مصالح درشت دانه

شن رودخانه ای برای بتن
بتن چیست
خرید و فروش شن و ماسه بتن

با توجه به نقش کلیدی مصالح درشت دانه (سنگدانه درشت دانه و یا شن) در ناحیۀ گذار، خواص مکانیکی این مصالح در بتن تأثیرات برجسته ­تری دارند (2000، Mokhtarzadeh و French). پارامتر­های مهم در مصالح درشت دانه عبارتند از: شکل، بافت، دانه بندی، تمیزی و حداکثر اندازه اسمی. در ساختار بتن با مقاومت متعارف، سنگ­دانه­ ها عموماً قوی‌تر و سخت‌تر از خمیر بتن می‌باشند و مقاومت سنگ­دانه­ ها به عنوان یک فاکتور حیاتی محسوب نمی­ شود.

با این حال، مقاومت سنگ­دانه­ ها عامل بسیار مهمی برای افزایش مقاومت هدف بتن می‌باشد، به‌خصوص در مورد بتن­ های حاوی سنگ­دانه­ های سبک وزن. ویژگی­ هایی همچون بافت سنگ­دانه ­ها و کانی شناسی تأثیر قابل توجهی در اتصال فصل مشترک خمیر- سنگدانه و سطح تنشی که در آغاز ترک خوردگی در این ناحیه صورت می­گیرد، خواهد داشت.

سختی سنگدانه درشت دانه

فارغ از خواص دوام، ویژگی­ های سنگدانه­ های درشت دانه مانند مقاومت، سختی، جذب و چسبندگی بالقوه، بسیار مهم محسوب می­شود (1973، Perenchio). در صورت استفاده از مصالح درشت دانۀ سخت همچون دیاباز و یا گرانیت، باید احتیاط لازم مبذول شود. بسته به خواص مورد نظر بتن، سختی سنگ دانه­ ها می‌تواند بسیار مفید و یا بسیار مضر باشد.

مطالعات متعدد انجام شده (1998، Cetin و Carrasquillo؛ 1992، Myers) نشان می­دهد که استفاده از سنگدانه­ های با سختی زیاد می‌تواند مدول الاستیسیته را افزایش دهد، درحالی‌که در همان زمان باعث کاهش ظرفیت مقاومت شود. طراحی بتن با مقاومت بالا با نیل به یک مادۀ همگن می‌تواند پتانسیل مقاومت نهایی را ارتقاء دهد (1996، Neville). این امر می­تواند شباهت بین مدول الاستیک مصالح درشت دانه و مدول الاستیک خمیر بتن را افزایش دهد. 

تاثیر بافت و شکستگی کروی بودن سنگدانه ها

خصوصیات وابسته به پیوند فصل مشترک سنگ­دانه­ ها با افزایش مقاومت هدف بیشتر اهمیت پیدا می­کنند و خصوصیات وابسته به تقاضای آب در درجه اهمیت دوّم قرار می­گیرند. حتّی اگر تقاضای آب مصالح درشت دانۀ ریزتر بیشتر باشد، با توجه به داشتن مساحت سطح بیشتر و متقابلاً پتانسیل چسبندگی بیشتر در ناحیۀ گذار، سنگ­دانه­ های کوچکتر (درشت دانه) برای افزایش مقاومت هدف مطلوب‌تر هستند.

مصالح درشت دانه با ویژگی بافت خشن و گوشه دار، خواص اتصال مکانیکی مطلوب‌تری نسبت به سنگ­دانه­ های با بافت صاف دارند (1997، Neville). با توجه به خواص مکانیکی،  به­ خاطر یک ویژگی نباید به‌طرز شتاب­زده­ای از ملاحظات رد و یا محدود شوند. بسته به مقاومت لازم و دیگر خواص ضروری، سنگ­دانه ­های کروی در دسترس ممکن است عملکرد رضایت بخشی داشته باشند.

Aïtcin و Mehta (1990) در بتن با مقاومت بالا (بیش از MPa 40) و بتن با مقاومت بسیار بالا (بیش از MPa 80) مشاهده نمودند که کانی شناسی و مقاومت مصالح درشت دانه نقش کلیدی در مقاومت بتن ایفا می‌کند. در بتن­ های تولید شده از مواد یکسان و نسبت­ های مشابه، مصالح درشت دانۀ ریز دانه­ بندی از دیاباز و سنگ آهک بالاترین نتایج مقاومت را ارائه کردند. بتن ساخته شده از شن رودخانه­ ای و گرانیت شکسته شدۀ حاوی یک کانی نرم در هر دو پارامتر مقاومت و مدول الاستیسیته نسبتاً ضعیف‌تر بود.

با توجه به ویژگی­ های دوام، کانی شناسی سنگ­دانه­ ها بسیار حیاتی است.

فرآیند شکستن، نواحی ضعف سنگ مادر را حذف می­کند. در نتیجه، ایجاد مصالح کوچک‌تر به احتمال زیاد باعث افزایش مقاومت نسبت به مصالح بزرگ­تر است (1997، DeLarrard و Belloc). به ­دلیل شدت تمرکز تنش کمتر در دانه­ ها، سنگ­دانه­ های با اندازه کوچک­تر برای تولید بتن با مقاومت بالاتر درنظر گرفته می­ شوند، این امر ناشی از تفاوت مدول الاستیک بین خمیر و سنگ­دانه است.

سنگ­دانه­ های بتن در حالت کلی باید دارای وجوه سه بعدی باشند و نباید بیش از حد، طویل و تخت (تطویل و تورق) باشند. لازم به توجه است، صافی و کشیدگی دانه­ ها دارای مفهومی نسبی است و بسته به موقعیت­ها این تعاریف متنوع است. در ساخت بتن از مصالح درشت دانه ­ای که بیش از 20 درصد دانه‌‌های آنها نسبت طول به ضخامت محیطی بیش از 3 به 1 داشته باشند، مطابق با ASTM D 4791 [1] باید اجتناب شود.

ذرات سنگ دانه‌‌ها باید تمیز و عاری از هرگونه مواد زائد باشد، موادی مانند مواد عالی، توده خاک رس، ذرات نرم، مواد زائد چسبیده به دانه‌‌ها مانع از پیوند ناحیه گذار خواهد شد. مادامی که در سطح سنگ دانه‌‌ها، مواد ریز مانند رس، شیل و یا غبار از حدی فراتر رود، پیوند مکانیکی ناحیه گذار سنگدانه‌‌ها کاهش می‌یابد.

پیوند ضعیف خمیر با سنگ دانه در بتن با مقاومت بالا برای مقاومت به‌شدت زیان آور است و به همین دلیل باید از سنگدانه‌‌ های شسته و تمیز استفاده شود. پوشش ­های مضر برای پیوند خمیر و سنگ دانه را می­توان از طریق بررسی پتروگرافیک شناسایی کرد. اغلب سنگ­دانه‌‌های مشکوک به این مشکل از طریق بررسی پتروگرافیک قابل تشخیص هستند.


[1]. روش آزمایش استاندارد برای دانه­ های تخت، دانه ­های کشیده و یا دانه­ های تخت و کشیده در سنگدانۀ درشت دانه.

 

آمیختن سنگ دانه‌‌ها (مخلوط)، فرآیند اختلاط تؤامان دو و یا چند نوع سنگ­دانه می­ باشد که برای تولید یک مصالح دانه ای با مجموعه ­ای از خصوصیات مختلف است. معمولاً ترکیب مصالح شکسته و کروی شکل در صنعت متداول نیست. با این حال، نویسنده مستقیماً مشاهده نموده است که آمیختن سنگ­دانه‌‌های درشت دانۀ شکسته با وجوه سه بعدی در سنگ­دانه‌‌هایی که ‌به‌طور‌ طبیعی سطح صاف و کروی شده اند، می­تواند برای بهینه سازی خصوصیات بتن با مقاومت بالا مفید باشد.

Luciano و همکاران در سال 1991 مخلوط مصالح درشت دانه ای را برای بهینه­ سازی بتن با مقاومت مشخصه MPa 83 در سن 28 روزه با الزامات اضافی مدول الاستیسیته و قابلیت پمپاژ به ثبت رساندند. برنامه بهینه­ سازی بدین شرح بود: شن سیلیسی 9/5 میلی متری متشکل از دانه‌‌های کوارتز کروی و سنگ آهک دولومیتی 9/5 میلی متری متشکل از دانه‌‌های گوشه­دار و نیمه­ گوشه

نظریه انباشتگی فولر تامپسون-ترکیب سنگدانه شکسته و کروی طبیعی

انباشتگی ذرات-انباشتگی ذرات سنگدانه ها

شاید این باور منطقی باشد که دانه­ بندی که چگال‌ترین انباشتگی را تولید کند، بهترین دانه ­بندی است. با این حال، مقدار کمینه ­ای از فضای خالی خمیر برای تأمین کارایی ضروری می­باشد. جهت توصیف حداکثر انباشتگی ذرات ‌به‌طور‌ معمول از معادله­ای استفاده می­شود که توسط فولر و تامپسون در سال 1907 ایجاد شد. اساس معادلۀ آنها به شرح زیر است:

 

P=(d/D)^n 

که در آن:

P = درصد ریز تر از سنگدانه‌‌های طرح

d = اندازۀ سنگ دانۀ‌‌ طرح

D = حداکثر اندازه سنگ دانه‌‌

n = ضریب درشتی[1]


[1]. فولر و تامپسون برای حداکثر چگالی دانه از 5/0=n استفاده کردند.

انباشتگی ذرات سنگدانه ها
اشتراک گذاری Telegram Facebook WhatsApp Twitter
×

چگونه می توانیم به شما کمک کنیم؟

×