آزمايشگاه بتن دانشكده فني مشهد

سنگدانه ها

تعریف:

          مصالح سنگی یا سنگدانه ها یا مصالح خنثی به مصالحی گفته می شود که توسط لعاب سیمان با یکدیگر چسبیده و استخوان بندی بتن را تشکیل می دهند.این مصالح خنثی نیستند و از این لحاظ اسم « خنثی» به آنها اطلاق می شود که در واکنشهای گرفتن و سخت شدن بتن وارد نمی شوند. در واقع، سنگدانه ها دارای خواص شیمیایی و فیزیکی هستند که بر کیفیت و عملکرد بتن کاملاً موثرند و از آنجا که در حدود سه چهارم وزن بتن را تشکیل می دهند، شناخت آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

          شکل و بافت سطحی مصالح سنگی درشت دانه نیز بر کیفیت بتن موثر است. از این لحاظ می توان مصالح را بصورت زیر رده بندی نمود:

          الف. مصالح غلتیده که کاملاً توسط آب  غلتیده و گرد گوشه شده باشند. مثل شن رودخانه ای و دریایی.

          ب. مصالح تیز گوشه  که دارای لبه های کاملاً مشخص در محل برخورد سطوح جانبی مختلف با یکدیگر هستند. مثل سنگهای شکسته و سنگهای گدازه ای.

          پ. مصالح پولکی که ضخامت آنها نسبت به دو بعد دیگرشان بسیار کم است مثل سنگهای متورق شده.

          ت. مصالح سوزنی که طول آنها نسبت به دو بعد دیگرشان بسیار زیاد است.

          ث. مصالح پولکی و سوزنی که ضخامت آنها بسیار کمتر از طولشان است. وجود دانه های پولکی و سوزنی می تواند بر خواص بتن بخصوص بر تراکم و کارایی و مقاومت آن بسیار موثر افتد.

آزمایشهای کنترل کیفیت

نمونه گیری

          الف. نمونه گیری از معدن مصالح: باید در نقاط مختلف معدن گمانه زنی شده و به وسایل مناسب مصالح یک ستون گمانه از بالا تا پایین برداشته و بررسی شوند.

          ب.نمونه گیری از مصالح حمل شده توسط تسمه نقاله: تمام مصالح حمل شده با تسمه نقاله در یک مقطع زمانی مشخص باید برداشته شوند.این عمل باید چندین بار تکرار شود.

          پ. نمونه گیری از توده مصالح انباشته شده. این امر باید از پایین توده مصالح شروع شده و در فواصل مساوی رو به بالا کار نمونه گیری انجام یابد. از توده مصالح باید از ده قسمت نمونه گیری شود.

آزمایشها

الف. آزمایش نوع و مقاومت دانه های سنگی :

          وجود دانه های گچی و پرفیری در کاهش مقاومت بتن بسیار مؤثر است. معمولاً مناسب بودن نوع ومقاومت سنگدانه ها به این ترتیب که اگر پس از شکستن نمونه در آزمایش برزیلی  تمام دانه های سطح شکست، سالم از داخل ملاط سخت شده ماسه و سیمان خارج شوند، دانه ها با لعاب سیمان پیوستگی کمی دارند و اگر تمام دانه ها شکسته باشند مقاومت دانه ها کم است.مطلوب آن است که کمی بیش از نصف دانه ها سالم خارج شوند.

ب. آزمایش دانه بندی سنگدانه ها (C136،C117).

          هر چه نسبت حداکثر اندازه سنگدانه ها به حداقل اندازه انها بیشتر شود، احتمال جدا شدن دانه های سنگی از یکدیگر در اثر حمل یا لرزاندن و غیره ، بیشتر می شود.

پ.آزمایش وزن مخصوص سنگدانه ها (C128،C127،C29).

          مقاومت سنگدانه ها با وزن مخصوص آنها متناسب است. از طرف دیگر وزن مخصوص بتن نیز تحت اثر وزن مخصوص مصالح سنگی قرار دارد و در طرح مخلوط بتن از این مشخصه استفاده می شود.

ت.آزمایش جذب آب سنگدانه ها (C566 وC70).

          میزان جذب آب سنگدانه ها از قرار دادن مصالح کاملاً خشک شده در اجاق،بمدت معین در آب و اندازه گیری تغییر وزن باد، آب مخلوط بتن را جذب کرده باعث کاهش کارایی بتن موثر است زیرا اگر جذب آب زیاد باشد، آب مخلوط بتن را جذب کرده و باعث کاهش کارایی مخلوط خواهد شد.

ث. آزمایش شکل سنگدانه ها(D3398 و C295).

          وجود دانه های سوزنی و پولکی می تواند باعث کاهش کارایی بتن  عدم تراکم کافی بتن تازه شود. به همین دلیل مقدار این دانه ها نباید از حد معینی (مثلاً 15 درصد) بیشتر شود.

ج. آزمایش ارزیابی ناخالصیهای آلی از طریق رنگ سنجی (C40).

          وجود این ناخالصیها بر واکنش شیمیایی هیدراتاسیون، آثار زیانبار داشته وچنین مصالحی برای مصرف در بتن مناسب نیستند. با سوزاندن مصالح توسط الکل و مرطوب کردن مجدد آنها می توان از وجود دانه های آلی و ناخالصیهای آلی در مصالح مطلع شد.

چ.آزمایش دانه های پولک در سنگدانه ها و آزمایش پاکیزگی مصالح سنگی.

          وجود بیش از 5 درصد دانه های پوک از قبیل شیل یا ذغال یا چوب و غیره در سنگدانه  های درشت از مقاومت بتن می کاهد. همچنین از آنجا که جذب این دانه ها زیاد است، ضرر های ناشی از جذب بالا نیز در صورت وجود این نوع دانه ها به همراه خواهند بود.

ح.آزمایش ارزش ماسه ای (D2419).

          برای سنجیدن مقدار رس موجود در ماسه بکار می رود.

          برای حفظ کارایی مطلوب بتن، این مقدار نباید از 80 درصد بیشتر شود.ارزش ماسه ای نباید از65 درصد نیز کمتر باشد چه در این صورت مقدار رس بسیار بیش از حد قابل قبول است.

خ.نمکهای محلول در آب، موجود در مصالح سنگی.

          وجود این نمکها باعث شوره زدن سطح قطعه و نیز باعث تسریع خورده شدن فولاد در بتن می شود. مقدار این نمکها را می توان با شستن سنگدانه ها در آب بمدت معیین تعیین نمود.

د. آزمایش تحلیل در سولفات سدیم (C88).

          این آزمایش، فساد پذیری سنگدانه ها را نشان می دهد. طرز عمل چنین است که به تناوب سنگدانه ها را در محلول اشباع سولفات سدیم قرار داده و در کوره قرار می دهند تا خشک شده و سولفات سدیم در آن متبلور شود.باعث خرد شدن مقداری از دانه ها می شود. بااندازه گیری وزن دانه های خرد شده ای که از الک معیین عبور می کنند می توان فساد پذیری سنگدانه ها را مشخص کرد.

ذ.آزمایش مقاومت  به بخبندان و ذوب یخ (C586 و C289 و C227).

          در این واکنش ، اکسید های سدیم و پتاسیم موجود در سیمان به سیلیس حمله ور شده و لعاب سیلیس قلیایی متورم شونده ای تولید می کنند که در نهایت به گسیختگی و ترک خوردگی بتن منجر شده و لعاب زرد رنگ مذکور از داخل ترکها(مانند چرک کورک) بیرون می آید.

ز.آزمایش تعیین ضریب انبساط حرارتی سنگدانه ها.

          در صورت عدم تشابه این ضریب در مصالح سنگی و خمیر سیمان به مقداری بیش از 6-10×5/5 بر درجه سانتیگراد ، وجود حرارتهای زیاد باعث از بین رفتن پیوستگی سنگدانه ها و لعاب سیمان شده و مقاومت بتن را کاهش می دهد.

ژ.آزمایش سایش لوس آنجلس(C535  و C131) .

          در این آزمایش سنگدانه های درشت را در استوانه ای استاندارد، حاوی گویهای فولادی قرار داده و استوانه را به دفعات  معیین می چرخانند. در اثر این کار مقداری از دانه ها خرد شده و از الک مشخصی عبور می نمایند. هر چه درصد دانه های شکسته شده و گذشته از الک مذکور کمتر باشد، مقاومت سنگدانه ها به سایش بیشتر است.

آب

          تقریباً تمام آبهای طبیعی قابل آشامیدن و بدون طعم خاص، برای ساختن بتن قابل استفاده هستند. در برخی موارد ، آبهای غیر قابل آشامیدن نیز برای بتن سازی مناسب هستند. می توان با آبی که مناسب بودن آن مورد اطمینان نیست، یک نمونه ملاط ماسه و سیمان تهیه نمود. در صورتی که مقاومت نمونه ملاط مذکور در 7 و 28 روزگی از 90 درصد مقاومت نمونه ملاط مشابه، کمتر نباشد، می توان آب مورد نظر را مناسب دانست.

انواع ماخالصیهای آب در بتن:

الف. کربناتها و بی کربنات های قلیایی.

ب.کلرورها.

پ.سولفات ها .

ت. سایر نمکها.

ث.نمکهای آهن.

ج.آبهای اسیدی.

چ.آبهای قلیایی.

ح.مواد همراه با فاضلاب .

خ.رس و لای و موارد معلق.

د.جلبک ها.

ذ.چربیها.

تهیه سنگدانه های بتن:

          سنگدانه ها را می توان از منابع مختلف تهیه نمود. عمده ترین این منابع عبارتند از : دریا ، رودخانه ،کوه  و معدن شن وماسه.

          باید برای تهیه شن و ماسه گامهای زیر برداشته شوند:

الف.جستجوی منبع تهیه شن و ماسه

          در محل رودخانه ها معمولاً ته نشستهای سیلابی وجود دارند که استفاده از آنها بسیار ارزان و ساده است. مشخصات سنگدانه های رودخانه ای بشرح زیر است:

          (1)دانه ها گرد و غلتیده هستند.

          (2)دانه بندی مناسب و متنوع است.

          (3) دانه های کم مقاومت بدلیل اثر سایش و .. از مجموعه، حذف شده اند.

          گام بعدی پس از پیدا شدن معدن شن و ماسه ، آگاه شدن از گستره معدن بصورت تخمین نظری و عمق معدن با گمانه گیری از نقاط مختلف معدن به وسایل مناسب از جمله مته های حفاری و نمونه گیری های ویژه است.(شکل های 1 و 2) . نمونه های مختلف باید قبل از شروع استخراج از معدن و در حین تهیه شن و ماسه ، و پس از آن، مورد آزمایش و بررسیهای لازم قرار گیرند 

 استخراج شن و ماسه

          استخراج شن و ماسه توسط آلات مختلفی از جمله لودر، بیل مکانیکی  و هیدرولیکی و دراگ لاین ، حفاری های هیدرولیکی ، اسکر یپر و غیره انجام می پذیرد.بیلهای مکانیکی نیز بمنظور برداشت مصالح سطحی بکار می روند.

          برای استخراج معادن با عمق زیاد دیگر بیلها مناسب نبوده و از دراگ لاین استفاده می شود. 

          ماشینهای حفار هیدرولیکی بااستفاده از مکنده های بسیار قوی که شن و ماسه کف دریاچه را برداشته و در محل مناسب تخلیه می کنند. آب مکیده شده از طرف دیگر به داخل دریاچه بازگردانده می شود. 

ت. اصلاح ویژگیهای سنگها

          گاه لازم است درسنگهای استخراجی تغییراتی بوجود آید تا دانه ها برای بتن قابل استفاده گردند. به همین منظور از وسایل زیر استفاده می شود:

ت.1.سنگ شکن ها

          برای تقلیل اندازه سنگهای بدست آمده از معدن ، از سنگ شکنها استفاده می شود. 

در مواردی که ماسه بصورت پولکی و سوزنی باشد می توان از آسیابهای ساچمه ای با میله ای استفاده کرد. 

ت.2. سرندها

          برای دانه بندی سنگهای شکسته و شن و ماسه از مجموعه ای از سرندها استفاده می شود.تفکیک دانه های درشت تر از 20 میلیمتر با سرند و دانه های ریزتر با روش هیدرولیکی انجام می شود. سرندها  معمولاً به سه دسته اصلی تقسیم می شوند:

سرند خرانه (Grizzly).

          وظیفه خرشانه جدا کردن سنگهای بسیار درشت است.

سرند جداساز:

          یک یا دو قبقه بوده و وظیفه آنها جداسازی درشت دانه ها و ریزدانه ها از یکدیگر است.

سرند نهایی:

          برای دانه بندی نهایی شن و ماسه بکار می روند.

ت.3. وسایل شستشوی شن و ماسه

          سنگدانه هایی که در سنگ شکن خر شده اند، بدلیل اصطکاک با یکدیگر و نیز با سنگ شکن، دارای الکتریسته ساکن شده و مقداری گرد سنگ دارای بار الکتریکی به آنها می چسبد. همچنین شن و ماسه بدست آمده از معادن (بخصوص دشتی) دارای مقادیری خاک رس هستند.