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
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:
