اندازه سنگدانه ها در بتن
اندازه سنگدانه ها در بتن
سنگدانه ها معمولاً هنگام بحث در مورد صنعت ساختمان نادیده گرفته می‌شوند، شاید به این دلیل که معمولاً به عنوان مواد اضافی به یک محصول شناخته شده اضافه می‌شوند. با این حال، سنگدانهها واقعاً اجزای اصلی بتن هستند. تولید سنگدانه ها به زمان روم باستان برمی گردد و از آن زمان تاکنون برای رشد تمدن ما حیاتی بوده است. سنگدانه ها برای ساخت جاده‌ها، پل‌ها و ساختمان‌ها استفاده می‌شوند و همچنین تقریبا 90 درصد آسفالت و نزدیک به 80 درصد بتن معمولی را می‌سازند. سنگدانه ها فواید زیادی برای مهندسی بتن و ساخت ساز دارند و در این مقاله مختصر به بررسی اندازه سنگدانه ها در بتن می‌پردازیم.
سنگدانه ها چی هستند؟
سنگدانهها اجزای مهم بتن هستند که انقباض را کاهش می‌دهند. سنگدانه ها 70 تا 80 درصد حجم کل بتن را اشغال می‌کنند. بنابراین، می‌توان گفت که برای مطالعه بیشتر در مورد بتن، باید به طور قطعی در مورد سنگدانهها اطلاعات عمیقی داشت. سنگدانهها شامل ماسه، سنگ خرد شده و شن هستند و از طریق منابع طبیعی استخراج شده از معادن و چاله‌ها تولید می‌شوند.
سنگدانهها از طیف وسیعی از مواد مانند شن، ماسه، سرباره، سنگ خرد شده و حتی بتن بازیافتی تشکیل شده است. مواد مورد استفاده برای سنگدانه ها بسته به پروژه در دست، در قطعات کوچک و در اندازه‌های مختلف موجود هستند. اکثر پیمانکاران نوع مصالحی که انتخاب می‌کنند را با نیازهای یک پروژه مطابقت می‌دهند. ممکن است از خود بپرسید که چه اندازه سنگدانه بتن برای نیازهای فعلی شما مناسب است.
هنگامی که با مواد چسبنده مانند آب، سیمان یا آسفالت همراه می‌شوند، برای تشکیل مواد مرکب مانند بتن آسفالت استفاده می‌شوند. بر اساس خلاصه کالاهای معدنی سازمان زمین شناسی ایالات متحده، 3.4 از 1.4 میلیارد تن سنگ خرد شده تولید شده در سال 2018 در ساخت و ساز استفاده شده است. در این میان، راهسازی 24 درصد از حدود یک میلیارد تن شن و ماسه تولید شده را به خود اختصاص داده است که آسفالت 12 درصد و بتن 44 درصد را تشکیل می‌دهند.
اهمیت سنگدانه ها
سنگدانهها نه تنها بستر تمدن، بلکه بخشی از زندگی روزمره ما هستند. یک آمریکایی به طور متوسط سالانه 10 هزار تن سنگدانه مصرف می‌کند. در واقع، ما پلاستیک یا شیشه بدون شن و ماسه نخواهیم داشت. کوارتز حاوی سیلیس است که در اجزای کامپیوتر استفاده می‌شود، در حالی که سنگ آهک دارای کربنات کلسیم است که در آنتی اسیدها استفاده می‌شود. سنگدانهها در تصفیه آب و همچنین در تصفیه هوا استفاده می‌شوند. سنگدانه جزء اساسی مخلوط بتنی است که بدون آن هیچ بتنی ساخته نمی‌شود.
خواص مصالح سنگدانه باید ثابت، یکنواخت و قابل پیش بینی باشد و قبل از استفاده تمیز و خشک باشد. درمان اعمال شده بر روی سنگدانه ها فقط به اندازه فرآیندی است که آنها تحمل می‌کنند. سنگدانه ها استخراج می‌شوند، خرد می‌شوند، شستشو می‌شوند و سپس دانه بندی می‌شوند. موفقیت هر فاز مانند تولید یک سنگدانه معقول، به عملکرد هر مرحله قبلی بستگی دارد.
مقادیر دقیق استفاده از سنگدانهها در بتن به نوع مخلوط و نیازهای پروژه بستگی دارند. با توجه به اینکه اکثریت قریب به اتفاق مخلوط بتن سنگدانه است، می‌توانید ببینید که چرا انتخاب سنگدانه و مقدار صحیح سنگدانه بسیار ضروری است. اندازه و مقدار مصالح انتخابی به شدت بر محصول نهایی شما تأثیر می‌گذارند. نسبت کل مناسب تضمین می‌کند که کار شما موفقیت آمیزه بوده است و محصول نهایی برای سال‌های آینده دوام می‌آورد.
انواع و کیفیت سنگدانه ها بتن
برای دستیابی به یک مخلوط بتن خوب، سنگدانه انتخابی باید سخت، ذرات تمیز و عاری از پوشش‌های رسی و مواد شیمیایی جذب شده باشند. اگر این متغیرها در نظر گرفته شوند، می‌توانید اطمینان داشته باشید که بر اساس خواص سنگدانه انتخابی خود به یک مخلوط بتن خوب دست خواهید یافت.
انواع مختلف سنگدانه‌های بتن هر کدام دارای کیفیت‌های متفاوتی هستند که باعث می‌شود مخلوط بتن رفتار متفاوتی داشته باشد. در واقع سنگدانه چیزی است که بر خواص الاستیک و حرارتی بتن و همچنین پایداری ابعادی آن تأثیر می‌گذارد. این بدان معناست که دو بتن ریزی با نسبت‌های مشابه، اما سنگدانه های متفاوت می‌توانند در حین بتن ریزی، پس از بتن ریزی و زمانی که بتن سخت می‌شود، ویژگی‌های کاملاً متفاوتی داشته باشند.
طبقه بندی سنگدانهها در بتن
سنگدانهها را می‌توان به روش‌های مختلفی طبقه بندی کرد. طبقه بندی سنگدانه ها بر اساس شکل و اندازه مانند سنگدانه های درشت و ریز در اینجا مورد بحث قرار می‌گیرد.
طبقه بندی سنگدانه ها بر اساس شکل
سنگدانه ها بر اساس ملاحظات زیادی طبقه بندی می‌شوند، اما در اینجا قصد داریم در مورد طبقه بندی شکل و اندازه آنها به تفصیل بحث کنیم. می‌دانیم که سنگدانه ها از سنگهای طبیعی به وسیله انفجار یا خرد کردن و غیره به دست می‌آیند، بنابراین دستیابی به شکل مورد نیاز سنگدانه دشوار است. اما شکل سنگدانه بر کارایی بتن تاثیر می‌گذارد. بنابراین، ما باید به شکل سنگدانه دقت کنیم. این مراقبت نه تنها برای سنگ مادر بلکه برای دستگاه سنگ شکن مورد استفاده نیز کاربرد دارد. سنگدانه ها بر اساس شکل به انواع زیر طبقه بندی می‌شوند:
- سنگدانه های گرد
- سنگدانه های نامنظم یا نیمه گرد
- سنگدانه های زاویه ای
- سنگدانه های پوسته پوسته
- سنگدانه های کشیده
- سنگدانه های پوسته پوسته و کشیده
1. سنگدانه گرد
سنگدانه های گرد کاملاً بر اثر ساییدگی شکل گرفته و به شکل شن ساحلی موجود هستند. سنگدانه های گرد منجر به حداقل درصد حفره‌ها ( 32-33 درصد) می‌شود و از این رو کارایی بیشتری می‌دهد. آنها به نسبت آب به سیمان کمتری نیاز دارند. آنها برای بتن با مقاومت بالا در نظر گرفته نمی‌شوند، زیرا رفتار در هم تنیده ضعیف و استحکام باند ضعیف است.
2. سنگدانه های نامنظم
سنگدانه های نامنظم یا تا حدی گرد و یا تا حدی در اثر ساییدگی شکل می‌گیرند و به شکل ماسه‌های گودال و شن موجود هستند. سنگدانه های نامنظم ممکن است باعث ایجاد 35 تا 37 درصد فضاهای خالی شوند. اینها در مقایسه با سنگدانه های گرد کارایی کمتری خواهند داشت. استحکام باند کمی بیشتر از سنگدانه های گرد است اما نه به اندازه مورد نیاز برای بتن با مقاومت بالا!
3. سنگدانه های زاویه‌ای
سنگدانه های زاویه‌دار شامل لبه‌های کاملاً مشخصی هستند که در تقاطع سطوح تقریباً مسطح تشکیل شده‌اند و از خرد کردن سنگ‌ها به دست می‌آیند. سنگدانه های زاویه ای حداکثر درصد فضاهای خالی (38-45 درصد) را ایجاد می‌کنند، بنابراین کارایی کمتری را به همراه دارند. آنها 10-20 درصد مقاومت فشاری بیشتری دارند، به دلیل اینکه پیوند سنگدانه با ملات قوی‌تر خواهد بود بنابراین، اینها در تولید بتن با مقاومت بالا مفید هستند.
4. سنگدانه های پوسته پوسته
هنگامی که ضخامت سنگدانه در مقایسه با عرض و طول آن سنگدانه کوچک باشد، گفته می‌شود که سنگدانه پوسته پوسته است یا در حالت دیگر، وقتی کمترین بعد سنگدانه کمتر از 60 درصد بعد میانگین آن باشد، به آن سنگدانه پوسته پوسته می‌گویند.
5. سنگدانه های کشیده
زمانی که طول سنگدانه بزرگتر از دو بعد دیگر باشد به آن سنگدانه کشیده می‌گویند یا طول سنگدانه بیشتر از 180 درصد بعد میانگین آن باشد.
6. سنگدانه های پوسته پوسته و کشیده
هنگامی که طول سنگدانه از عرض آن بزرگتر و عرض آن بزرگتر از ضخامتش باشد، به آن سنگدانه های پوسته پوسته و کشیده می‌گویند. 3 نوع سنگدانه فوق برای اختلاط بتن مناسب نیستند. اینها عموماً از سنگهای ضعیف خرد شده به دست می‌آیند.
طبقه بندی سنگدانه ها بر اساس اندازه
سنگدانه ها در طبیعت در اندازه‌های مختلف موجود هستند. اندازه سنگدانه های مورد استفاده ممکن است به نسبت مخلوط، نوع کار و غیره مرتبط باشد. در زیر طبقه بندی سنگدانه ها بر اساس اندازه آورده شده است: سنگدانه ها بر اساس اندازه به 2 نوع طبقه بندی می‌شوند:
- سنگدانه ریز (ماسه)
- سنگدانه درشت (شن)
سنگدانه ریز
هنگامی که سنگدانه از یک الک 4.75 میلی متری الک می‌شود، سنگدانه از آن عبور می‌کند که به آن سنگدانه ریز می‌گویند. ماسه طبیعی به طور کلی به عنوان سنگدانه های ریز استفاده می‌شود، سیلت و خاک رس نیز در این دسته قرار می‌گیرند. رسوب نرم متشکل از ماسه، سیلت و خاک رس را لوم می‌نامند. هدف از سنگدانه ریز این است که فضاهای خالی در سنگدانه درشت را پر کند و به عنوان عامل کارایی (کارپذیری) عمل نماید.
سنگدانه درشت
هنگامی که سنگدانه ها از طریق الک 4.75 میلی متری الک می‌شوند، سنگدانه های باقی مانده را سنگدانه درشت می‌گویند. شن در این دسته قرار می‌گیرند. حداکثر اندازه مصالح مورد استفاده ممکن است به برخی شرایط بستگی داشته باشد. به طور کلی، سنگدانه با اندازه 40 میلی متر برای مقاومت‌های معمولی و اندازه 20 میلی متر برای بتن با مقاومت بالا استفاده می‌شود. محدوده اندازه سنگدانه های درشت مختلف در زیر آورده شده است.
طبقه بندی سنگدانه ها بر اساس مبدا جغرافیایی
این روشی دیگر برای طبقه بندی سنگدانه ها بر اساس منشاء آنها است که عبارتند از:
- طبیعی: مصالحی که از منابع طبیعی مانند بستر رودخانه‌ها، معادن و معادن گرفته می‌شوند. ماسه، شن، سنگ و سنگ متداول‌ترین هستند و اینها می‌توانند ریز یا درشت باشند.
- فرآوری شده: به آن سنگدانه‌های مصنوعی یا سنگدانه های فرعی نیز می‌گویند، معمولاً از ضایعات صنعتی یا مهندسی گرفته می‌شوند و سپس برای تشکیل سنگدانه های ساختمانی برای بتن با کیفیت بالا، تصفیه می‌شوند. سنگدانه های فرآوری شده معمولی شامل سرباره صنعتی و همچنین خاک رس سوخته هستند. سنگدانه های فرآوری شده هم برای مخلوط‌های بتن سبک و هم با چگالی بالا استفاده می‌شوند.
طبقه بندی سنگدانه ها بر اساس چگالی
سنگدانه های سبک و فوق‌سبک، متخلخل‌تر از همتایان سنگین‌تر خود هستند، بنابراین می‌توان از آن برای مثال در ساخت بام سبز استفاده زیادی کرد. آنها همچنین در مخلوط‌های بلوک‌های بتنی و روسازی‌ها و همچنین عایق کاری و ضد حریق استفاده می‌شوند. برای تشکیل بتن سنگین از سنگدانه های با چگالی بالا استفاده می‌شود. آنها برای مواقعی که به سازه‌های بتنی با استحکام بالا و بادوام نیاز است، به عنوان مثال پایه‌های ساختمان یا بالاست کاری لوله‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مزایای استفاده از سنگدانه ها در بتن
چندین مزیت برای ترکیب سنگدانه ها در بتن یا آسفالت وجود دارند که عبارتند از:
- سنگدانه های خرد شده تقریباً 60 درصد تا 75 درصد از کل حجم بتن را تشکیل می‌دهند. سنگدانه های خرد شده تاثیر قابل توجهی بر کیفیت بتن تازه مخلوط شده و خشک شده دارند، آن را فشرده‌تر می‌کنند، نفوذپذیری را کاهش می‌دهند و همچنین مقادیر نگهداری گرما را تغییر می‌دهند.
- سنگدانه بسته به تخلخل آن می‌تواند رطوبت را هم در داخل و هم از خارج حفظ کند. در نتیجه سنگدانه توانایی جذب آب را دارد.
- در حالی که سطح صاف کارایی را افزایش می‌دهد، سطح درشت‌تر ارتباط قوی‌تری بین خمیر و سنگدانه ایجاد می‌کند که منجر به استحکام بیشتر می‌شود. مقدار خمیر مورد نیاز برای بتن قابل کار تحت تأثیر درجه یا توزیع اندازه مواد است.
- اندازه سنگدانه بزرگتر، منافذ بزرگتر و نفوذپذیری بهتر است. تخلخل داخلی نمونه سنگدانه درشت بزرگتر از تخلخل داخلی نمونه سنگدانه ریز در شرایط مشابه است که منجر به افزایش ضریب نفوذپذیری می‌شود.
- رسانایی حرارتی بتن با چگالی متفاوت است و ذرات سنگین‌تر رسانایی حرارتی بالاتری دارند. با افزایش دما، از دست دادن آب منافذ و خشک شدن سیمان باعث کاهش رسانایی بتن می‌شود.
از آنجایی که اندازه، شکل و ترکیب سنگدانه ها همگی بر محصول نهایی تأثیر می‌گذارند، انتخاب آسفالت یا سنگدانه بتن مناسب برای رفع نیازهای مشتریان، مستلزم تحقیقات دقیق است.
کلام آخر
اندازه‌های مختلف سنگدانه برای بتن استفاده می‌شوند تا کیفیت بتن حفظ شود. بنابراین، اگر شما یک مهندس عمران هستید، هنگام طراحی هر سازه‌ای مانند ساختمان، تونل، پل یا جاده، باید در مورد اندازه‌های مختلف سنگدانه ها بدانید. عمدتاً دو نوع سنگدانه از جمله شن و ماسه وجود دارند که توسط کارهای ساختمانی مهندسی عمران برای تهیه بتن استفاده می‌شوند.
بتن برای مصارف مختلفی مانند پی، روسازی و غیره استفاده می‌شود. حدود 40 تا 80 درصد بتن از سنگدانه ها تشکیل شده است. بنابراین، سنگدانه های مورد استفاده در بتن باید عاری از گرد و غبار، خاک رس، مواد آلی مانند سبزیجات، برگ و غیره باشند. قبل از استفاده برای تهیه بتن، سنگدانه ها باید با کمک آب غیر اسیدی به طور شفاف شسته شوند.
منابع: