یکی از سوالاتی که در ذهن مهندسین ایجاد میشود تاثیر بافت سنگدانه و نوع آن در خواص بتن ها میباشند و اغلب مهندسین و نیز سازندگان تصور میکنند که سنگدانه های شکسته برای استفاده در بتن ها مناسب تر است. در این مقاله به بررسی نوع و شکل سنگدانه ها در بتن و تاثیر آن برروی خواص بتن تازه و سخت شده میپردازیم تا به این سوال مهم پاسخ دهیم.

 

سنگدانه

سنگدانه، ماسه، شن و یا سنگ شکسته است که در ترکیب با آب و سیمان پرتلند، بتن را تشکیل میدهد.

برای دستیابی به یک طرح مخلوط مناسب، نیاز است تا سنگدانه ها، تمیز، سخت و عاری از مواد شیمیایی و یا ریزدانه های مضر مانند رس باشند. با توجه به نوع بتن، سنگدانه ها بین 60 تا 75 درصد از حجم بتن را به خود اختصاص میدهند که به دوبخش سنگدانه های ریز و درشت تقسیم بندی میشوند. سنگدانه های ریز، معمولا ماسه طبیعی و یا شکسته که اکثر ذرات آن از الک 8/3 اینچ عبور میکند هستند. سنگدانه های درشت سنگدانه هایی هستند که ذرات درشت تر از 4 میلی متر دارند(معمولا بین 8/3 و 5/1 اینچ). معمولا شن و ماسه های طبیعی از رودخانه، دریاچه و یا بستر دریا برداشت میشوند. سنگدانه های شکسته معمولا درمعادن از شکستن تخته سنگ ها و تبدیل آنها در اندازه ی دلخواه توسط سنگ شکن های مختلف حاصل میگردند. بتن های قابل بازیافت نیز یکی دیگر از منابعی هستند که با فر آوری در کارخانه ها میتوانند به عنوان مصالح سنگی زیر اساس در جاده ها، و نیز ساخت بتن ها استفاده شوند.

پس از استخراج، سنگدانه ها خرد میشوند، سرند میگردند و نیز شسته میشوند تا به دانه بندی مناسب برسند و سطوح آنها تمیز شود. پس از این پروسه، سنگدانه ها در مکانی مناسب دپو میشوند تا اولا آب اضافی موجود زهکشی گردد و ثانیا دانه بندی آنها به هم نخورد.

همانطور که گفته شد سنگدانه ها به دلیل اینکه حجم زیادی از بتن را شامل میشوند، بر روی ویژگی های بتن تازه و سخت شده، نسبت های طرح مخلوط بتن و نیز اقتصاد بتن تاثیر قابل توجهی میگذارند. در نتیجه انتخاب سنگدانه ی مناسب یکی از مراحل مهم در تولید بتن است.

برخی از ویژگی هایی که در سنگدانه ها متفاوت است به شرح زیر است:

برخی از ویژگی سنگدانه ها	تاثیر در بتن تازه	تاثیر در بتن سخت شده
دانه بندی	– درامکان ساخت بتن های خاص(خودتراکم، متخلخل، کارایی بالا و …) تاثیر گذار است – در روانی و نیز مقدار سیمان مصرفی تاثیر گذار است.	در بافت سطحی بتن تاثیر گذار است.
دوام	_	در دوام بتن موثر است(محیط های سولفاتی، اسیدی، …)
شکل و بافت	در روانی بتن و نیز مقدار آب مصرفی تاثیر گذار است.	در مقاومت فشاری، خمشی، سایشی بتن تاثیر گذار است.
مقاومت سایشی و سختی	_	در مقومت سایشی بتن و مقاومت بتن در برابر ضربه موثر است.
وزن مخصوص و حجم حفرات	_	در مقدار وزن مخصوص بتن و نفوذ پذیری آن موثر است.
جذب آب و رطوبت سطحی	-درمقدار آب مصرفی تاثیر گذار است	_

تاثیر دانه بندی در طرح مخلوط بتن

دانه بندی به چگونگی توزیع اندازه ی دانه ها گفته میشود، معمولا حدود دانه بندی سنگدانه ها و حداکثر اندازه ی آنها در استاندارد های مربوطه، محدود میگردد و این به این علت است که این دو ویژگی بر روی مقاومت بتن، نسبت ترکیب سنگدانه ها، قابلیت پمپ پذیری و نیز دوام بتن موثر است. عموما اگر نسبت آب به سیمان به درستی انتخاب گردد محدوده ی زیادی از دانه بندی ها با کمترین تاثیر منفی بر روی مقاومت بتن میتواند اتخاذ شود. در رویه های آسفالتی معمولا دانه بندی یکنواخت اتخاذ میشود و در بتن ها معمولا دانه بندی سنگدانه ها با یک گپ[1] استفاده میشود و این به دلیل قابلیت پمپ پذیری بتن است؛ و ما پمپ پذیری را در آسفالت نداریم. هرچه دانه بندی یکنواخت تر باشد بین سنگدانه ها فاصله ی کمتری وجود دارد و در نتیجه خمیره ی سیمان کمتری برای اتصال سنگدانه ها مورد نیاز است و در نتیچه در این شرایط بتن با وزن مخصوص بالاتر خواهیم داشت.

 

تاثیر شکستگی سنگدانه ها بر روی مقاومت بتن و پمپ پذیری آن

شکستگی سنگدانه ها باعث افزایش مقاومت فشاری بتن میشود و این به دلیل قفل و بست مکانیکی بهتر سنگدانه ها در مخلوط  و نیز سطح مخصوص بیشتر سنگدانه در مقایسه با سنگدانه های گردگوشه برای اتصال به خمیره ی سیمان است؛ اما شکستگی زیاد سنگدانه ها باعث زبر شدن بتن، سختی در پمپاژ و نیز کاهش کارپذیری آن میگردد، در نتیجه توصیه میشود که ازترکیب سنگدانه های شکسته و گرد گوشه برای ساخت بتن استفاده گردد. استفاده از سنگدانه های شکسته برای ساخت بتن نسبت به سنگدانه های گرد گوشه نیاز به استفاده از آب بیشتری دارد در نتیجه برای رسیدن به کارایی یکسان نیاز است نسبت آب به سیمان که مهم ترین پارامتر در دوام و مقاومت بتن است بالا برود؛ برای مثال برای رسیدن به اسلامپ 80 میلی متر با سنگدانه ی شکسته، آب به سیمان 55/0 نیاز است و برای ساخت همان بتن با سنگدانه گرد گوشه، با اسلامپ مذکور، آب به سیمان 53/0 مورد نیاز است. در نتیجه مقاومت فشاری با نسبت آب به سیمان جبران میگردد.

شن طبیعی (گردگوشه)

شن شکسته

تاثیر شکل و اندازه ی سنگدانه ها در بتن

شکل و بافت سطحی سنگدانه ها بیشتر روی خواص بتن تازه تاثیر میگذارند تا بتن سخت شده؛ دانه های با بافت سطحی زمخت، زاویه دار و طویل برای کارایی مناسب نسبت به دانه های گردگوشه و با سطوح صاف و تمیز آب بیشتری نیاز دارند. معمولا دانه های متورق و طویل اجازه ی استفاد در بتن را ندارند و یا مقدار آنها در کل حجم سنگدانه به 15 درصد محدود میگردد. فضای خالی بین سنگدانه ها  برروی مقدار خمیر سیمان مورد نیاز در طرح مخلوط تاثیر گذار است. سنگدانه های زاویه دار و شکسته باعث افزایش فضای خالی بین سنگدانه ها میشود و این در حالی است که دانه بندی مناسب و نیز انتخاب حداکثر اندازه ی مناسب سنگدانه باعث تراکم بیشتر بتن میگردد و مقدار سیمان مصرفی میتواند کاهش یابد.

 

دانه های متورق (ورقه ای شکل)

سنگدانه های طویل و دراز

 

آیا با شن درشت تر میتوان مقاومت های بالاتری گرفت؟

نسبت شن و ماسه در بتن حالت بهینه ای دارد که با توجه به نوع بتن، دانه بندی شن، ماسه و نیز حداکثر اندازه ی سنگدانه  تعیین میگردد، ضعیف ترین پیوند بین خمیره ی سیمان و سنگدانه در بتن سخت شده، چسبندگی بین خمیره ی سیمان و شن میباشد که به آن ناحیه ی انتقال میگویند؛ هرچه این ناحیه بزرگتر باشد چسبندگی ضعیف تری اتفاق می افتد، در نتیجه بهتر است از شن ریز تر در طرح مخلوط استفاده کنیم؛ استفاده از شن ریزتر نیز اثرات منفی دیگری از جمله: افت اسلامپ بیشتر بتن، کاهش پمپ پذیری، لزجت بالاتر و نیاز به آب بیشتر برای رسیدن به کارایی مناسب را دارد. در بتن های فوق توانمند[2] (مقاومت های بالای 90 مگاپاسگال) حداکثر اندازه سنگدانه به 36/2 میلی متر محدود میشود. این بتن ها بتن هایی هستند که دوام بسیار بالا و نیز مقاومت های مکانیکی بسیار بالایی را دارند که به دلیل لزجت بسیار زیاد عموما بصورت شوتی تخلیه میگردند و قابلیت پمپاژ را ندارند. نفوذ پذیری بتن از فاکتور هایی است که در دوام بتن بسیار تاثیر گذار است. در صورتی که بتوانیم نفوذ پذیری بتن را کاهش دهیم، از ورود عوامل خارجی مثل آب که خود دارای کلر، سولفات و … است و برای بتن های مسلح بسیار آسیب زاست، جلوگیری کنیم باعث افزایش عمر بتن و در نتیجه سازه خواهیم شد، نفوذ پذیری بتن های فوق توانمند بسیار پایین است و همگنی و لزجت آنها بسیار بالاست، هر قدر بتوانیم تخلخل کمتری در سنگدانه داشته باشیم، عمر و دوام بالاتری خواهیم داشت.

 

بتن فوق توانمند

[1] Gap- graded

[2] Ultra high performance concrete