بررسی اثر سنگدانه در کیفیت بتن
سنگدانههای بتن تقریباً سه چهارم حجم آن را تشکیل میدهند. از این رو کیفیت آنها از اهمیتی ویژه برخوردار است. سنگدانهها نه تنها در مقاومت بتن بسیار موثرند بلکه دوام و پایداری بتن نیز، تا حد زیادی تحت تاثیر ویژگی این مواد قرار دارد. از نظر اقتصادی مصرف هر چه بیشتر سنگدانه در بتن که نتیجه آن کم کردن مصرف سیمان سودمند است. جنبه اقتصادی نسبتهای اختلاط باید با ویژگی های بتن تازه و سخت شده سازگار باشد. دانههای سنگی طبیعی معمولاً در اثر هوازدگی و فرسایش یا به طور مصنوعی از طریق خرد کردن سنگهای مادر حاصل میشوند. بنابراین بسیاری از خواص اثر سنگدانه در کیفیت بتن نظیر ترکیبات شیمیایی و کانیهای تشکیل دهنده طبقه بندی و مشخصات از نظر سنگ شناسی، جرم واحد حجم، سختی و مقاومت، پایداری فیزیکی و شیمیایی، تخلخل و خواص دیگر بستگی به خصوصیات سنگ مادر دارد. به علاوه خواص دیگری مانند شکل و اندازه دانهها، بافت و جذب سطحی در سنگدانهها مطرح است که ارتباطی به سنگ مادر ندارد.
مواد زیان آور در سنگدانهها
به طور کلی مواد زیان آور در سنگدانهها ممکن است به یکی از شکلهای زیر ظاهر شوند.
- ناخالصیهایی که در فرایند آبگیری سیمان دخالت میکنند.
- قشرهای پوششی که مانع از چسبندگی کامل بین سنگدانهها و خمیر سیمان میشوند.
- سنگدانههایی که به خودی خوی ضعیف و ناسالم هستند.
سنگدانههای طبیعی ممکن است خود به اندازه کافی سخت بوده و در مقابل سایش مقاوم باشند، ولی چنانچه بخضی ناخالصیهای آلی که در واکنشهای شیمیایی آبگیری سیمان موثرند دارای نقاط ضعیفی هستند. مصرف آنها در بتن موجب بروز اشکالاتی خواهد شد. مواد آلی که در سنگدانهها یافت میشود معمولاً حاصل پوسیدت مواد نباتی (عمدتاً اسید تانیک و مشتقات آن) هستند. احتمال وجود چنین موادی در ماسه بیشتر از سنگدانههای درشت است که به آسانی قابل شستشو هستند. همچنین امکان دارد خاک رس به صورت قشرهایی روی سطح سنگدانهها موجود باشد که در این صورت مانع چسبندگی دانهها و خمیر سیمان خواهد شد.
لای و گرد و خاک سنگ شکن، نوع دیگری از مواد ریزدانه زیان آور است که با شستشوی کافی از بین میرود.
مواد نرم دیگر را نیز که خوب به دانهها نچسبیدهاند میتوان در جیان مراحل تولید سنگدانهها از بین برد. ولی نمیتوان موادی که کاملاً به دانهها چسبیدهاند بدین طریق از میان برداشت. اگر این مواد در واکنشهای شیمیایی گیرش سیمان شرکت نداشته و فاقد هر گونه اثر زیان آور باشند ایرادی در مصرف سنگدانههای حاوی این مواد وجود نخواهد داشت.
در این مورد تنها امکان افزایش جمع شدگی بتن وجود دارد. اما سنگدانههایی که روی آنها قشرهایی از مواد شیمیایی فعال وجود داشته باشد، حتی اگر از لحاظ فیزیکی با ثبات نیز باشند، میتواند سبب ایجاد مسائل جدی در بتن شوند.
مواد زیان آور در سنگدانهها
| مواد زیان آور | ویژگیهای تاثیر پذیر بتن و اثر نهایی |
|---|---|
| ناخالصیهای آلی | گیرش سیمان و روند کسب مقاومت، خرابی احتمالی |
| دانههای ریزتر از الک شماره ۲۰۰ | چسبندگی، افزایش مقدار آب لازم |
| زغال سنگ، لیگنیت یا سایر مصالح سبک | پایایی، لکه دار شدن و بیرون پریدگی در بعضی قسمتها |
| دانههای نرم | پایایی |
| کلوخههای رسی و دانههای سست | کارایی و پایایی، بیرون پریدگی احتمالی بعضی قسمتها |
| چرتهایی که به راحتی از هم پاشیده میشوند یا چگالی کمتر از ۲/۳۵ دارند. | پایایی، بیرون پریدگی احتمالی یعضی قسمتها |
| سنگدانههای با واکنش قلیایی | انبساط غیر عادی، ترکهای ریز سطحی بیرون پریدگی بعضی قسمتها، پایایی بتن |
دمای سنگدانهها و تاثیر آن بر بتن ریزی
دمای سنگدانهها اثر قابل توجهی بر دمای بتن تازه دارد. زیرا سنگدانهها ۶۰ الی ۸۰ درصد کل وزن بتن را تشکیل میدهند. در این تناسب گرمایی به منظور کاهش دمای بتن به مقدار ۵/۶ درجه سلسیوس لازم است دمای دانهها فقط ۹/۴ درجه سلسیوس کاهش یابد.
دانه بندی مصالح سنگی
دانه بندی عبارت است از تفکیک دانهها در اندازههای گوناگون با استفاده از الکهای استاندارد و اختلاط آنها به مقادیر معین، دانه بندی و حداکثر اندازه دانهها بر مقدار سیمان و آب، کارایی، اقتصادی بودن و تخلخل، جمع شدگی و دوام بتن اثر دارد. ماسههای خیلی ریز اغلب غیر اقتصادی هستند. و ماسههای خیل درشت به وجود آورنده مخلوطهای خشن بدون کارایی هستند. به طور کلی مصالحی که دارای منحنی دانه بندی پیوستهای هستند، رضایتبخش ترین نتایج را به دست میدهد.
خواص فیزیکی و مکانیکی سنگدانهها
خواص فیزیکی و مکانیکی سنگدانهها بر کیفیت بتن تاثیر اساسی دارند. این ویژگیهای شامل موارد زیر است.
مقاومت فشاری
مقاومت فشاری بتن هیچگاه بیشتر از مقاومت فشاری سنگدانههای مصرف شده نخواهد بود. به دست آوردن مقاومت فشاری سنگدانهها به تنهایی مشکل است و معمولاً اطلاعات لازم را باید از آزمایشهای غیر مستقیم مانند مقاومت فشاری نمونههای سنگی خرد شده، ضریب خرد شدن انبوه سنگدانهها و عملکرد سنگدانهها در بتن به دست آورد. به طور کلی مقاومت سنگدانهها به ترکیبات و بافت سطحی و ساختمان آنها بستگی دارد. کمی مقاومت سنگدانهها میتواند ناشی از ضعیف بودن ذرات تشکیل دهنده آنها، بافت مصالح یا ضعف ماده چسباننده ذرات باشد.
سختی
سختی یا مقاومت در برابر سایش بیانگر مقاومت بتن مصرف شده در جادهها و کفهایی است که در معرض رفت و آمد زیاد قرار میگیرند.
جرم واحد حجم
از آنجا که سنگدانهها عمدتاً حاوی فضای خالی قابل نفوذ و غیر قابل نفوذ هستند، برایشان چند نوع جرم واحد حجم تعریف میشود.
اگر حجم مواد جامد با احتساب فضای خالی غیر قابل نفوذ در نظر گرفته شود، جرم مخصوص را جرم مخصوص ظاهری گویند. جرم مخصوص ظاهری سنگدانهها به جرم واحد حجم کانیهایی که دانههای سنگی از آن شناخته شدهاند و همچنین به مقدار فضای خالی داخل آنها بستگی دارد.
تخلخل و جذب آب
تخلخل، نفوذپذیری و جذب آب سنگدانهها بر چسبندگی مصالح به خمیر سیمان، مقاومت بتن در برابر یخ زدن و آب شدن و همچنین بر ثبات شیمیایی و مقاومت در برابر سایش اثر دارد. قسمتی از فضای خالی سنگدانهها کاملاً در داخل جسم جامد قرار میگیرند و بعضی دیگر در نزدیک سطح واقع و به خارج راه دارند.
خمیر سیمان به علت لزجتی که دارد، نمیتواند به جز در مورد منافذ بزرگ سنگدانهها، تا عمق زیادی نفوذ نماید. از این رو به منظور محاسبه میزان سنگدانهها در بتن از حجم ناخالص سنگدانهها که به صورت توپر در نظر گرفته و استفاده میشود. آب میتواند به داخل منافذ راه یابد. آهنگ نفوذ آب به اندازه، پیوستگی و کل حجم فضاهای خالی بستگی دارد.