مقدمه
بتن یکی از پر مصرف ترین مصالح در صنایع مختلف از جمله صنعت ساختمان سازی می باشد. بتون با مقاومت و استحکام بسیار بالا که در ساخت سازه کاربرد دارد، از ترکیب سنگدانه های مختلفی مانند ماسه تشکیل شده است که در طبیعت نیز به فراوانی یافت می شوند. ترکیبات اصلی بتن عبارتند از :
⦁ آب
⦁ سیمان
⦁ سنگدانه ها.
البته افزودنی های دیگر بتن برای بهبود برخی از خواص و ظرفیت های بتن نیز کاربرد گسترده ای دارند.
سنگدانه ها بیشترین درصد ترکیبات بتن را شامل می شوند که نقش بسیار مهمی ایفا می کنند. در ادامه این مقاله با مشخصات کامل سنگدانه ها و علی الخصوص سنگدانه ماسه آشنا می شوید.
دانه های سنگی
همانطور که گفته شد دانه های سنگی یا سنگدانه ها از ترکیبات اصلی بتن هستند که به دو دسته تقسیم می شوند:
⦁ دانه های درشت دانه یا شن
⦁ دانه های ریز دانه یا ماسه.
مصالح سنگی در مجموع حدود 60 تا 75 درصد از حجم بتن را اشغال مي كند.
دانه های سنگی (شن و ماسه) از نظر ظاهری شباهت های زیادی به هم دارند و تشخیص آن ها کار دشواری است. به همین دلیل برای تشخیص شن و ماسه، از الک های استاندارد آزمایشگاهی استفاده می شود. الک مناسب برای آزمایش تعیین نوع دانه های سنگی ، الک نمره 4 می باشد. (الک ها دارای منافذ با قطر های متفاوتی می باشند که با توجه اندازه این منافذ آن ها را نام گذاری می کنند.).
روند این آزمایش که مفصلا در استاندارد ASTM C 136 مرتبط به دانه بندی مصالح ، توضیح داده شده است به این صورت است که مصالح سنگی را از روی این الک عبور می دهند ، دانه هایی که از الک شماره 4 عبور کنند ماسه و دانه هایی که در واقع درشت تر بوده و روی الک باقی می مانند ، شن نامیده می شوند.
به عبارت دیگر دانه هایی که از الک نمره 4 عبور می کنند دارای قطری در حدود 4 میلی متر تا 0 میلی متر هستند و ماسه، نامیده می شوند.
دانه های درشت تر یا شن که روی الک باقی می مانند نیز دارای قطری بزرگ تر از 4 میلی متر هستند که خواص و مشخصات این سنگدانه مفصلا در مقاله 10 ویژگی شن خوب برای بتن بررسی شده است.
دوستان : مطالعه مقاله 10 ویژگی شن خوب برای بتن میتونه براتون مفید باشه
تاریخچه ماسه در بتن
همانطور که گفته شد بتن یکی از مواد مقاوم و پرکاربرد در ساختمان سازی است که بخش قابل توجهی از آن از مصالح سنگی تشکیل شده است. ماسه یا ( Sand ) یکی از این سنگدانه ها می باشد. این سنگدانه به طور کلی علاوه بر بتن و بتن مسلح در ملات سازی ، ریخته گری ، شیشه سازی ، فیلتر یا صافی ها و تهیه آجر نسوز و آجر ماسه آهکی کاربرد دارد.
ماسه به صورت های متفاوتی در طبیعت یافت می شود و ممکن است خود حاوی مقادیر مختلفی از مواد متفاوتی باشد. برای مثال ماسه های طبیعی حاوی مقادیری رس و آهن هستند ، رنگ متمایل به قرمز برخی از سنگدانه های ریز نیز به دلیل وجود مقادیر مختلف آهن در آن می باشد.
ماسه های عبوری از الک نمره 4 نیز دارای اندازه های متفاوتی می باشند که به همین دلیل می توان آن را به سه دسته :
⦁ ماسه نرم
⦁ ماسه متوسط
⦁ ماسه درشت
با توجه به قطر متفاوت ماسه، می توان آن را در دو دسته ی :
⦁ ماسه یک نواخت
⦁ ماسه دانه بندی شده نیز شناسایی کرد.
ماسه یک نواخت از دانه هایی با اندازه های هم سان مثلا درشت دانه ، متوسط و ریز دانه تشکیل می شود . اما ماسه دانه بندی شده از مخلوط اندازه دانه های متفاوت تشکیل شده است.
به طور کلی دانه های سنگی مورد استفاده در بتن در انواع مختلفی و برای کاربرد های متفاوتی تولید می شوند. برخی از این مصارف عبارتند از :
⦁ استفاده از شن و ماسه برای تولید بتن و استفاده در پی سازی
⦁ استفاده به عنوان یک ماده ساینده در سند بلاست
⦁ استفاده از سنگدانه ها در تولید شیشه
⦁ استفاده از سنگدانه ها به عنوان ماده قالب برای ریخته گری فلزات
⦁ استفاده از سنگدانه ها به عنوان ماده ای زینتی در محوطه سازی
⦁ استفاده از سنگدانه ها برای استحکام و دوام بیشتر مصالح ساختمانی
⦁ استفاده از ماسه برای ساخت بتن و بتن مسلح
⦁ استفاده از ماسه، برای تولید انواع آجر های نسوز و آجر های ماسه آهکی
⦁ استفاده از ماسه برای تولید ملات.
سازمان استاندارد ملی ایران وظیفه تدوین و تنظیم استاندارد های مواد و مصالح مختلف ، تجهیزات ، روش های آزمون و غیره ، منطبق با استاندارد های جهانی را دارد. به منظور تعیین خواص و آزمایش سنگدانه های مصرفی در بتن نیز استاندارد های مختلفی تبیین شده است که هر کدام مبنا و روش آزمون خاصی برا تعیین کیفیت سنگدانه ها می باشد.
با توجه به این که ماسه دارای خواص متفاوتی می باشد ، از طرف دیگر ماسه هر منطقه ممکن است خواص مخصوص به خود را نیز داشته باشد، همچنین وجود مواد مختلف در ماسه، بر روی کیفیت نهایی بتن تاثیر مستقیم دارد. لذا ضروری است تا ماسه و سنگدانه مورد مصرف در بتن سازی ، به دقت مورد بررسی قرار بگیرند.
در ادامه برخی از مهم ترین استاندارد های ماسه و شن بررسی می شوند :
استاندارد ها
- استاندارد 302 : با عنوان سنگدانه های بتن – ویژگی ها
- استاندارد 446 : با عنوان سنگدانه ها – مواد ریز تر از الک 75 و روش آزمون شستشو
- استاندارد 448 : با عنوان سنگدانه ها – روش آزمون لوس آنجلس
- استاندارد 449 : سلامت سنگدانه ها با استفاده از سولفات سدیم
- استاندارد 4977 : دانه بندی سنگ دانه های ریز و درشت
- استاندارد 4979 : ناخالصی های آلی در سنگدانه های ریز مورد مصرف در بتن
- استاندارد 4983 : مقدار رطوبت قابل تبخیر در سنگدانه ها
- استاندارد 4984 : آزمون ذرات سبک در سنگدانه ها
- استاندارد 7147 : سنگدانه ها و تعیین نمک های کلریدی محلول در آب
- استاندارد 8672 : تعیین مقدار سولفات در سنگدانه ها
- استاندارد 11269 : دانه های پهن و دانه های دراز
- استاندارد 4978 : کلوخه های رسی و دانه های سست در سنگدانه ها
- استاندارد 9148 : سنگدانه های بتن.
ماسه ساختمانی یا نرم به صورت عمده برای تهیه ملات و اندود مورد استفاده قرار می گیرد. در حالی که ماسه سنگ ریزه برای ملات بستر و روسازی کاربرد دارد. سنگدانه حد وسط این دو نوع نیز کاربرد های مختلفی دارند و می توان از آن ها ببرای درزگیری و بند کشی استفاده کرد.
سنگدانه ی نرم کاربرد بیشتری در ساختمان سازی دارد . در ترکیبات این نوع ماسه، در حدود 10 درصد رس وجود دارد. در حالی که رس موجود در ماسه زبر بسیار کمتر و دانه های آن نیز درشت تر است.
تعیین مقدار ماسه در بتن، تابع مدول نرمی ماسه مصرفی است. در یک طرح مخلوط ثابت، با افزایش مدول نرمی ماسه، مقدار شن مصرفی تقلیل می یابد و شن مصرفی افزایش می یابد و برعکس.
با افزایش مقدار مصرف ماسه در واحد متر مکعب، مقاومت فشاری و اکثر خواص سخت شده بتن کاهش می یابند. استفاده از یک ماسه با مدول نرمی استاندارد مناسب است.
ماسه، مصارف گوناگونی به عنوان یک ماده معدنی دارد. عمده استفاده از ماسه مربوط به کارهای عمرانی و ساختمانی می باشد. برای مثال از ترکیب ماسه و آهک می توان به ماده ای مقاوم دست یافت که از آن برای مقاوم سازی پی ها استفاده می شود.
با توجه به تنوع استفاده از این سنگدانه در صنعت که قبلا بررسی شد، باید اشاره کرد که بخش عمده ی ماسه ی تولیدی کشور صرف تهیه و تولید بتن شده و بخش کمی از آن نیز برای مصارف مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.
بنابراین باید دقت کافی در تعیین خواص و ویژگی های ماسه مورد استفاده در بتن وجود داشته باشد. زیرا ترکیبات متفاوت شن و ماسه می توانند مستقیما بر خواص مختلف بتن از جمله مقاومت، استحکام و پایداری تاثیر گذار باشند. با انجام آزمایشات خاص می توان برای موارد مختلف استفاده بتن، از مقادیر ثابت و متغیر ماسه استفاده کرد.
ماسه در طبیعت به صورت طبیعی وجود داشته و با شکستن و خرد شدن سنگ های مادر، طی فرایندی طبیعی و یا استفاده از دستگاه های سنگ شکن تشکیل می شود. بهترین سنگ ها برای تهیه ماسه، سنگ های سیلیس و گرانیتی می باشند. این سنگ ها از متراکم ترین سنگ های ماسه ساز موجود در طبیعت هستند و به هر میزانی که سنگ متراکم تر باشد، وزن مخصوص بیشتری داشته و برای تهیه سنگدانه ریز برای بتن سازی مناسب تر است.
سنگدانه های موجود در طبیعت که با دو عنوان شن و ماسه شناخته می شوند ، ویژگی های مختلفی از نظر ظاهری دارند که همین ویژگی های ظاهری عامل نام گذاری آن ها می باشد. از نقطه نظر ویژگی های ظاهری می توان سنگدانه ها را به 5 دسته تقسیم و بررسی کرد.
- دانه های گرد
- دانه های گوشه دار
- دانه های نامنظم
- دانه های پولکی شکل
- دانه های سوزنی شکل.
نکته حائز اهمیت این است که اصولا از دانه های گرد، نامنظم و گوشه دار (شن و ماسه) در ساخت بتن استفاده می شود و به کار گیری دانه های سوزنی و پولکی در بتن مجاز نیست. زیرا اگر كل جسم بتن تحت تنش قرار گیرد، در یک موضع از این دانه ها تمرکز تنش ایجاد می شود. لذا قید شده است که حجم کل دانه های پولکی در بتن کمتر از 15 درصد باشد.
همچنین استفاده از دانه های گرد در بتون به صورت قابل توجهی مصرف سیمان را کاهش می دهد که این یکی از مزیت های دانه های گرد گوشه می باشد. علت این امر این است که سطح ظاهری دانه های گرد نسبت به سطح ظاهری دانه های نا منظم و گوشه دار کمتر بوده و چون خمیر سیمان باید تمام سطح ظاهری دانه را بپوشاند، این دانه ها به خمیر سیمان کمتری نیاز دارند.
استفاده از دانه های گوشه دار در تولید بتن بهتر است. بتن با دانه های گوشه دار به دلیل امکان درگیر شدن بهتر دانه ها با یک دیگر و برقراری اصطکاک بهتر بین آنها ، مقاوم تر خواهد بود. بهتر است در مواقع نیاز به مقاومت بالای بتون از دانه های گوشه دار استفاده شود. اما در کارهای عادی که مقاومت های کمتر ملاک است، می توان از دانه های گرد و نامنظم استفاده کرد.
طبق تعاریف و نتایج به دست آمده از آزمون دانه بندی مصالح سنگی یا سنگدانه ها مطابق با استاندارد 4977 ( سنگدانه ها – دانه بندی سنگدانه های ریز و درشت ) چنین استنباط می شود که به سنگدانه هایی با دانه بندی ریزتر از 3/0 میلی متر که از الک نمره 50 رد می شوند ، ماسه گفته می شود.
وجود ماسه در بتن باعث خمیری تر و روان تر شدن بتن می شود. به عبارت دیگر میزان روان بودن مخلوط بتن به میزان سنگدانه ریز موجود در آن بستگی دارد. به همین جهت با استفاده از سنگدانه ریز در بتن می توان به مقدار قابل توجهی در مصرف آب ( برای دست یافتن به مخلوطی روان ) صرفه جویی کرد. اما از طرف دیگر با مصرف دانه های ریزتر، مصرف خمیر سیمان لازم جهت اندود کردن سطح ظاهری دانه های ریز یا ماسه نیز بالاتر می رود.
برای تعیین دانه بندی مصالح ریز و درشت طبق استاندارد 4977 به این صورت عمل می شود:
ابتدا سنگدانه ها را تا رسیدن به دمای وزن ثابت خشک کنید. برای دستیابی به اطلاعات مورد نیاز براساس استاندارد ویژگی های مصالح مورد آزمون ، الکهایی با چشمه های مناسب انتخاب کنید.
برای فراهم کردن اطلاعات دیگر مانند ضريب نرمی، با تنظیم مقدار مواد روی یک الک، از الک های اضافی مورد درخواست یا ضروری دیگری استفاده کنید. الك ها را براساس اندازه چشمه ی آنها از درشت به ریز و از بالا به پایین روی هم قرار داده و نمونه را بر روی الک بالایی بریزید. الک ها را با دست و یا دستگاه مکانیکی، برای مدت کافی تکان دهید.
برای رسم منحنی دانه بندی ، ابتدا مجموعه ای از دانه ها را وزن کرده سپس از روی و الک استاندارد عبور می دهند ، آنگاه وزن دانه های مانده روی هر الک را اندازه گیری کرده و درصد آنها را نسبت به وزن کل محاسبه می نمایند (درصد دانه های مانده روی الک).
مجموع درصدهای مانده روی الک موردنظر و الک های بالاتر را از 100 کم نموده تا درصد رد شده از الک مورد نظر به دست آید ، سپس بر اساس اندازه الک و درصد رد شده دانه ها از الک های استاندارد منحنی را رسم می نماییم .
منحنی های دانه بندی به دو دسته تقسیم می شوند:
- منحنی دانه بندی پیوسته
- منحنی دانه بندی ناپیوسته
یک منحنی دانه بندی در صورتی پیوسته محسوب می شود که دارای دو خصوصیت زیر باشد:
- تمام ابعاد استاندارد در دانه ها موجود باشد.
- بعضی از ابعاد نسبت به سایر ابعاد به میزان چشمگیری بیشتر یا کمتر نباشد.
در تصویر بالا نمونه هایی از منحنی های دانه بندی ترسیم شده است. منحنی شماره ۱ در محدوده ماسه است و در محدوده شن و ماسه پیوسته نیست ولی در محدوده ماسه پیوسته است.
منحنی شماره ۲، در محدوده شن پیوسته است، اما در محدوده شن و ماسه گسسته است. منحنی شماره ۳ دارای شن وماسه است اما در محدوده کوچکی ( از الک ۳ تا ۲) در حدود ۶۰ درصد کل دانه ها قرار گرفته اند، یعنی بعضی از ابعاد دانه ها به صورت چشم گیر نسبت به سایر ابعاد دانه ها بیشتر هستند . (این منحنی گسسته است). منحنی شماره ۴ یک منحنی دانه بندی است که در محدوده شن و ماسه پیوسته بوده دارای تمام ابعاد دانه ها هست.
مدول نرمی یا همان ضریب نرمی یک اصطلاح است که برای درصد دانه های باقی مانده بر روی الک های استاندارد کاربرد دارد و ضریب آن از 0 تا 9 متغیر است. هر چه مدول نرمی بزرگ تر باشد مخلوط درشت دانه تر (خشن تر) و هرچه مدول نرمی کوچک تر باشد مخلوط ریزدانه تر (کاراتر) است.
رطوبت ، عامل تاثیر گذاری بر روی خواص ماسه می باشد. درصد رطوبت و یا آب موجود در ماسه تاثیر مضاعفی بر تغییر خواص آن دارد . برای مثال :
ماسه در اثر رطوبت تورم کرده ، حجم آن زیاد می شود. حجم دانه های ماسه به این صورت زیاد نمی شود که خود ماسه ها باد کند. یک دانه ماسه همیشه حجمش ثابت است ولی آبی که به ماسه اضافه می شود بر اثر کشش سطحی بین دانه های ماسه حائل شده و بین دانه ها را باز می کند.
در نتیجه حجم ماسه ، نسبت به حجم اولیه افزایش می یابد. تصویر زیر، یک نمودار آزمایشگاهی است که درصد افزایش حجمی ماسه نسبت به ماسه خشک را براساس تغییر درصد رطوبت و در سه نمونه مختلف ماسه ، نشان می دهد.
با توجه به منحنی فوق نتایج زیر حاصل می شود :
- بیشترین افزایش حجم برای ماسه در رطوبت ۵٪ حاصل می شود. گاهی تا ۴۰٪ افزایش حجم هرچه رطوبت از این مقدار بیشتر شود ، تورم کردن رو به کاهش خواهد گذاشت. لذا در ماسه های کاملا خیس نباید نگران افزایش حجم بود.
- هر چه ماسه ریز تر باشد تورم کردن آن هم بیشتر خواهد بود.
نکته عملی : توصیه می شود هرگز در کارگاه های بتن سازی از پیمانه های حجمی استفاده نشود. چون ممکن است ماسه مرطوب بوده و افزایش حجم داشته باشد و بدین لحاظ ، وزن مورد نظر تغییر کند .
رطوبت سطحی و جذب آب دانه ها
دانه های سنگی مورد استفاده در بتن درصد مشخصی از آب بتن را به خود جذب می کنند. جذب رطوبت توسط دانه های یکی از ملاک های دانه بندی کردن ماسه و یا شن می باشد. با همین ملاک می توان دانه ها را به 4 دسته ی :
- دانه های خشک
- دانه های کاملا خشک
- دانه های اشباع با سطح خشک
- دانه های مرطوب تقسیم بندی کرد .
ممکن است دانه های خشک در داخل بعضی از حفره های میانی حاوی مقداری آب باشند ولی حفره های مجاور سطح خارجی فاقد آب باشند.
تصویر روبرو، دستگاه تعیین SSD بودن ماسه است.
دانه های کاملا خشک
دانه های کاملا خشک: دانه هایی هستند که در کوره ۱۰۰ الی ۱۱۰ درجه حرارت دیده و کاملا خشک شده باشند. توجه شود که در دانه های کاملا خشک کلیه سوراخ ها یا همان خلل و فرج ها ( که درصد آن ها در سنگدانه های مختلف متفاوت است ) باید کاملا عاری از آب یا رطوبت باشند.
دانه های اشباع با سطح خشک
دانه های اشباع با سطح خشک : دانه هایی هستند که سطح آن ها خشک است ولی کلیه حفره ها و خلل و فرج های آن ها از آب پر باشد . برای مثال : اگر دانه ها را به مدت ۲۴ ساعت در آب نگاه داشته و بعد از آب بیرون بیاورند و سطح آن را با دستمال خشک و ضخیم کاملا خشک کنند، به طوری که کمی نم در سطح ظاهری آن دیده شود، به این دانه ها حالت اشباع با سطح خشک گفته می شود.
دانه های مرطوب
دانه های مرطوب: دانه هایی هستند که خلل و فرج داخلی آنها اشباع از آب بوده و از طرفی سطح آنها نیز خیس است، مشابه مثال قبلی اگر دانه ای 24 ساعت در آب شناور شده و سپس از آب خارج شود ولی سطح آن را خشک نکنند ، این دانه یک دانه ی خیس با سطح ظاهری خیس و خلل و فرج اشباع از آب خواهد بود .
نکته ی مهم این است که برای تهیه بتن باید دانه ها در حالت اشباع با سطح خشک باشند . زیرا فقط در این صورت است که نه دانه ها آب موجود در بتن را به خود جذب می کنند و نه آب موجود در دانه ها جذب بتن می شود. اما اگر دانه های مورد استفاده در بتن کاملا خشک باشند ، مقداری از آب موجود در بتن جذب دانه ها می شود تا به آن تعادل ببخشد .همچنین نیاز به استفاده از آب در بتن را نیز افزایش می دهد.
اگر دانه های مصرفی مرطوب باشند، آب اضافی سطح خود را به مخلوط بتن اضافه کرده و میزان آب مخلوط را افزایش می دهند ، در نتیجه میزان آب مصرفی برای تهیه بتن کاهش پیدا می کند معمولا دانه های ماسه ای تا حدود ۰٫۷ درصد آب به خود جذب می کنند تا از حالت کاملا خشک به حالت اشباع با سطح خشک تبدیل شوند .
نکته حائز اهمیت این است که شرایط بارگیری، حمل و نقل و نگهداری مصالح سنگی نیز می تواند بر خواص نهایی آن ها تاثیر گذار باشد. به همین دلیل برای حمل و نقل و نگهداری و غیره می بایست از قواعد و ضوابطی پیروی شود. این ضوابط در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان بررسی شده است. با رعایت کامل این ضوابط ، تا حدودی می توان اطمینان حاصل کرد که شن و ماسه شرایط مساعدی برای استفاده در بتن را دارند.
ضوابط بارگيري، حمل و نقل، تخليه و انبار كردن سنگدانه هاي مصرفي در بتن مطابق با مبحث نهم مقررات ملی ساختمان به قرار زير است:
- شرایط حمل و نقل، نگه داری و تحویل دانه ها باید به صورتی باشد که مواد زیان آور بتن در سنگدانه ها نفوذ نکند.
- شرایط حمل و نقل، نگه داری و تحویل دانه ها باید به صورتی باشد كه سنگدانه ها شكسته نشوند.
- شرایط حمل و نقل، نگه داری و تحویل دانه ها باید به صورتی باشد كه دانه هاي ريز و درشت در يك دپو از يك ديگر جدا نشوند.
- محل نگهداري سنگدانه ها بايد دور از پوشش گياهي و مواد آلوده كننده باشد.
- محل دپوي شن و ماسه بايد به گونه اي باشد كه همواره امكان تخليه آب مازاد آنها وجود داشته باشد.
- ديواره هاي تقسيم دپوي مصالح سنگي بايد به گونه اي مقاوم و پايدار باشد كه در صورت خالي بودن يك قسمت و پر بودن قسمت مجاور، ديواره بر اثر رانش سنگدانه ها تخريب يا جا به جا نشود.
- در هنگام بارش و يا يخبندان، بايد سنگدانه هاي واقع در فضاي آزاد با برزنت يا ورقه هاي پلاستيكي پوشانيده شود.
ضوابط حمل و نقل و نگه داری
- در هنگام گرماي شديد ، بايد بر روي سنگدانه هاي واقع در فضاي آزاد، سايبان درست شود.
- شيب مخروط هاي دپوي شن و ماسه نبايد زياد باشد زيرا شيب زياد دپوها موجب جدا شدن دانه هاي ريز و درشت از هم مي شود.
- سنگدانه ها تا حد امكان بايد به صورت لايه هايي با ضخامت يكسان بر روي يكديگر ريخته شده و انبار شوند.
- سنگدانه ها بايد با لودر يا وسايل مناسب ديگر به گونه اي برداشته شوند كه هر بار قسمت هايي از همه لايه هاي افقي برداشته شوند.
- سنگدانه هاي انبار شده در دپو بايد حداقل 12ساعت در محل باقي مانده و مصرف شود.
- سيلوي ذخيره سنگدانه ها بايد با مقطع مربع يا دايره و شيب مخروط يا هرم تحتاني آن كمتر از 50 درجه باشد.
- مصالح سنگي بايد به صورت قائم در داخل سيلو ريخته شود تا از برخورد مواد سنگي با كناره هاي سيلو جلوگيري شده و دانه ها از هم جدا نشوند. در صورتي كه سيلوي ذخيره سنگدانه ها پر باشد امكان شكسته شدن سنگدانه ها و تغيير دانه بندي آن كاهش مي يابد.
- براي خالي كردن سنگدانه ها به داخل سيلو ، بايد از نردبان ويژه مصالح سنگي استفاده شود.
- در صورتي كه شرايط به گونه اي باشد كه امكان شكسته شدن سنگدانه ها در حين جابجا كردن يا انبار كردن وجود داشته باشد ، بايد قبل از ساخت بتن با اين سنگدانه ها ، بار ديگر آنها را دانه بندي كرد.
- در هنگام بارش برف و يخبندان، سنگدانه ها بايد به گونه اي انبار شوند كه امكان يخزدگي و نيز جمع شدن برف و يخ بين دانه ها وجود نداشته باشد.
- در هنگام تحويل هر محموله از سنگدانه هاي وارده به كارگاه، بايد وضعيت ظاهري آنها از نظر اندازه، شكل دانه ها و ناخالصي هاي آن با چشم كنترل شود.
همانطور که می دانید سنگ دانه ها از خرد شدن و تجزیه ی سنگ های مادر به روش های مختلفی به دست می آید . اما خود سنگ ها نیز از تجمع کانی های حاصل می شوند . کانی که انواع مختلفی نیز دارد به موادی غیر آلی با ترکیبات شیمیایی ثابت گفته می شود که جامد ، متبلور و همگن گفته می شود. برخی از این کانی ها به کانی های سنگ ساز معروفند که همان سنگ های مادر در تولید شن و ماسه نیز هستند.
کانی های سنگ ساز بر حسب انواع سنگ ها به سه گروه تقسیم می شود:
⦁ سنگ های ماگمایی
⦁ سنگ های رسوبی
⦁ سنگ های دگرگونی
همانطور که پیش تر گفته شد ، ماسه انواع مختلفی دارد که از هر کدام برای مصارف مختلفی استفاده می شود. از کانی های مختلفی که نقش به سزایی در تولید ماسه دارند می توان به کانی های زیر اشاره کرد . قابل ذکر است که ماسه به دست آمده از هر کدام نیز به نام همان کانی در صنعت شناخته می شود .
⦁ سیلیس
⦁ زیرکونیم
⦁ کرومیت
⦁ الوین
ماسه های مشتق شده از کانی های فوق نیز عبارتند از :
انواع ماسه با توجه به نوع سنگ
ماسه سیلیسی : این نوع ماسه از فراوان ترین نمونه های ماسه می باشد زیرا کانی آن یعنی سیلیس به مقادیر زیادی در طبیعت یافت می شود . اما استفاده از این نوع ماسه برای طراحی قالب مناسب نمی باشد .
ماسه زیرکونیم : این ماسه خاصیت انبساط حرارتی بالایی دارد و برای ساخت قالب و کوره مناسب است . ماسه زیرکونیم از مقاومت دمایی بسیار بالایی برخوردار است .
ماسه کرومیتی : این نوع ماسه دیرگداز تر از نمونه های دیگر بوده و رنگ آن سیاه می باشد.
ماسه الوینی : این نوع ماسه کم وزن بوده و انبساط حرارتی پایینی دارد .
از طرف دیگر در یک تقسیم بندی کلی و جامع تر ماسه ها را می توان در دو دسته ی زیر بررسی کرد :
⦁ ماسه ی طبیعی
⦁ ماسه مصنوعی.
ماسه طبیعی و مصنوعی
ماسه طبیعی شامل ماسه های رودخانه ای و ماسه ی بادی بوده و دیگر انواع ماسه، از قبیل ماسه شسته ، ماسه شکسته ، ماسه سنگ آهک ، ماسه درشت یا ماسه حفره دار در دسته ماسه مصنوعی قرار می گیرند .
ماسه طبیعی که از بستر رودخانه ها استخراج می شوند دارای دانه های گرد گوشه می باشند. این ماسه به دلیل ریز دانه بودن به خوبی می تواند در فضاهای کوچک قرار گرفته و فضاهای خالی موجود و محتمل در بتن ریزی را پر کند.
ماسه شسته یا ماسه دو بار شور مخلوطی ازماسه و خاک هستند. وجود خاک در سنگدانه ریز یکی از معایب آن محسوب می شود. به این دلیل که قرا گیری ذرات خاک در اطراف ماسه باعث می شود تا ذرات سیمان نتوانند به خوبی در اطراف سنگدانه ها قرار بگیرند. این موضوع میزان چسبندگی آن و مقاومت نهایی بتون را کاهش می دهد.
ماسه شکسته از آسیاب نمودن سنگ های معدنی به دست می آید، دارای ظاهری تیز گوشه می باشد.
ماسه بادی که ذرات آن توسط باد جا به جا می شوند. این ماسه ها در نزدیکی ساحل و رودخانه ها موجود می باشند. با توجه به در دسترس بودن رسوبات، جهت و سرعت باد در منطقه و پوشش گیاهی، ماسه بادی با اندازه های مختلفی تولید می شود.
ماسه رودخانه ای از ساحل و کف رودخانه ها به وجود می آید و در اندازه های درشت و ریز موجود می باشد.
ماسه سنگ آهک از نظر اندازه درشت تر از ماسه می باشد. این نوع سنگدانه بیشتر برای زه کشی مورد استفاده قرار می گیرد.
ماسه درشت یا حفره دار دارای ذرات سخت، تیز و ضخیم تر می باشد. این سنگدانه که از رسوبات طبیعی زمین استخراج می شود بیشتر برای ساخت ملات کاربرد دارد.
همانطور که گفته شد ماسه طبیعی در طبیعت وجود دارد اما برای تامین نیاز در مواقعی لازم است تا سنگدانه را به روش های مصنوعی و با استفاده از ابزار های مکانیکی تولید کرد. در ادامه روش تولید انواع سنگدانه ریز (ماسه) بررسی خواهد شد.
ماسه رودخانه ای که از طریق جاری شدن سیلاب و بارش ها ، از سطح کوه ها جدا شده و انباشت شده است، جمع آوری و مورد استفاده قرار می گیرد.
ماسه طبیعی که از بستر رودخانه ها و یا سواحل جمع آوری می باشد دارای مقادیری از مواد زیان آور برای بتن می باشد که لازم است قبل از استفاده از سنگدانه جدا و شسته شود . میزان مجاز وجود مواد زیان بار برای بتن در استاندارد های سنگدانه های بتن تعریف شده است .
فرایند تولید ماسه شکسته برای بتن
ماسه شکسته توسط انسان و یا بیل های مکانیکی ، دستگاه های سنگ شکن در کارخانه تولید می شود . به این طریق که سنگ های مادر را به کارخانه منتقل کرده و اقدام به تولید ماسه به اندازه دلخواه می کنند .
برای تولیدن ماسه به ابزار مختلفی نیاز می باشد که این دستگاه ها عبارتند از :
- فیدر
- نوار نقاله
- سنگ شکن
- ماسه شور
برای تولید ماسه شکسته ، سنگ کوهی به وسیله انفجار معدن و خرد کردن به وسیله ی بیل مکانیکی یا دستگاه سنگ شکن در کارخانه به اندازه های مورد نیاز تولید می شود . سپس این ذرات در معدن بارگیری شده و به خط تولید کارخانه منتقل می شود . ذرات حاصل از خرد شدن سنگ ها داخل قیف هاپر تخلیه شده و توسط فیدر زنجیری به سمت سنگ شکن هدایت می شود .
این ذرات پس از این مرحله به ذرات حدود 20 تا 30 سانتی متر تبدیل می شود . سپس این سنگدانه ها توسط نوار مقاله دوباره به سمت سنگ شکن به نام کوبیت منتقل شده تا به شکل ماسه مورد نیاز برای مصارف ساختمانی تبدیل شود .
سنگدانه حاصل در این مرحله به بخش تفکیک و جدا سازی منتقل می شود و سپس توسط نوار نقاله های جمع آوری ، به بازار برای مصارف مختلف منتقل می شود . اگر به نوع سنگدانه شسته نیاز باشد ، می بایست ماسه شکسته تولیدی از طریق فیدر زمینی به ماسه شوی حلزونی منتقل شود .
انواع روش های آزمایش کیفیت ماسه
برای استفاده از ماسه در بتن سازی یا سایر مصارف ساختمانی می بایست آزمایش هایی انجام داد. زیرا سنگدانه های متفاوتی وجود دارد که هر کدام برای مصارف خاصی کاربرد دارند . در ادامه انواع آزمایش های مرتبط با ماسه، منطبق با استاندارد ملی ایران بررسی می شود .
| نام آزمایش | شماره استاندارد برای روش آزمون |
| آزمون دانه بندی | استاندارد شماره 4977 |
| آزمون سنگ نگاری | استاندارد شماره 13552 |
| آزمون هیدرومتری | استاندارد ASTM D 422 |
| آزمون تعیین جذب متیلن بلو | استاندارد شماره 10447-9 |
| آزمون کلوخه های رسی و ذرات سست | استاندارد شماره 4978 |
| آزمون درصد مجاز ذغال سنگ و لیگینیت | استاندارد شماره 4984 |
| آزمون درصد ترکیبات حاوی سولفور | استاندارد شماره 1-19038 |
| آزمون ناخالصی های آلی | استاندارد شماره 4979 |
| آزمون سلامت ماسه | استاندارد شماره 449 |
| آزمون فضای خالی سنگدانه | استاندارد ASTM C1252 |
| آزمون خواص شیمیایی | استاندارد شماره 19038-1 |
| آزمون خواص فیزیکی و مکانیکی | استاندارد شماره 14874-9 و 14874-8 |
| آزمون خصوصیات ساختاری | استاندارد 10447-9 |
| روش آزمون شستشوی مواد ریز تر از الک 75 میکرو متر | استاندارد شماره 446 |
| روش آزمون مقدار کل رطوبت قابل تبخیر با خشک کردن | استاندارد شماره 4983 |
| روش آزمون تعیین نمک های کلریدی محلول در آب | استاندارد شماره 7147 |
| روش آزمون تعیین مقدار سولفات | استاندارد شماره 8672 |
| آزمون مقاومت دربرابر ضربه و سایش ( لوس آنجلس ) | استاندارد 448 |
مشخصات کلی سنگدانه ماسه در بتن
با توجه به توضیحاتی که در مبحث های قبلی گفته شد ، ماسه مورد استفاده در بتن باید خواص و ویژگی های مشخصی داشته باشد تا نهایتا بتن قابل استفاده برای مصارف مختلف در ساختمان سازی باشد.
برای مثال تخلخل ، نفوذ ناپذیری و مقاومت کششی سنگدانه ریز موضوعی است که در میزان مقاومت آن در برابر یخ زدگی و یا همان یخبندان موثر است . به عبارت دیگر هر چه تخلخل ، نفوذ ناپذیری و مقاومت کششی سنگدانه ها (ماسه و شن) بیشتر باشد ، مقاومت در برابر یخبندان نیز بیشتر است .
ماسه ای که برای استفاده در بتن مد نظر است باید مشخصات زیر را داشته باشد :
ماسه مورد استفاده در بتون باید کاملا تمیز و عاری از ناخالصی ها باشد. چنانچه محل دپو شدن ماسه در موقعیت نامناسب(در مجاورت برگ درختان) باشد ممکن است به مواد شیمیایی آلوده شده باشد.
- ماسه طبیعی ممکن است حاوی مقادیری خاک باشند. که وجود این مواد برای بتن مضر می باشد. میزان گل و لای مجاز برای دانه ها، اگر بتون تحت سایش باشد، حداکثر ۳ درصد است. اما در صورتی که بتون تحت سایش نباشد، میزان گل و لای مجاز دانه های ماسه، حداکثر ۵ درصد می باشد.
- سنگدانه ریز باید در مقابل اعمال تنش مقاوم باشد. دلیل این است که چون دانه ها نقش اسکلت بندی را به عهده دارد، در صورتی که ماسه و شن موجود در بتن در مقابل تنش مقاوم نباشند زود از هم گسیخته می شوند.
- اگر قرار است بتن در معرض تردد و رفت و آمد قرار بگیرد . ماسه مورد استفاده در آن و به طور کلی دانه های موجود در آن باید در مقابل سایش مقاوم باشند.
- سنگدانه باید در مقابل هوازدگی مقاوم باشد. زیرا گذشت زمان همراه با تغییرات رطوبت و تغییرات دما، ممکن است دانه ها را خرد کند که به این پدیده اصطلاحا هوازدگی می گویند. اگر دانه ها در معرض تر و خشک شدن های متوالی قرار گیرند، یعنی بیشتر هوازده شوند، معایب بیشتری برای بتون به همراه خواهند داشت. به طور کلی سنگ هایی که همیشه تر یا همیشه خشک هستند کمتر هوازده می شوند.
- تفاوت ضریب انبساط حرارتی سنگ دانه (شن و ماسه در حالت تر و حالت خشک) علت این مسئله (هوازدگی) می باشد. زیرا دانه با توجه به تغییرات مکرر ضریب انبساط حرارتی، انقباض و انبساط پیدا کرده و مرتبأ تحت کشش و فشار قرار می گیرد، که همین موضوع به مرور زمان موجب خستگی و متلاشی شدن آن می شود.
10 ویژگی ماسه مناسب برای بتن
ماسه مورد استفاده در بتن باید ویژگی هایی داشته و به اصطلاح استاندارد باشد . زیرا در صورت عدم کیفیت ماسه، بتن با کاهش کیفیت ، مقاومت ، استحکام و موارد دیگر روبه رو خواهد شد که این ضعف بزرگی بوده و در صورت استفاده از این نوع بتن در ساختمان های مختلف مشکلاتی به همراه خواهد داشت .
- ماسه مصرفی در بتن می بایست از مقاومت بالایی در برابر تنش برخوردار باشد .
- سنگدانه ریز مورد استفاده در بتن باید در برابر هوازدگی مقاوم باشد.
- همچنین سنگدانه باید در برابر یخبندان و یا یخ زدگی مقاومت بالایی داشته باشد .
- مقاومت ماسه مصرفی در بتن باید در برابر سایش ، ضربه و خراش بالا باشد .
- عدم وجود خاک و گل و لای در ماسه نیز یکی از موارد بسیار مهم است .
- توجه به یکنواخت بودن سنگدانه از نظر بافت و ظاهر برای استفاده در بتن ضروری است .
- کلوخه های رسی موجود در آن بیشتر از مقدار مشخص شده در استاندارد نباشد .
- ترکیبات حاوی سولفور موجود در آن از رقم مشخص شده در استاندارد تجاوز نکند .
- اندازه سنگدانه ریز باید در حدود مشخص شده باشد .
- ترکیبات حاوی کربنات موجود در ماسه از رقم مشخص شده در استاندارد تجاوز نکند .
منابع و ماخذ
- مبحث نهم مقررات ملی ساختمان
- شماره 302 استاندارد ملی ایران
- شماره 446 استاندارد ملی ایران
- شماره 448 استاندارد ملی ایران
- شماره 449 استاندارد ملی ایران
- شماره 4977 استاندارد ملی ایران
- شماره 4979 استاندارد ملی ایران
- شماره 4938 استاندارد ملی ایران
- شماره 4984 استاندارد ملی ایران
- شماره 7147 استاندارد ملی ایران
- شماره 8672 استاندارد ملی ایران
- شماره 11269 استاندارد ملی ایران
- شماره 4978 استاندارد ملی ایران
- کتاب تکنولوژی و طرح اختلاط بتن نوشته دکتر مستوفی نژاد.
