پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
تاثیر شکل سنگدانه بر مقاومت فشاری بتن
امروزه بتن به عنوان یکی از پر مصرف‌ترین مصالح ساختمانی در جهان شناخته شده است. اقتصادی بودن، آسانی دسترسی به اجزا تشکیل دهنده، شکل پذیری و پایایی نسبتاً بالای این مخلوط، باعث توجه روز افزون به آن شده است. این نیاز و کاربرد گسترده بتن لزوم بررسی رفتار و عوامل موثر بر رفتار آن را آشکار می‌سازد. از این رو در تولید بتن به منظور برآورد ملزومات کارآیی و مقاومت باید دقت بیشتری در انتخاب مصالح آن صورت گیرد. در این میان سنگدانه‌ها به عنوان یکی از عناصر اصلی تشکیل دهنده بتن که قسمت اعظم آن را تشکیل می‌دهد، تاثیر بسزایی در خصوصیات مقاومتی و مکانیکی آن دارند.
شکل و نحوه توزیع سنگدانه‌ی مورد استفاده در بتن تاثیر بسزائی در خواص مکانیکی آن خواهد داشت. شکل سنگدانه‌ها باعث افزایش یا کاهش مقاومت فشاری بتن میشود.
سنگدانه‌ها در بتن
دانه‌های سنگی به دو دسته دانه‌های درشت یا شن و دانه‌های ریز یا ماسه تقسیم میشوند. مصالح سنگی در مجموع حدود ۲/۳ تا ۳/۴ حجم بتن را اشغال می‌کنند. ۶۰ تا ۷۰ درصد از کل دانه‌ها شن و ۳۰ الی ۴۰ درصد دانه‌ها را ماسه تشکیل می‌دهد. از این رو کیفیت آنها از اهمیت خاصی برخوردار است. سنگدانه‌ها نه تنها در مقاومت بتن موثرند. بلکه دوام و پایداری بتن نیز تا حد زیادی تحت تاثیر این ماده قرار می‌گیرد. ابتدا تصور میشود سنگدانه‌ها موادی بی تاثیر و غیر قابل انبساط هستند، که در خمیری از سیمان پخش میشوند و حجم بزرگی از بتن را پدید می‌آورند. اما در حقیقت سنگدانه‌ها بی‌اثر نیستند و خواص فیزیکی حرارتی و پاره‌ای اوقات شیمیایی آنها در عملکرد بتن تاثیر می‌گذارد.
خصوصیات سنگدانه‌ها
شکل سنگدانه‌ها
سنگدانه‌ها بسته به ماهیت جنس سنگ مادر و روش شکسته شدن یا فرسایش می‌توانند شکلی گرد گوشه، تیز گوشه یا نامنظم داشته باشند. سنگدانه‌های تیز گوشه و آنهایی که سطوحی ناصاف و متخلخل دارند، نسبت به سنگدانه‌های گرد گوشه به آب بیشتری نیاز دارند. برخی از دانه‌های مناسب ممکن است بدلیل خواص دانه بندی نامناسب یا وجود مقدار زیادی ذرات مسطح و کشیده، آب بیشتری نیاز داشته باشند. در چنین مواردی برای استفاده از این سنگدانه‌ها می‌توان برای جلوگیری از افزایش بیش از حد نسبت آب به سیمان و کاهش مقاومت، عیار سیمان را افزایش داد.
مشخصات ظاهری خارجی سنگ‌ها به خصوص شکل آنها در رابطه با خواص بتن تازه و سخت شده اهمیت زیادی دارد و وصف جسم سه بعدی و شکل آنها کمی دشوار است و آسان‌تر است که مشخصات هندسی معینی برای آنها تعریف شود. گرد گوشه بودن واقعی نتیجه مقاومت و مقاومت فرسایشی سنگ مادر و میزان سایش است که به سنگ اعمال شده است. شکل سنگدانه شکسته به طبعیت سنگ مادر، نوع سنگ شکن و نسبت کاهش آن بستگی دارد. این نسبتی از اندازه اولیه به دانه‌های شکسته شده است.
| نوع سنگدانه | دسته بندی | توضیح |
|---|---|---|
| گرد گوشه | سایش کامل توسط آب یا تغییر شکل در اثر اصطکاک | شن رودخانه‌ای و کنار ساحل، ماسه بادی و ساحلی |
| بی‌شکل-نامنظم | قسمتی تغییر شکل یافته در اثر سایش با لبه‌های گرد | بعضی شن‌ها یا فلینت‌های حفره‌دار |
| پولکی | سنگ‌هایی که ضخامت کمی نسبت به دو بعد دیگر دارند | سنگ‌های لایه‌ای یا ورقه‌ای |
| تیز گوشه | دارای لبه‌های مشخص در محل تقاطع | سنگ‌های شکسته از همه نوع در سرباره‌های خرد شده |
| طویل | نسبت به دو بعد دیگرشان زیاد است | – |
| پولکی و طویل | موادی که طول آنها بزرگتر از عرض و عرض آنها بزرگتر از ضخامتشان است. | – |
حداکثر اندازه سنگدانه‌ها
هر چه سنگدانه‌ها بزرگتر باشد مساحت سطحی که باید مرطوب شود در واحد جرم کمتر میشود. بنابراین افزایش دانه‌بندی سنگدانه‌ها به یک حداکثر اندازه دانه بزرگتر سبب پایین آوردن آب لازم برای مخلوط خواهد شد. به طوری که برای یک کارایی و مقدار سیمان معین می‌توان نسبت آب به سیمان را پایین آورد و در نتیجه افزایش در مقاومت حاصل نمود. لازم بذکر است از آنجائی که ذرات بزرگ سنگدانه سبب ایجاد عدم تجانس در مجموعه میشوند نامطلوب هستند. بنابراین یک نکته مثبت و یک نکته منفی دارد و باید با تجربه کردن مشخص نمود که کدام یک بر دیگری غلبه دارد.
در یک سری از تحقیقات نشان داده شده که از نظر مقاومت نهایی بتن، اصولاً بتنی که با سنگدانه‌های شکسته، ساخته میشود به دلیل امکان درگیر شدن بهتر دانه‌ها با یکدیگر و برقراری اصطکاک بیشتر بین آنها مقاوم‌تر خواهد بود. به همین دلیل توصیه میشود که در مواردی که مقاومت خیلی بالا مورد نظر باشد از سنگدانه‌های شکسته استفاده شود. همچنین سنگدانه‌های پولکی و کشیده، مقاومت فشاری بتن را کم می‌کند و این امر را می‌توان ناشی از اتصال ناکافی سنگدانه‌های پولکی با ملات سیمان، شکل نامطلوب و مقاومت کمتر آنها دانست.
طبق نتایجح به دست آمده، مشاهده میشود که تاثیر شکسته بودن مصالح ریزدانه کمتر از مصالح درشت دانه است. به طور کلی شکل و بافت سطحی سنگدانه‌ها تاثیر عمده‌ای بر میزان آب لازم یک مخلوط دارد. به عبارت دقیق‌‌تر هنگامی که تداخل و فضای خالی بین دانه‌های متراکم شده بیشتر است، آب زیاد‌تری نیز مورد نیاز است. به طور کلی پولکی بودن و شکل درشت دانه‌ها اثر قابل ملاحظه ای بر روی کارایی بتن دارد. با افزایش عدد تیز گوشه بودن سنگدانه‌ها روانی بتن تقلیل می‌‌یابد. دانه‌های پولکی و سوزنی در سنگدانه‌های ریز و درشت می‌تواند به کاهش کارایی بتن تازه منجر شود. همچنین این دانه‌ها در بتن سخت شده، می‌توانند باعث کاهش مقاومت شوند. منبع:همیار ناظر