سنگدانه

همانطور که میدانیم سنگدانه یکی از ارکان اصلی بتن به شمار می رود از این رو شناخت ویژگی و انواع آن میتواند بسیار حائز اهمیت باشد. در این مقاله سعی بر این است با بررسی این موضوع و بررسی خصوصیات سنگدانه به انواع آن نیز اشاره کرد.

اهمیت مطالعه سنگدانه

حدود 75 درصد حجم بتن را سنگدانه ها تشکیل می دهد و به همین علت در ساخت یک بتن خوب باید از مصالح سنگی مرغوب استفاده کرد. استفاده از این که چه نوع سنگدانه ای در طرح اختلاط بتن به کار رود همواره موضوع قابل پذیرشی برای پایان نامه ها بوده است.

سنگدانه ها علاوه بر تاثیر در مقاومت بتن، بر دوام بتن، پایداری حجمی بتن، مدول الاستیسیته بتن، خزش، وزن مخصوص، افت کارایی و… نیز بسیار اثرگذار است. خواص فیزیکی،حرارتی و گاهی شیمیایی  سنگدانه ها در عملکرد بتن تاثیر می گذارد.

همچنین سنگدانه ها حدود ۹۵ درصد وزن آسفالت را تشکیل می دهند که جنس، خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی آنها تاثیر بسیار زیادی در کیفیت آسفالت خواهند داشت. در لایه های اساس (Base) در راه سازی نیز جنس و خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی سنگدانه باید به گونه ای باشد که در مقایسه با حدود مجاز ذکر شده در آیین نامه ها و نشریه های فنی تطابق داشته باشد.

خصوصیات سنگدانه

همانطور که میدانیم از سنکدانه ها در موارد بسیاری از جمله بتن و یا آسفالت و… استفاده می شود بسته به نوع استفاده از سنگدانه در کدام قسمت خصوصیات آن از لحاظ شکل ظاهری و دیگر پارامترها متفاوت می باشد در ادامه به عنوان مثال به برخی از خصوصیات کلی سنگدانه ها در بتن می پردازیم:

• جنس سنگدانه ها

همانطور که میدانیم سنگدانه ها از خرد شدن سنگ مادر تشکیل می شود و بسته به نوع سنگ بستر و کانی آن ویژگی سنگدانه ها می تواند متفاوت باشد:

کانیها: سنگ ها از تجمع کانیها حاصل می شوند. کانیها مواد جامد، طبیعی، معمولا متبلور، غیر آلی و همگن هستند که ترکیبات شیمیایی ثابتی دارند.کانیهای سنگساز بر حسب انواع سنگها به سه گروه تقسیم می شود:

1. سنگهای ماگمایی
2. سنگهای رسوبی: از ته نشین شدن جسم های محلول و شناور در آب بر روی هم و فشار لایه های بالایی و حرارت لایه های پائینی زمین ببدست می آید. سنگهای به کار رفته در بتن، آسفالت، نمای ساختمان ها اکثر از این دسته سنگها می باشند.
3. سنگهای دگرگونی

• شکل سنگدانه

سنگدانه ها بسته به ماهیت جنس سنگ مادر و روش شکسته شدن یا فرسایش می توانند شکلی گرد گوشه, تیز گوشه و یا نامنظم داشته باشند؛

سنگدانه های تیز گوشه و آنهایی که سطوحی ناصاف و متخلخل دارند, نسبت به سنگدانه های گرد گوشه به آب بیشتری نیاز دارند. برخی از دانه های مناسب ممکن است بدلیل خواص دانه بندی نامناسب یا وجود مقدار زیادی ذرات مسطح و کشیده، اب بیشتری نیاز داشته باشند.

در چنین مواردی برای استفاده از این سنگدانه ها می توان برای جلوگیری از افزایش بیش از حد نسبت آب به سیمان و کاهش مقاومت, عیار سیمان را افزایش داد.

مشخصات ظاهری خارجی سنگ ها به خصوص شکل آنها در رابطه با خواص بتن تازه و سخت شده اهمیت زیادی دارد و وصف جسم سه بعدی و شکل ان ها کمی دشوار است و آسان تر است که مشخصات هندسی معینی برای آن ها تعریف شود.

گرد گوشه بودن واقعی نتیجه مقاومت و مقاوت فرسایشی سنگ مادر و میزان سایش است که به سنگ اعمال شده است. شکل سنگدانه شکسته به طبعیت سنگ مادر و نوع سنگ شکن و نسبت کاهش آن بستگی دارد، که این نسبتی از اندازه اولیه به دانه های شکسته شده می باشد.

نکته: معمولا قبل از مصرف نمودن مصالح سنگی باید آن ها را دانه بندی کرد و کاملا شست. اگر شست و شوی مصالح سنگی به صورت مناسب انجام نشود به سبب وجود ناخالصی هایی از قبیل گل و خاک پیوند بین دانه ها به خوبی انجام نمی شود و موجب کاهش مقاومت بتن می گردد.

• حداکثر اندازه سنگدانه

هر چه سنگدانه ها بزرگتر باشد مساحت سطحی که باید مرطوب شود در واحد جرم کمتر می گردد بنابراین افزایش دانه بندی سنگدانه ها 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 می توان نسبت آب به سیمان را پایین آورد و در نتیجه افزایش در مقاومت حاصل نمود. لازم بذکر است از آنجائیکه ذرات بزرگ سنگدانه سبب ایجاد عدم تجانس در مجموعه می گردنند نامطلوب می باشند. بنابراین یک نکته مثبت و یک نکته منفی دارد و باید با تجربه کردن مشخص نمود که کدام یک بر دیگری غلبه دارد.

• ویژگی سنگدانه در بتن

در یک سری از تحقیقات نشان داده شده است که از نظر مقاومت نهایی بتن ,اصولا بتنی که با سنگ دانه های شکسته ساخته می شود به دلیل امکان درگیر شدن بهتر دانه ها با یکدیگر و برقراری اصطکاک بیشتر بین آن ها مقاوم تر خواهد بود به همین دلیل توصیه می شود که در مواردی که مقاومت خیلی بالا مورد نظر باشد از سنگدانه های شکسته استفاده شود.

همچنین سنگدانه های پولکی و کشیده، مقاومت فشاری بتن را کم می کند و این امر را می توان ناشی از اتصال ناکافی سنگدانه های پولکی با ملات سیمان، شکل نامطلوب و مقاومت کمتر آنها دانست.

نکته 1: مقاومت بتن با شکل سنگدانه های مصرفی رابطه مستقیم دارد و هرچه سنگدانه های درشت مصرفی در طرح مخلوط شکسته تر باشند به دلیل درگیر شدن بهتر دانه ها با یکدیگر و برقراری اصطکاک بهتر مقاومت فشاری بتن افزایش می یابد.

نکته 2: با توجه به نتایج مقاومت فشاری ارائه شده مشاهده می شود که تاثیر شکسته بودن مصالح ریزدانه کمتر از مصالح درشت دانه است. به طور کلی شکل و بافت سطحی سنگدانه ها تاثیر عمده ای بر میزان آب لازم یک مخلوط دارد.

به عبارت دقیق تر هنگامی که تداخل و فضای خالی بین دانه های متراکم شده بیشتر است آب زیاد تری نیز مورد نیاز می باشد. به طور کلی پولکی بودن و شکل شکل درشت دانه ها اثر قابل ملاحظه ای بر روی کارایی بتن دارد. با افزایش عدد تیز گوشه بودن سنگدانه ها روانی بتن تقلیل می یابد.

دانه های پولکی و سوزنی در سنگدانه های ریز و درشت می تواند به کاهش کارایی بتن تازه منجر شود. همچنین این دانه ها در بتن سخت شده می توانند باعث کاهش مقاومت شوند.

مواد زیان آور در سنگدانه ها

سه گروه کلی از مواد زیان آور وجود دارند که ممکن است در سنگدانه ها یافت شوند: ناخالصی ها، دانه های ضعیف یا ناسالم، و قشرهای پوششی (ریزدانه های ناخواسته) ناخالصی ها در فرآیند هیدراتاسیون سیمان دخالت می کنند و می توانند در واکنش ها اختلال بوجود آورند؛ دانه های ضعیف و ناسالم و پوسیده دلیل نداشتن مقاومت کافی خواص مکانیکی بتن را تحت تاثیر قرارمی دهند؛ قشرهای پوششی (ریزدانه های ناخواسته) از توسعه پیوستگی کامل بین سنگ دانه و خمیر سیمان جلوگیری بعمل می آورند.

• دانه بندی سنگدانه

دانه بندی یعنی عمل تقسیم سنگدانه ها به بخش های مختلف ذرات هم اندازه و تعیین توزیع وزنی آنها. در عمل هر بخش حاوی ذرات بین حدود اندازه ایی معین می باشد که این حدود همان اندازه های چشمه های الک های استاندارد هستند. برای درک این مسئله به منحنی دانه بندی شکل زیر توجه کنید:

منحنی بالا نمونه از یک دانه بندی می باشد که ارزیابی سنگدانه را بوسیله همچین منحنی با توجه به مصرف هدفمان انجام میدهیم برای بررسی راحت تر این موضوع از لحاظ کمی در سنگدانه، معیار های ضریب انحنا (Cc) و ضریب یکنواختی (Cu) تعریف می شوند. همچنین برای درک بهتر، می توان به آزمایش دانه بندی سنگدانه ها آزمایش دانه بندی سنگدانه ها مراجعه کرد.

در دانه بندی سنگدانه ها، سنگدانه های بزرگتر از 4.75 میلی متر (الک شماره 4) را سنگدانه درشت یا شن، و سنگدانه های ریزتر از 4.75 میلی متر را سنگدانه ریز یا ماسه می گویند پس از این پس به تفسیر دو بخش اصلی سنگدانه ها یعنی شن و ماسه میپردازیم.

نکته: اصطلاح پر کاربدی در دانه بندی سنگدانه و کتب به اسم بزرگترین اندازه اسمی سنگدانه وجود دارد که با توجه به مورد استفاده ما محدودیت مختلفی برای آن وجود دارد در تعریف آن:

 بزرگترین اندازه اسمی سنگدانه عبارتند از اندازه کوچکترین الکی که حداکثر 10 درصد وزنی سنگدانه بر روی آن باقی بماند.

حتما بخوانید : مشاهده قیمت آنلاین سیمان

انواع شن و ماسه

شن و ماسه یک ماده گرانشی شل است که سواحل، رودخانه ها و بیابان های جهان را پوشش می دهد. ترکیبات شن و ماسه مواد مختلفی می باشد که بسته به مکان متفاوت است، شن و ماسه در مجموعه ای از رنگ ها از جمله سفید، سیاه و سفید، سبز و حتی صورتی نیز وجود دارند.

شن و ماسه ها را با توجه به روش تولید آن ها می توان به دودسته طبیعی و مصنوعی تقسیم بندی کرد که برای هرکدام از آن ها تعریف مشخصی وجود دارد:

1.شن و ماسه طبیعی

همانطور که اشاره شد در بالا، این شن و ماسه ها از طبیعت بهره برداری می شوند. شن و ماسه طبیعی یک نوع ماده گرانشی است که در بستر طبیعت یافت می شود. ترکیبات شن و ماسه نسبت به مکان آن ها متفاوت است و در رنگ های مختلفی چون سفید،سبز،سیاه سفید و … وجود دارد.

شایع ترین جزء شن و ماسه دی اکسید سیلیکون به شکل کوارتز است. زمین های زمینی از سنگ ها و مواد معدنی تشکیل شده اند، از جمله کوارتز، فلدسپات و میکا.فرایندهای هوازدگی مانند باد، باران و چرخه های انجماد، این سنگ ها و مواد معدنی را به دانه های کوچک تر تجزیه می کنند. بر خلاف برخی از مواد معدنی دیگر، کوارتز سخت و غیر قابل حل در آب است و به راحتی از فرآیندهای هوازدگی تجزیه نمی شود.

انواع شن و ماسه طبیعی

• شن و ماسه های درشت که از اعماق چاه ها به دست می آیند و معمولا در رنگ های قرمز و نارنجی هستند.شکل ظاهری این شن و ماسه ها دارای شکستی تیز و زاویه دار است و در اندازه های یزرگتری هستند به همین دلیل به آن ها شن و ماسه درشت می گویند.مورد استفاده این نوع سنگدانه ها در بتن ریزی است.
• شن و ماسه های رودخانه از رودخانه ها به دست می آیند  و کیفیت بسیار بالاتری به نسبت شن و ماسه های به دست آمده از گودال ها دارند.رنگ آن ها معمولا سفید تا خاکستری است. شکل ظاهری آن ها کاملا گرد و بدون زاویه است. از این نوع شن و ماسه در گچکاری استفاده می شود.

2.شن و ماسه مصنوعی

شن و ماسه مصنوعی:شن و ماسه های مصنوعی معمولا از خرد شدن سنگ های گرانیت یا بازالت طی سه مرحله خرد کردن تولید می شوند و جایگزین مناسبی برای شن و ماسه های رودخانه ای می باشند.این شن و ماسه ها در کارخانه های تولید شن و ماسه و توسط دستگاه های مختلف سنگ شکن و… تولید می شوند.

شن و ماسه های مصنوعی را می توان در بخش های کوچک تری بررسی کرد، دسته بندی های زیر را در نظر بگیرید:

شن مصنوعی یا شکسته: این نوع شن از خرد شدن سنگ های سخت به وجود می آید. سنگدانه های این نوع شن دارای گوشه های تیز است و مصارف صنعتی بسیاری دارد.خود این شن های شکسته به شکسته های نخودی و بادامی تقسیم می شوند. همچنین شن های شکسته کاربرد های خاصی دارند که در قسمت بعدی آن ها را معرفی می کنیم.

ماسه مصنوعی: ماسه یکی از مصالح ساختمانی است که با آهک مخلوط شده و به طور کلی ماسه ها اندازه ای کوچک تر از شن ها دارند مخلوط این دو، به عنوان مقاوم کننده پی سازه های آجری و کارهای آجری استفاده می شود.

انواع مصارف شن و ماسه ساختمانی

شن و ماسه ها در انواع مختلف برای مصارف خاصی استفاده می شوند مثلا:

1. نوع خاصی از آن ها برای تولید شیشه
2. به عنوان یک ماده قالب ریختگری فلز
3. به عنوان یک ماده ساینده در سند بلاست
4. وع دیگری برای استحکام مصالح ساختمانی و تولید بتن برای پی سازه ها
5. همچنین می توان از آن ها به عنوان ماده زینتی در محوطه سازی استفاده کرد.
6. انواع مصارف شن و ماسه ساختمانی

تفاوت شن و ماسه طبیعی و شکسته

با توجه به اینکه شن و ماسه طبیعی از روی هم غلطیدن تکه های سنگ در اثر، جریان آب رودخانه ها و خرد شدن آنها تولید می شود و ممکن است راهی طولانی را با سنگ های دیگر در بستر رودخانه طی نماید (تقریباً قطعه سنگهای درشت تر مانند آسیاب ساچمه ای نسبت به قطعات ریزتر عمل می نماید) در نتیجه:

دانه های شن و ماسه طبیعی حاصل از جریان آب رودخانه گرد گوشه بوده در صورتی که دانه های شن و ماسه شکسته تیز گوشه است.

دانه های گرد گوشه به علت آنکه سطح آنها صیقلی می باشد دارای اصطحکاک داخلی کمتری بوده و بهتر به روی هم می لغزد و در نتیجه در ملات های ماسه سیمان بهتر زیر ماله بنا شکل می گیرند و زیر آجر یا فرش موزائیک یا فرش سنگ پهن می شوند و در بتن ریزی نیز روی همدیگر لغزیده و حجم قالب را پر می نمایند.

دانه های گرد گوشه به علت آنکه سطح آنها صیقلی می باشد دارای اصطحکاک داخلی کمتری بوده و بهتر به روی هم می لغزد.

موادی که نباید در شن و ماسه باشد:

مهم ترین ماده مضر برای شن و ماسه در بتن و یا ملات خاک رس می‌باشد زیرا خاک رس خاصیت مکندگی آب داشته و در حدود 8 برابر وزن خود آب می مکد در نتیجه آب ملات را مکیده و آنرا خشک نموده و مانع فعل و انفعالات طبیعی سیمان گشته در نتیجه چسبندگی بین دانه‌ها به خوبی انجام نشده و قطعه پوک می‌شود و چنین قطعه‌ای باربری لازم ندارد.

با توجه به نکته بالا می توان از ماسه دوبار شور استفاده کرد:

ماسه های شسته یا دوبار شور:

هرچه ماسه بیشتر شسته شود خاک مخلوط با ان کمتر میشود. وجود خاک در ماسه یک حسن و یک عیب دارد. عیب ان این است که ذرات خاک اطراف دانه های ماسه قرار میگیرند و باعث می شوند تا سیمان نتواند به خوبی اطراف دانه های ماسه قرار گرفته و انها را به هم بچسباند بنابراین هرچه خاک ماسه کمتر باشد چسنبندگی سیمان وماسه در نتیجه مقاومت ملات یا بتن مورد نظر بیشتر خواهد شد.