور است، تا سطحی که در حال خشک‌شدن بوده و یا خشک‌شده است، این تغییرات وجود دارد. بنابراین دقت در نحوه استقرار توده‌ها ضرورت دارد. انبار نمودن در لایه‌های افقی و در نظر گرفتن حداقل دو توده به‌صورتی که آب هر توده بتواند قبل از مصرف خارج گردد، و هم‌چنین استفاده ننمودن از لایه تحتانی، با ضخامت حدود ۳۰ سانتی‌متر، همگی در به حداقل رساندن تغییرات در میزان رطوبت کمک می‌نمایند. سنگدانه‌های درشت که حاوی مقدار رطوبت خیلی کمتری نسبت به سنگدانه‌های ریز می‌باشند، دارای تغییرات کمتری در میزان رطوبت است و در این رابطه عموما مشکلات کمتری ایجاد می‌نمایند.

دستگاه‌های الکتریکی نیز که به‌طور لحظه‌ای و یا مداوم مقدار رطوبت سنگدانه‌های ریز را در سیلوی نگهداری آن‌ها می‌سنجند و بر اساس تغییر مقاومت و یا ظرفیت خازن الکتریکی با تغییر مقدار رطوبت سنگدانه‌های ریز عمل می‌کنند، توسعه یافته‌اند. در بعضی از دستگاه‌های مخلوط‌کننده بتن وسایلی از این نوع به‌کارگرفته شده‌اند تا به‌صورت خودکار، مقدار آبی را که باید به مخلوط افزوده شود، تنظیم نمایند، ولی عملا دقتی بیش از یک درصد رطوبت را نمی‌توان به‌دست آورد؛ واسنجی مکرر این دستگاه‌ها ضرورت دارد. سنجش ثابت دی‌الکتریک دارای این مزیت است که تحت تاثیر وجود نمک‌ها قرار نمی‌گیرد. دستگاه‌های سنجش جذب آب به‌وسیله مایکروویو نیز توسعه یافته‌اند که دقیق و با ثبات‌اند. دستگاه‌های منتشرکننده نوترون‌های سریع که توسط اتم‌های هیدروژن در آب به تعادل گرمایی می‌رسند نیز مورد مصرف واقع شده‌اند. کلیه این دستگاه‌ها باید با دقت استقرار یابند. همچنین حسگرهای رطوبتی کل مخلوط بتنی ساخته شده نیز امروزه استفاده می‌شود و کل رطوبت (آب) داخل مخلوط را تنظیم می‌کند. استفاده همزمان این حسگر و حسگرهای رطوبت سنگدانه، می‌تواند میزان تغییرات آب و سنگدانه مصرفی مورد نیاز را محاسبه و اعمال نماید.

بدون شک سنجش مداوم رطوبت و تنظیم خودکار مقدار آب اضافه شده به مخلوط‌کن، وقتی‌که میزان رطوبت سنگدانه‌ها متغیر است، تغییرپذیری بتن تولید شده را به‌میزان چشم‌گیری کاهش می‌دهد.

تورم (افزایش حجم) سنگدانه‌های ریز

وجود رطوبت اضافی در سنگدانه‌ها با تصحیح جرم آب مصرفی و جرم سنگدانه‌های مرطوب انجام می‌شود. در مورد ماسه، وجود رطوبت سطحی، یک اثر ثانوی نیز پدید می‌آورد و آن تورم ماسه است. تورم عبارت است از افزایش در حجم جرم معینی از ماسه در اثر قشر نازکی از آب که ذرات را دور از یکدیگر نگه می‌دارد.

هر چند تورم به‌خودی‌خود بر نسبت‌های جرمی مواد اثر نخواهد داشت ولی در حالت اندازه‌گیری مواد به روش حجمی، تورم ماسه سبب می‌گردد جرم کمتری از ماسه، حجم ثابت پیمانه اندازه‌گیری را اشغال نماید. به این دلیل، مخلوط بتن دچار کمبود ماسه می‌شود و «خشن» (پر شن) به‌نظر می‌رسد و بتن تمایل به جداشدگی و کرمو شدن خواهد داشت. هم‌چنین بازدهی بتن نیز کاهش می‌یابد. البته علاج این مساله در افزایش حجم ظاهری سنگدانه‌های ریز است و مقدار تورم آن باید در نظر گرفته شود.

مقدار تورم به درصد رطوبت موجود در ماسه و نرمی (ریزی) ذرات آن بستگی دارد. افزایش حجم، نسبت به حجمی که ماسه در حالت SSD اشغال می‌کند، با افزایش مقدار رطوبت سطحی ماسه تا مقدار ۵ الی ۸ درصد، که ۲۰ تا ۳۰ درصد تورم در ماسه ایجاد می‌نماید، ازدیاد می‌یابد. با افزایش رطوبت، قشرهای نازک به یکدیگر می‌پیوندند و آب به طرف منافذ بین ذرات حرکت خواهد نمود، به‌طوری‌که کل حجم ماسه کاهش می‌یابد. این کاهش تا زمانی‌که ماسه کاملا غوطه‌ور گردد، ادامه می‌یابد و در این حالت حجم آن تقریبا برابر حجم ماسه خشک (برای روش یکسان پر نمودن ظرف) خواهد شد. این موضوع در شکل زیر، به‌وضوح دیده می‌شود. این شکل هم‌چنین نشان می‌دهد که ماسه ریز دانه‌تر به‌میزان چشم‌گیری تورم حاصل می‌کند و در مقایسه با ماسه درشت‌دانه، با مقدار آب بیشتری به حداکثر مقدار تورم خود می‌رسد. سنگدانه‌های ریز شکسته (خرد شده) حتی بیشتر از ماسه طبیعی تورم حاصل می‌کنند. مشاهده شده است که ماسه بسیار ریزدانه، که حاوی تعداد بیشتری از ذرات می‌باشد، با رطوبت ۱۰ درصد، تا حد ۴۰ درصد تورم حاصل می‌نماید، اما به هر حال، چنین ماسه‌ای برای تولید بتن با کیفیت خوب مناسب نمی‌باشد.

سنگدانه‌های درشت، افزایش حجم ناچیزی در اثر وجود آب آزاد از خود نشان می‌دهند، زیرا ضخامت قشر رطوبت اطراف آن‌ها، در مقایسه با اندازه دانه‌ها بسیار کم است.

دیدگاهتان را بنویسید

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