فهرست مطالب
تعریف شن
شن و یا سنگدانه درشت دانه به طور کلی دانه های سنگی به دو دسته دانه های درشت یا شن و دانه های ریز یا ماسه تقسیم می شود. مصالح سنگی در مجموع حجم بتن را اشغال می کند.
- ۶۰ تا ۷۰ درصد شن
- ۳۰ الی ۴۰ درصد ماسه.
مرز اندازه شن و ماسه، الک استاندارد نمره ۴ است. که اندازه بعد آن ۳ اینچ یا ۴٫۷۶ میلی متر است. دانه های عبوری از الک نمره ۴، ماسه و دانه های مانده روی الک نمره ۴، شن هستند. به عبارت دیگر، دانه های ریزتر از ۴٫۷۶ میلیمتر را ماسه و بزرگتر از ۴٫۷۶ میلیمتر را شن می نامند. با کمی تقریب در کارگاه، دانه های ریزتر از ۵ میلیمتر ماسه و بزرگتر از ۵ میلیمتر شن محسوب می شود.
تاریخچه شن در بتن
بتن ماده ای مقاوم با مصارف مختلفی است که از ترکیب مواد زیر به دست می آید:
- آب
- سیمان
- سنگدانه ها یا دانه های سنگی.
سنگدانه های موجود در بتن عبارتند از شن و ماسه. انواع مختلفی از آنها در طبیعت موجود بوده و به روش های مصنوعی در کارخانه ها تولید می شود.
شن ( Gravel ) از خرد شدن و جدا شدن سنگ های طبیعی به وجود می آید. شن در نوع طبیعی، شکسته و پولکی شناخته می شود. شن یا سنگ ریزه با اندازه های کوچکتر از 75 میلی متر و بزرگتر از 75/4 میلی متر ، از ریگ کوچک تر و از ماسه درشت تر است .
البته خود شن نیز به دو دسته تقسیم می شود:
شن یکی از اجزای مهم تشکیل دهنده ی بتن می باشد. برای این که شن کارایی لازم برای استفاده در بتن را داشته باشد، باید عاری از هرگونه آلودگی و رس باشد.
ترکیب اصلی بتن شامل موارد زیر می باشد:
- سیمان
- آب
- مصالح و دانه های سنگی.
این مواد می تواند به نسبت های متفاوت برای دستیابی به مقاومت های مختلف ترکیب شود.
در سال 1817 میلادی یک دانشمند فرانسوی متوجه شد که با ترکیب این مواد ماده ای به دست می آید که قابل ریختن در قالب است. همچنین بعد از مدتی سخت می شود. وی نام این مخلوط را بتن نامید.
سنگدانه های موجود در بتن شامل دو دسته ی درشت و ریز می باشد. حدود 70 درصد از وزن بتن را سنگدانه ها تشکیل می دهند. بسیاری از ویژگی های بتن به این سنگدانه ها مربوط است. برای مثال:
- خواص فیزیکی
- خواص مکانیکی
- خواص مقاومتی
- خواص شیمیایی و غیره.
کاربرد انواع شن و ماسه ساختمانی
همان طور که گفتیم شن و ماسه ها در انواع مختلف برای کاربرد های متفاوتی تولید می شوند. برخی از این مصارف عبارتند از:
- استفاده از نوع خاصی از شن و ماسه در تولید شیشه.
- استفاده از شن و ماسه به عنوان ماده قالب ریخته گری فلزات .
- استفاده به عنوان یک ماده ساینده در سند بلاست.
- استفاده از شن و ماسه به عنوان ماده ای زینتی در محوطه سازی.
- استفاده از نوع به خصوصی از شن و ماسه برای استحکام و دوام بیشتر مصالح ساختمانی.
- استفاده از شن و ماسه برای تولید بتن و استفاده در پی سازی.
تعریف شن از نظر استاندارد
استاندارد ملی ایران وظیفه تنظیم و تالیف استاندارد های ملی مرتبط با مباحث ملی ساختمانی را دارد. استاندارد های موجود در خصوص هر یک از ویژگی های شن و ماسه ی مناسب برای بتن تدوین شده است.
همانطور که پیش تر گفته شد، شن به سنگدانه ها به دو دسته ی شن طبیعی و شن مصنوعی تقسیم می شود. همچنین از نقطه نظر طبقه بندی متحد، خاک به شن ریز و شن درشت تقسیم می شود.
شن های طبیعی که بیشتر در کف رودخانه ها و در سواحل یافت می شوند دارای اندازه ی کوچکتر و بافتی نرم و گوشه گرد می باشند. در حالی که شن مصنوعی که از خرد شدن سنگ های بزرگتر به دست می آید دارای سطوح تیز تری می باشند.
با توجه به مشخصات فنی عمومی راه ها و ساختمان ها، شن مصرفی در بتن باید مشخصات و ویژگی هایی داشته باشد:
- مصالح درشت می بایست کاملا سخت، محکم و با دوام باشد. و مواد آلی موجود در آن از اندازه های مشخص شده تجاوز ننماید .
- درصد سایش سنگدانه های درشت نباید از 40 درصد تجاوز کند .
نکته دیگر که حائز اهمیت است این است که جنس و خصوصیات شن و ماسه هر منطقه متفاوت می باشد ، به همین دلیل لازم است برای استفاده در بتن ، شن و ماسه هر ناحیه به طور جداگانه بررسی و مطالعه شود .
تاثیر شن در بتن
شن به عنوان یکی از پر مصرف ترین مواد در ترکیبات بتن، باید ویژگی های مختلفی داشته باشد. زیرا نحوه ی توزیع و شکل شن و ماسه در بتن تاثیر بسیاری در خواص آن دارد. شکل سنگدانه های شکسته به دو مورد بستگی دارد:
- طبیعت سنگ مادر
- نوع سنگ شن .
شکل سنگدانه های بتن می تواند مقاومت های کم یا زیادی به بتن بدهد. دوام و پایداری بتن بستگی بسیار زیادی به نوع شن و ماسه دارد.
شن نسبت به بتن از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا 60 تا 70 درصد کل سنگدانه های بتن از شن تشکیل می شود. سنگ دانه ها ممکن است شکلی گرد گوشه یا صیقلی، تیز گوشه یا نا منظم داشته باشد. شن های طبیعی یا گرد گوشه به میزان آب بیشتری نیاز دارد. به همین دلیل در زمان استفاده از این نوع سنگدانه باید عیار سیمان را افزایش داد تا میزان آب تاثیر منفی ای در کاهش مقاومت بتن نداشته باشد.
به طور کلی نتایج تحقیقات حاکی از آن است که بتن با سنگدانه های شکسته، مقاومت بیشتری دارد. زیرا در این نوع بتن دانه ها با یکدیگر درگیر شده و اصطکاک بیشتر میان آن ها موجب افزایش مقاومت بتن می شود. از طرف دیگر استفاده از سنگدانه های پولکی و سوزنی، مقاومت و دوام بتن را کاهش می دهد.
شن همچنین در صنعت های:
- شیشه سازی
- سنباده
- ساخت مصالح پیش ساخته
- و تولید ملات برای آجرچینی کاربرد دارد.
دانه های موجود در طبیعت (شن و ماسه) را از نظر شکل ظاهری به پنج دسته می توان تقسیم کرد .
1- گرد
۲- نامنظم
۳- گوشه دار
۴- پولکی شکل
۵- سوزنی شکل.
- دانه های گرد: دانه هائی هستند که در اثر فرسایش در طبیعت شکل آنها گرد و سطح آنها صاف شده است.
- دانه های نامنظم: معمولا دارای سطح صاف و صیقلی هستند ولی شکل آنها کاملا گرد نیست
- دانه های گوشه دار: دارای سطح صاف نیستند، همچنین شکل هندسی مشخصی نداشته و اکثرا دارای گوشه های مشخص و تیز هستند.
- دانه های پولکی شکل : دانه هایی هستند که ضخامت آنها نسبت به دو بعد دیگر آنها کم است.
- دانه های سوزنی شکل : دانه هایی هستند که طول آنها نسبت به دو بعد دیگر به میزان قابل توجهی بیشتر است.
اصولا در بتن سازی از دانه های گرد، نامنظم و گوشه دار استفاده می شود و به کار گیری دانه های سوزنی و پولکی در بتن مجاز نیست.
دانه ها
دانه های گرد نسبت به دانه های نامنظم، کمترین مصرف سیمان در بتن را دارد. زیرا سطح ظاهری دانه های گرد نسبت به سطح ظاهری دانه های نامنظم و گوشه دار کمتر می باشد.
چون خمیر سیمان می بایست تمام سطح ظاهری دانه را بپوشاند، لذا این دانه ها به خمیر سیمان کمتر و بالتبع به سیمان کمتری نیاز دارند.
از نظر مصرف کمتر سیمان دانه ها به این ترتیب قرار می گیرند:
- دانه های گرد
- دانه های نامنظم
- و سپس دانه های گوشه دار.
از نظر مقاومت نهایی بتن، اصولا بتنی که با دانه های گوشه دار ساخته می شود به دلیل امکان درگیر شدن بهتر دانه ها با یکدیگر و برقراری اصطکاک بهتر بین آنها، مقاوم تر خواهد بود.
به همین دلیل توصیه می شود که در مواردی که مقاومت خیلی بالا مورد نظر باشد، از دانه های گوشه دار استفاده شود.
- مقاومت بالای ۳۵۰ یا ۴۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع
اما در کارهای عادی که مقاومت های کمتر ملاک عمل است، می توان از دانه های گرد و نامنظم استفاده کرد.
دانه های سوزنی و پولکی، به هیچ وجه برای کار بتن سازی مناسب نیستند. زیرا اگر کل جسم بتن تحت تنش قرار گیرد، در یک موضع از این دانه ها تمرکز تنش ایجاد شده و در همان موضع دانه میشکند.
در کمتر معدنی است که دانه های سوزنی و پولکی وجود نداشته باشد. لذا تسریح شده که جمع دانه های پولکی و سوزنی حداکثر از 15 درصد وزن کل دانه ها تجاوز نکند .
دانه بندی یعنی نحوه توزیع دانه ها از نظر ابعاد، دانه بندی مصالح را با یک شاخص به نام منحنی دانه بندی مشخص می کنند.
تعریف:
منحنی دانه بندی عبارت است از یک منحنی که نحوه توزیع دانه ها از نظر ابعاد را مشخص کند. برای تنظیم منحنی دانه بندی ابتدا شن یا ماسه مورد نظر را انتخاب نموده از الکهای استاندارد عبور می دهند.
تعداد الکهای استاندارد که معمولا استفاده می شود ۹ عدد می باشد. ۵ الک در محدوده ماسه، یک الک مرز شن و ماسه و ۳ الک در محدوده شن است.
— الک مرز شن و ماسه الک نمره ۴ بوده که بعد شبکه های آن ۴٫۷۶ میلیمتر است.
الک های محدوده شن به شرح زیر هستند :
- الک 9/5 میلی متر
- الک 19/06 میلی متر
- الک 38/11 میلی متر
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 مانده).
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 دانه بندی
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.
- ابعاد نسبت به سایر ابعاد تفاوت چشم گیری نداشته باشند.
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 و ماسه 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 چشمگیر 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.
مصالح با دانه بندی پیوسته
به دلایل زیر اکثرا در ساخت بتن سعی می شود که از مصالح با دانه بندی پیوسته استفاده شود:
1- با استفاده از شن و ماسه با دانه بندی پیوسته، فضای خالی بین مصالح به حداقل می رسد.
- دانه های ریز تر در لابلای دانه های درشت قرار گرفته و در هم جفت میشوند.
- فضای خالی که برای پرشدن با خمیر سیمان باقی می ماند، کمتر می شود.
نکته* علاوه بر فضای خالی بین دانه ها، باید سطح ظاهری کلیه دانه ها نیز با خمیر سیمان آغشته شود. لذا معمولا خمیر سیمان مصرفی بیشتر از فضای خالی بین دانه ها است.
۲- در صورت استفاده از یک دانه بندی پیوسته، دانه های در ابعاد مختلف در تمام قسمتهای بتن توزیع شده. به خوبی جای خود را در بین یکدیگر باز می کنند. بنابراین حجم بیشتری از بتن توسط دانه ها اشغال شده و بتن حاصله تو پرتر و متراکم تر خواهد شد.
دانه ها بین ۶۰ تا ۷۵ درصد حجم بتن را اشغال می کنند. به این ترتیب هرچه دانه بندی پیوسته تر باشد، حجم بیشتری از بتن توسط دانه اشغال می شود. چون در بتن، نقش باربری به عهده دانه ها است چنین بتنی در مقابل تحمل تنش مقاوم تر خواهد بود.
بطورکلی بتنی که با مصالح با دانه بندی پیوسته ساخته می شود هم مصرف سیمانش کمتر است و هم مقاومت مطلوب تری دارد. البته دانه بندی گسسته در مواردی خاص کاربرد دارد که بعدا اشاره خواهد شد.
دانه بندی گسسته (ناپیوسته)
استفاده از مصالح سنگی گسسته (ناپیوسته) فقط در ساختن بتن با دانه های نمایان با بتن اکسپوز توصیه می شود. بتن اکسپوز بتنی است که برای نما به کار می رود و روی سطح آن یک سری دانه های درشت دیده می شود.
در ساخت این بتن از مصالح سنگی با دانه بندی گسسته، به صورتی که در محدوده ماسه پیوسته بوده اما در محدوده شن فقط دارای یک یا دو بعد درشت دانه باشد، استفاده می شود.
تصویر زیر نمونه ای از منحنی دانه بندی گسسته که جهت مصرف در بتن اکسپوز مناسب است را نشان میدهد.
در بتن اکسپوز یک یا دو روز پس از بتن ریزی قالب را باز می کنند. در این حالت سطح بتن هنوز کاملا سخت نشده و می توان با کشیدن برس سیمی روی سطح بتن، دانه های ماسه را از بین دانه های درشت شنی بیرون کشید.
به بیان دیگر چون دانه های شنی پیوسته نیستند که به خوبی درهم قفل شده باشد، پس از برس شیدن دانه های درشت ۲ یا ۳ سانتیمتری باقی می ماند، لذا سطح بتن برجسته شده و نمای زیبایی ایجاد می شود.
گاهی ممکن است به لحاظ راحتی کار از نظر برس زدن، بتن مجاور جدار قالب را دیرگیر نمایند. به این معنی که سطح قالب را به مواد دیرگیر کننده آغشته میکنند که البته این کار از نظر اجرایی با مشکلاتی همراه است.
تعریف مدول نرمی
مدول نرمی با ضریب نرمی در مورد دانه بندی مصالح شنی، ماسه ای و یا مخلوط شن و ماسه تعریف می شود.
مدول نرمی عبارتست از مجموع درصدهای باقیمانده روی الکهای استاندارد تقسیم بر صد. مدول نرمی ممکن است بین صفر تا ۹ متغیر باشد.
هر چه مدول نرمی بزرگتر باشد مخلوط درشت دانه تر (خشن تر) و هرچه مدول نرمی کوچکتر باشد مخلوط ریزدانه تر (کاراتر) است.
دسته بندی انواع شن
شن به عنوان یکی از سنگدانه های لازم برای تولید بتن و مصارف ساختمانی انواع مختلفی در طبیعت دارد .تقسیم بندی های متفاوتی برای شن وجود دارد که در ادامه بررسی خواهد شد. شن با توجه به نوع و اندازه ی دانه های آن به چند دسته تقسیم و قابل شناسایی می باشد.
- سنگ دانه های طبیعی
- سنگ دانه های مصنوعی
- سنگ دانه های بازیافتی
سنگ دانه های طبیعی در سه دسته ی سنگدانه های حاصل از آورد های کویری یا سنگدانه های رودخانه ای، سنگ دانه های شکسته و سنگ دانه های ترکیبی قابل بررسی می باشند.
سنگدانه های رودخانه ای:
شامل تکه سنگ های بزرگی هستند که بر اثر عوامل جوى مختلف در بستر رودخانه ها ته نشین می شوند:
- حرکت سیلاب های جاری شده از کوه ها
- جدا و خرد شدن سنگ ها
- ته نشینی در رودخانه ها.
این سنگ هاى ته نشین شده که به آن ها شن طبیعی نیز گفته می شود، قطری بین 5 تا 60 میلی متر دارند. این نوع شن دارای گوشه های گرد است و به علت ته نشین شده در بستر رودخانه ها با ماسه و قلوه سنگ نیز ترکیب می شود.
سنگدانه های شکسته:
در کارخانه و به وسیله دستگاه های مختلف از جمله سنگ شکن، خرد شده و توسط الک کردن های متوالی دانه بندی می شوند به شن شکسته نیز معروفند. این سنگدانه ها دارای دانه های درشت و تیز تر بوده و کاربرد عمده تری در تولید بتن دارند.
شن ترکیبی: این نوع شن در حقیقت ترکیبی از شن طبیعی و شن شکسته می باشد.
شن از نظر شکل ظاهری
- گرد
- نامنظم
- گوشه دار
- پولکی شکل
- سوزنی شکل
تعاریف از نقطه نظر شکل ظاهری
- دانه های گرد: دانه هایی هستند که در اثر فرسایش های طبیعی تشکیل شده و سطح صافی دارند .
- دانه های نامنظم: اگرچه این دانه ها دارای سطح صاف و صیقلی هستند ولی شکل آنها کاملا گرد نیست.
- دانه های گوشه دار: این دانه ها شکل هندسی مشخصی نداشته و دارای گوشه های تیز هستند .
- دانه های پولکی شکل: نسبت ضخامت این دانه ها نسبت به دو بعد دیگر آن کمتر است .
- دانه های سوزنی شکل: دانه هایی هستند که طول آنها نسبت به دو بعد دیگر آن بیشتر است .
سنگدانه های پولکی و سوزنی شکل
قابل ذکر است که استفاده از دانه های پولکی و سوزنی شکل در بتن مجاز نمی باشد. در صورت استفاده از دانه های گرد در بتن، نسبت نیاز به سیمان بسیار کمتر است. دلیل این موضوع آن است که دانه های گرد سطح ظاهری کمتری دارند و در نتیجه به خمیر سیمان کمتری برای پوشش سطح ظاهری نیاز است.
اندازه دانه های شن
یکی دیگر از تقسیم بندی های شن توجه به نوع دانه بندی آن ها می باشد. شن از نظر دانه بندی به دو دسته ی دانه بندی پیوسته و دانه بندی گسسته تقسیم می شود.
این دانه بندی ها توسط منحنی دانه بندی بررسی می شوند. استفاده از دانه بندی پیوسته در ساخت بتن کاربرد بیشتری داشته و توصیه می شود.
با استفاده از شن با دانه بندی پیوسته فضای خالی بین ذرات کاهش پیدا می کند. ضمن این که دانه های ریز تر به خوبی با دانه های درشت جفت می شوند.
فضای خالی باقی مانده در بین ذرات کمتر می شود. همچنین نیاز به سیمان برای پرکردن فضاهای خالی نیز کاهش پیدا می کند. میزان مقاومت بتنی که در آن از شن با دانه بندی پیوسته استفاده شده نیز بیشتر است. از شن با دانه بندی گسسته نیز در ساخت بتن اکسپوز یا بتن نماسازی استفاده می شود.
رطوبت سطحی و جذب آب دانه ها
بطورکلی دانه ها از نظر رطوبت سطحی و جذب آب دانه ها به چهار دسته تقسیم می شوند:
1- دانه های کاملا خشک
٢- دانه های خشک
٣- دانه های اشباع با سطح خشک (SSD)
۴- دانه های مرطوب
1- دانه های کاملا خشک: دانه هایی هستند که در کوره ۱۰۰ الی ۱۱۰ درجه حرارت دیده و کاملا خشک شده باشند. توجه شود که اصولا دانه ها دارای خلل و فرج هستند.
بطوریکه از متراکم ترین سنگ های موجود در طبیعت می توان از سنگ گرانیت نام برد که آن هم حدود یک درصد تخلخل دارد. سنگهایی که در بتن سازی بکار می روند. گاهی حدود ۵٪ تخلخل دارند. در دانه های کاملا خشک کلیه این سوراخها و خلل و فرجها باید کاملا عاری از آب یا رطوبت باشند.
۲- دانه های خشک: دانه هایی هستند که در داخل بعضی از حفره های میانی دانه آب موجود باشد ولی حفره های مجاور سطح خارجی فاقد آب باشند.
٣- دانه های اشباع با سطح خشک : دانه هایی هستند که کلیه حفره ها و خلل و فرجهای آنها از آب پر باشد، لکن سطح دانه خشک است .
چنانچه دانه ها را به مدت ۲۴ ساعت در آب نگاه داشته سپس از آب بیرون بیاورند و سطح آن را با دستمال خشک و ضخیم کاملا خشک کنند، به طوریکه در سطح ظاهری فقط کمی نم دیده شود، این دانه ها حالت اشباع با سطح خشک خواهند داشت.
۴- دانه های مرطوب: دانه هایی هستند که خلل و فرج داخلی آنها اشباع از آب بوده و از طرفی سطح آنها نیز خیس باشد، دانه ای که پس از ۲۴ ساعت غوطه وری در آب از آب بیرون آورده شود، یک دانه خیس محسوب می شود.
شرایط رطوبتی سنگدانه در طرح اختلاط
قابل ذکر است که در طرح مخلوط بتن همیشه فرض می شود که دانه ها در حالت اشباع با سطح خشک هستند، بدین معنی که نه آب بتن جذب دانه ها می شود و نه دانه ها آبی به آب بتن اضافه می کنند .
اگر دانه ها کاملا خشک یا خشک باشند، مقداری از آبی که به مخلوط اضافه می شود جذب دانه ها می شود. لذا باید آب بیشتری مصرف کرد.
همچنین اگر دانه ها مرطوب باشند، آب اضافی سطح خود را به مخلوط اضافه کرده و میزان آب مخلوط را افزایش می دهند، لذا در این مورد باید آب کمتری مصرف کرد. معمولا دانه های ماسه ای تا حدود 2/7 درصد و دانه های شنی تا حدود 1/5 درصد آب جذب میکنند تا از حالت کاملا خشک به حالت اشباع با سطح خشک تبدیل شوند.
در دانه بندی مصالح درشت دانه، محدودیت خاصی تصریح نشده است، فقط این نکته قابل توجه است که هر چه از مصالح دانه ای درشت تر استفاده شود.
مشروط بر آنکه مقدار آب و سیمان ثابت باشد، مقاومت فشاری افزایش می یابد. لذا در کارگاه هرچه بتوان از مصالح درشت دانه تری استفاده کرد مناسب تر خواهد بود. به شرط آنکه عبور دانه ها در قالب و بین میلگردها مختل نشود.
1- حداکثر بعد دانه های شنی نباید بزرگتر از حداقل بعد قالب باشد.
۲- حداکثر بعد دانه های شنی نباید بزرگتر از ۳ فاصله آزاد بین میلگردها باشد.
3- حداکثر بعد دانه های شنی نباید بزرگتر از ضخامت دالهای روی خاک و ضخامت دال های سقفی باشد.
انواع روش تولید شن
امروزه با افزایش میزان کاربرد و استفاده از شن و ماسه در ساختمان سازی و رشد صنعت ساختمان سازی، شن و سنگدانه ی مورد نیز برای این مصارف با دخالت مستقیم انسان تولید می شود.
- برای تولید شن، سنگ کوهی به وسیله انفجار معدن و خرد کردن به وسیله ی چکش و بیل مکانیکی 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 شن مورد نیاز برای مصارف ساختمانی تبدیل شود.
- شن حاصل در این مرحله به بخش تفکیک و جدا سازی منتقل می شود تا شن با ابعاد مختلف تهیه شود.
- ابعاد ریز، درشت، سوزنی و شن پولکی
- سپس شن های جداسازی شده در این مرحله توسط نوار نقاله های جمع آوری، به بازار برای مصارف مختلف منتقل می شود.
فرایند تولید شن طبیعی برای بتن
شن طبیعی از فرایند شستشوی شن های طبیعی موجود در بستر رودخانه ها و سواحل به وجود می آید. این شن ها بر اثر عوامل جوى مختلف در رودخانه ها ته نشین می شوند. این عوامل عبارتند از:
- بارش ها
- حرکت سیلاب ها از کوه ها
- خرد شدن سنگ ها در مسیر
- شستشوی سنگ های خرد شده
- ته نشینی در بستر رودخانه ها.
با جمع آوری این رسوبات می توان شن طبیعی تهیه کرد.
فرایند تولید شن شکسته
برای تولید شن شکسته باید ابتدا سنگ مادر را به وسیله چکش یا بیل مکانیکی خرد کرده و سپس ذرات سنگدانه ها جمع آوری شود.
این سنگ ها در کارخانه های تولید شن و ماسه به وسیله ابزار مکانیکی دانه بندی می شوند. این ابزار ها عبارتند از:
- سنگ شکن
- خردکن و غیره.
نام آزمایش | شماره استاندارد برای روش آزمون |
روش لس آنجلس | شماره 448 و 8447 استاندارد ملی ایران |
مقاومت سنگدانه در برابر سایش میکرودوال | شماره 14874-1 استاندارد ملی ایران |
مقاومت در برابر صیقلی شدن | شماره 14874-8 استاندارد ملی ایران |
مقاومت در برابر خراش | شماره 14874-8 استاندارد ملی ایران |
مقاومت در برابر سایش ناشی از تایر یخشکن | شماره 14874-9 استاندارد ملی ایران |
شکل سنگدانه درشت | استاندارد شماره BS EN 933-3 |
چگالی توده ای | استاندارد شماره EN1097-3 |
چگالی دانه ها و جذب آب | شماره 4980 استاندارد ملی ایران |
مقاومت سنگدانه درشت در برابر یخ زدن و آب شدن | شماره 17013-1 استاندارد ملی ایران |
پایداری حجمی – جمع شدگی ناشی از خشک شدن | شماره 17013-4 استاندارد ملی ایران |
کلوخه های رسی و ذرات سست | شماره 4978 استاندارد ملی ایران |
فروپاشیدگی آهن | شماره 1-19038 استاندارد ملی ایران |
جمع شدن ناشی از خشک شدن | شماره 4-17013 استاندارد ملی ایران |
سلامت سنگدانه | شماره 449 استاندارد ملی ایران |
درصد شکستگی | شماره 11568 استاندارد ملی ایران |
مواد ریز تر از الک 75 میکرومتر | شماره 446 استاندارد ملی ایران |
آزمایش ترکیبات حاوی سولفور | شماره 1-19038 استاندارد ملی ایران |
مقدار کربنات | شماره BS EN 196-21 استاندارد |
- دانه ها باید کاملا تمیز یعنی عاری از گل و لای و دیگر ناخالصی های شیمیائی باشند.
- چنانچه دانه ها در محل نامناسب در مجاورت برگ درختان یا کود دپو شده باشند ممکن است به مواد شیمیائی نظیر نیتراتها آلوده شوند.
- میزان گل و لای مجاز برای دانه های شن حداکثر یک درصد است. همچنین میزان گل و لای مجاز برای دانه های ماسه حداکثر ۳ درصد است. مشروط بر آنکه بتن تحت سایش باشد. در صورتی که بتن تحت سایش نباشد، میزان گل و لای مجاز دانه های ماسه، حداکثر ۵ است.
- دانه ها باید در مقابل سایش مقاوم باشند. به خصوص اگر بتن در معرض رفت و آمد و تردد قرار گیرد این مسئله از اهمیت بیشتری برخوردار می شود.
- دانه ها باید در مقابل اعمال تنش مقاوم باشند. چون دانه ها نقش اسکلت بندی بتن را به عهده دارد. در صورتیکه دانه ها در مقابل تنش مقاوم نباشند زود شکسته و از هم گسیخته می شوند و بتن تکنولوژی و طرح اختلاط بتن ساخته شده با چنین مصالحی مقاومت لازم را نخواهد داشت.
- دانه های سیلیس دارای سختی ۷ تا ۸ بوده و جزء مقاوم ترین دانه هائی هستند که در بتن مصرف می شوند. دانه های آهکی دارای سختی ۳ تا ۴ بوده و اکثرا در ساخت بتن به کار می روند.
- دانه های گچی با ترکیباتی از گچ و آهک و غیره که سختی کمتر از ۳ دارند برای ساخت بتن مناسب نیستند. گچی با ترکیباتی از گچ و آهک و غیره که سختی کمتر از ۳ دارند برای ساخت بتن مناسب نیستند.
- دانه ها باید در مقابل یخبندان مقاوم باشند. مقاومت در برابر یخبندان به چند عامل بستگی دارد.
نکته
- تخلخل: هرچه تخلخل دانه ها بیشتر باشد، مقاومت در مقابل یخبندان کمتر است.
- نفوذناپذیری دانه ها: هرچه نفوذپذیری دانه ها بیشتر باشد، مقاومت در مقابل یخبندان کمتر است.
- مقاومت کششی دانه ها: هرچه مقاومت کششی دانه ها بیشتر باشد، مقاومت در مقابل یخبندان بیشتر است.
مقاومت یخبندان
آزمایش استانداردی برای بررسی مقاومت در مقابل یخبندان وجود دارد. به این صورت که ابتدا دانه ها را از آب اشباع کرده و طبق ضوابط استاندارد آن را به طور متناوب تحت یخ زدن و ذوب شدن قرار می دهند.
پس از آزمایش با مراجعه به جداول مربوطه مشخص می شود که دانه ها از نظر یخبندان تا چه حد مقاوم بوده اند.
بتن در مجاورت رطوبت قابلیت جذب آب و نشت آب دارد. بدیهی است با خیس شدن بتن دانه های سنگی نیز خیس شده و آب داخل حفره ها در اثر برودت هوا یخ می زند.
افزایش حجم ناشی از یخ زدن آب، سبب ایجاد تنش های کششی در دانه ها می شود. در نهایت امکان دارد با یخ زدن و ذوب شدن های متوالی، دانه ها خسته شده و بشکنند.
لذا مسئله مقاومت دانه ها در برابر یخبندان را باید جهت دانه هایی که در مناطق سردسیر مصرف می شوند با دقت بیشتری کنترل و مورد ملاحظه قرار داد.
- مناطقی که در معرض یخ زدن و ذوب شدن های مکرر قرار دارد.
هوازدگی
سنگدانه ها باید در مقابل هوازدگی مقاوم باشند. تغییرات رطوبت و دما دانه ها را خرد کند که به این پدیده اصطلاحا هوازدگی گویند.
اصولا دانه ها در مقابل گرم و سرد شدن های متوالی هوازده شده و خرد می شوند بخصوص اگر دانه ها در معرض تر و خشک شدنهای متوالی نیز قرار گیرند.
سنگ هایی که همیشه تر یا همیشه خشک هستند کمتر هوازده می شوند. اما سنگهایی که گاهی تر و گاهی خشک هستند، به سرعت هوازده می شوند.
علت این مسئله تفاوت ضریب انبساط حرارتی سنگ دانه (شن و ماسه در حالت تر و حالت خشک است. لذا دانه متناسب با تغییرات مکرر ضریب انبساط حرارتی، انقباض و انبساط پیدا کرده و مرتبأ تحت کشش و فشار قرار میگیرد، تا اینکه به مرور زمان خسته شده و متلاشی شود .
10 ویژگی شن مناسب برای بتن
سنگدانه های مورد استفاده در بتن باید ویژگی هایی داشته باشند که عبارتند از :
- باید حاوی کمتر از 0/25 درصد کلوخه های رسی باشد .
- دانه های نرم موجود در شن باید کمتر از 5 درصد باشد.
- دانه ها باید در مقابل هوازدگی مقاوم باشند.
- دانه های گذشته از الک شماره 200 در شن از 1 درصد تجاوز نکنند.
- میزان زغال سنگ، لیگنیت، یا سایر مصالح سبک موجود در شن زمانی که ظاهر بتن مورد نیاز است باید کمتر از 5/0 درصد باشد.
- حداکثر میزان زغال سنگ ، لیگنیت ، یا سایر مصالح سبک موجود در شن مورد نیاز برای سایر بتن ها 1 درصد باشد .
- میزان سولفاتهای موجود در شن باید کمتر از 4/0 درصد باشد.
- میزان کلرورهای موجود در شن نباید از عدد 02/0 تجاوز کند.
حداکثر میزان دانه های نرم و سست موجود در شن مورد نیاز برای بتن به شرح زیر است:
- بتن نمایان 3 درصد
- بتن تحت سایش 5
- و در سایر بتن ها 7 درصد.
- حداکثر چرت به صورت ناخالصی در شن در معرض شرایط محیطی شدید 1 درصد است.
- در معرض شرایط محیطی متوسط حداکثر مجاز وجود چرت 3 درصد است.
- در شرایط محیطی ملایم نیز، حداکثر چرت مجاز در شن 5 درصد باشد.