سنگدانه های بتن

سنگدانه های بتن (Concrete Aggregates) به دو دسته درشت دانه و ریز دانه تقسیم می شوند. سنگدانه ها در بتن نقش پر کننده را ایفا می کنند اما در میزان مقاومت فشاری، کارآیی و دیگر خصوصیات بتن نیز تأثیر گذار هستند. سنگدانه ها یکی از اجزای مهم تشکیل دهنده بتن هستند زیرا درصد استفاده، دانه بندی، بافت، شکل و مشخصات دیگر آنها می توانند میزان کیفیت مخلوط بتنی را مشخص کنند. برای شناخت بیشتر سنگدانه ها با مقاله دیگری از سادات بتن همراه باشید.

سنگدانه های بتن چیست ؟

اصطلاح سنگدانه ها دلالت بر مواد طبیعی دارد اما اغلب به شن و ماسه تقسیم می شوند. سنگدانه های درشت که همان شن هستند، به هر اندازه ای گفته می شود که بزرگ تر از 4.75 میلی متر باشد. یک سنگدانه درشت روی الک نمره 4 باقی می ماند. سنگدانه های ریز که ماسه نامیده می شوند، اندازه ای کمتر از 4.75 میلی متر دارند و از الک نمره 4 عبور می کنند و روی الک نمره 200 باقی می مانند.

سنگدانه های بتن - انواع سنگدانه های بتن

دلیل استفاده از سنگدانه ها در بتن چیست؟

سیمان معمولاً هفت یا هشت برابر هزینه خرید شن و ماسه است و استفاده تنها از آب و سیمان در حجم بزرگی از بتن ریزی می تواند هزینه های پروژه را به شدت افزایش دهد. از سویی دیگر، خمیر سیمان در بتن ضروری است زیرا عنصر اصلی مقاومت فشاری بتن محسوب می شود؛ اما خمیر سیمانی می تواند استحکام خود را در هنگام استفاده از سنگدانه های با دانه بندی خوب که هزینه کمتری نیز دارند، افزایش دهد.

سنگدانه ها 60 تا 80 درصد حجم بتن و 70 تا 85 درصد جرم بتن را تشکیل می دهند. سنگدانه ها همچنین برای استحکام، خواص حرارتی و الاستیک بتن، ثبات ابعادی و ثبات حجمی بتن نیز بسیار مهم است. سیمان بیشتر تحت تأثیر انقباض قرار می گیرد. گنجاندن سنگدانه در مخلوط می تواند سطح انقباض را کنترل کرده و از ترک خوردن آن جلوگیری کند.

درصد زیادی از بتن را سنگدانه ها تشکیل می دهد که بر اساس دوام، مقاومت فشاری، قابلیت کارکرد (روانی بتن) و موارد دیگر انتخاب می شود. مخلوط بتنی با کیفیت بالا، نیاز به سنگدانه های تمیز و عاری از مواد شیمیایی دارد زیرا هرگونه اشکال در مخلوط شن و ماسه می تواند منجر به خرابی بتن شود. پس وجود سنگدانه ها در بتن جهت کاهش هزینه های ساخت و بهبود خواص بتن ضروری است.

سنگدانه های بتن از کجا تهیه می شوند ؟

سنگدانه های بتن - استخراج سنگدانه های بتن

سنگدانه ها از گودال های طبیعی، معادن سنگ یا بخش های معدنی زیرزمینی استخراج می شوند. گودال های ماسه ای و معادن سنگی در مناطقی واقع شده اند که قبلاً جایگاه یخچال های طبیعی بودند و رسوبات زمین شناسی را پشت سَر گذاشته اند. سنگدانه ها به طور گسترده در نزدیکی رودخانه ها و نهرها، در حوضه ها و مناطق یخبندان توزیع شده اند.

در صورتی که سنگدانه زیر سطح آب زیرزمینی باشد، از طریق پمپاژ استخراج می شود. سایر اشکال غوطه ور سنگدانه نیاز به استخراج به صورت لایروبی دارند که در آن از دو تکنیک اصلی به شرح زیر استفاده می شود :

  • لایروبی استاتیک که شامل استفاده از پمپ الکتریکی است.
  • لایروبی از طریق کشتی که شامل یک پمپ است که در پشت یک کشتی در امتداد بستر دریا قرار دارد.

سنگدانه ها چگونه استخراج می شوند؟

در ادامه مراحل استخراج سنگدانه ها را برای شما توضیح می دهیم : 

1- استخراج

فرآیند استخراج با برداشتن یک لایه از معاد سنگ برای آشکارسازی مواد زیر آن شروع می شود. این لایه بالایی معمولاً از خاک و سنگ های تا حدودی هوازده تشکیل شده است که به کنار رانده شده و متعاقباً حذف می شوند. شن و ماسه از لایه های دیگر استخراج شده یا از مخازن زیر آب لایروبی می شوند.

2- پردازش

پس از استخراج، اکثر سنگدانه ها باید به کارخانه منتقل شوند. کل این سنگدانه ها قبل از مرتب سازی بر اساس اندازه، در فرآیند خُرد کردن اولیه و ثانویه قرار می گیرند. سپس، قبل از فروش و عرضه به بازار، سنگدانه ها شستشو داده و به مقصد نهایی خود حمل می شوند.

نکته: استخراج و پردازش سنگدانه های بتن مستلزم کار نیروهای متخصص و با تجربه است.

فواید استفاده از سنگدانه های در بتن

قیمت سنگدانه ها

از آنجا که نسبت سنگدانه در بتن بیشتر است و این مصالح ساختمانی کم هزینه ترین جزء بتن است، سازندگان می توانند تاثیر اقتصادی ناشی از آن را اندازه گیری کنند. بسته به نسبت سنگدانه مورد استفاده، می توان هزینه نهایی بتن را کاهش داد. همچنین می توانید با انتخاب سنگدانه های بزرگ و درشت با هم هزینه های احداث پروژه به میزان زیادی پایین آورد زیرا مجبور هستیم از بتن کمتری استفاده کنیم.

زیبایی شناسی

انواع خاصی از پروژه های ساختمانی وجود دارند که به مسائل زیباشناسی بتن اهمیت می دهند. در چنین مواردی، «بتن سنگدانه نمایان» می تواند جلوه ای خاص به ظاهر بتن ببخشد. در این بتن که اغلب در نمای کار استفاده می شود، باید مجموعه ای از ویژگی ها از جمله رنگ، شکل، بافت و ظاهر کلی سنگدانه ها را بررسی کرد. سنگ های طبیعی مانند سنگ آهک، بازالت، سنگ مرمر، کوارتز و گرانیت برای چنین مصارفی مناسب هستند.

بتن سنگدانه نمایان
تصویری از بتن سنگدانه نمایان

ثبات حجمی

سنگدانه ها ثبات حجمی را برای مخلوط بتن که سفت شده است تضمین می کنند. توجه داشته باشید که سنگدانه ها کمتر از سیمان منقبض می شوند که این مهم در کیفیت بتن مؤثر است. همچنین، وجود سنگدانه ها در بتن می تواند از احتمال ترک خوردگی سطحی (شرینکیج) جلوگیری کند.

تأثیر بر کارآیی

بافت و شکل سنگدانه ها تا حد زیادی بر کارآیی تأثیر می گذارد. هر چه سنگدانه ها گرد گوشه تر باشند، کارآیی افزایش پیدا می کند. سنگدانه هایی که از بستر رودخانه ها به دست می آیند، گرد هستند؛ اما باید توجه کرد سنگدانه های تیز گوشه می توانند مقاومت فشاری بتن را افزایش دهند. به همین دلیل، بهتر است هم از سنگدانه های تیز گوشه و هم گرد گوشه در مخلوط بتنی استفاده کرد.

اهمیت توجه به دانه بندی سنگدانه ها

اگر سیمان کمتر معادل هزینه کمتر بتن در هر متر باشد، چرا نباید سنگدانه های بسیار بزرگ را برای اشغال فضای بیشتری اضافه کرد ؟ اینجا است که دانه بندی وارد عمل می شود. دانه بندی روشی برای استفاده از اندازه های مختلف اجسام برای پر کردن فضایی است که ذرات بزرگ تر نمی توانند آن را پر کنند.

به عنوان مثال، فرض کنید در یک مکعب 20 در 20 در 20 سانتی متر، توپ های گلف را قرار می دهیم، به طوری که تمام مکعب را پر کنند. اما هنوز هم بین توپ ها، فضای خالی وجود دارد، اکنون بیایید فضاهای خالی را با تیله پر کنیم، چه اتفاقی میفتد؟ تیله ها تمام فضاهای خالی را پر می کنند.

این مورد همان مفهوم سنگدانه های بتن است. ماسه فضاهای خالی بین شن ها را پر می کند و باعث می شود مخلوط بتنی منسجم تر شود و در برابر نیروهای مختلف مقاومت بالایی از خود نشان دهد. بنابراین، یک دانه بندی خوب به شرایطی گفته می شود که بازه مختلفی از انواع سنگدانه های درشت شن و ماسه (الک 4 تا الک 200) در مخلوط بتنی استفاده شود.

ویژگی های سنگدانه مورد استفاده در بتن

سنگدانه ها باید دارای ویژگی های فیزیکی قابل توجهی باشند تا بتوانند در برابر نیروهای فیزیکی خارجی و داخلی مقاومت کنند. آنها باید مقاومت بالایی داشته باشند تا در برابر سایش و انتقال بارها از خود مقاومت نشان دهند و همچنین از خود در برابر تخریب و تجزیه ناشی از چرخه یخ زدایی مقاومت نشان دهند. بنابراین، یک سنگدانه خوب باید سخت، متراکم، قوی و عاری از ذرات نرم، متخلخل یا شکننده باشد.

با تعریف چند عبارت کلیدی می توان ویژگی های سنگدانه های بتن را بهتر تشخیص داد:

  • سختی: سختی به میزان جذب انرژی دلالت دارد و اینکه سنگدانه ها در صورت اعمال نیرو چقدر می توانند در برابر شکست مقاومت کنند. سختی مستلزم تعادل بین قدرت و شکل پذیری است که به مواد اجازه می دهد تا قبل از شکستن تغییر شکل دهند.
  • دوام: مقاومت در برابر نیروهای داخلی ناشی از یخ زدگی و ذوب شدن یا چرخه های سایش فیزیکی است. دوام هم از چگالی (ترک و حفره کمتر) و هم از قدرت ناشی می شود. نیروهای گسترده ای که در حفره ها و شکاف ها ایجاد می شوند، می توانند بسیار افزایش پیدا کنند و منجر به تجزیه ذرات سنگدانه از درون شوند. مشکلات دوام شیمیایی می تواند ناشی از اشکال مختلف واکنش سیمان به سنگدانه (قلیایی سیلیس) باشد.
  • مرغوبیت: سنگدانه ها با حفره های کمتر، استحکام بیشتری در برابر تخریب و تجزیه ناشی از هوازدگی و بارهای داخلی و خارجی دارند. این مهم نشان دهنده مرغوبیت سنگدانه های بتن خواهد بود.

تأثیر شکل سنگدانه ها در خصوصیات بتن

هنگام انتخاب سنگدانه ها، باید شکل آنها را نیز در نظر بگیرید. سنگدانه های با بافت خشن و تیز به خمیر سیمان بیشتری نسبت به سنگدانه های گرد احتیاج دارند. پمپاژ دانه های تیز نیز سخت تر است، بنابراین مطمئن شوید که دانه ها با نیازهای پروژه شما مطابقت دارند.

در حالت ایده آل، شما سنگدانه های شکل کروی را دوست دارید. اگر بسیار کشیده باشند، ممکن است هنگام ریختن یا پمپاژ، در بین میلگردها گیر کرده و باعث تجمع سنگدانه های دیگر شود.

در مخلوط بتنی، ماسه نقش مهمی دارد. اگرچه شن قدرت را تأمین می کند اما ماسه همچنین دارای یک هدف مهم به نام »کارآیی» است. ماسه باعث سهولت جریان یافتن بتن در قالب و در بین آرماتورها می شود به طور کلی، استفاده از همۀ اجزای بتن مهم است و این موضوع به شکل مهندسی شده و در راستای طرح اختلاط بتن انجام شود.

سنگدانه بازیافتی چیست؟

اخیراً نوع سوم سنگدانه ها ظهور کرده اند، سنگدانه بتنی بازیافتی (RCA) که با خرد کردن بتن بازیابی شده از بزرگراه ها، ساختمان ها و سایر سازه های تخریب شده تولید می شوند. زیرساخت های دارای سنین بالا، فضای کمی دفن زباله، صرفه جویی در هزینه ها و مزایای زیست محیطی، همه تقاضای روزافزون برای بازیافت بتن را تقویت می کنند. بتن بازیافتی پردازش شده و سپس در اندازه های مناسبی غربال می شود. بتن خُرد شده مجدداً به عنوان سنگدانه مورد استفاده قرار می گیرد.

دو روش برای بازیافت بتن وجود دارد. یک رویکرد این است که بقایای بتن را به یک مرکز بازیافت دائمی برای خُرد کردن و غربالگری منتقل کنید. روش دیگر چنین است که مواد را در محل تخریب خرد و غربال کنید. استفاده از دستگاه های سنگ شکن قابل حمل در محل، هزینه های ساخت و ساز را کاهش می دهند و نیاز به حمل و نقل مواد به یک معدن یا کارخانه بازیافت را از بین می برند.

سنگدانه بازیافتی به محض پردازش استفاده می شوند. بتن بازیافتی در حال حاضر حدود پنج درصد از مصالح ساختمان در تمام جهان را تأمین می کند. بخش عمده ای از سنگدانه های بازیافتی (حدود 68 درصد) در راهسازی استفاده می شوند. 32 درصد مابقی هم در تولید بتن استفاده می شوند.

سنگدانه های بازیافتی

بازیافت بتن می تواند فواید زیر را به همراه داشته باشد:

  • کاهش دفع بتن در محل دفن زباله
  • حفاظت از منابع طبیعی
  • کاهش هزینۀ مواد اولیه
  • صرفه جویی در انرژی ناشی از پردازش
  • صرفه جویی در هزینه های ناشی از حمل و نقل

جمع بندی

سنگدانه ها در بتن علاوه بر تعیین ویژگی های فیزیکی مخلوط بتنی، در اقتصادی کردن بتن نیز مفید هستند زیرا نزدیک به 60 تا 80 درصد حجم بتن را به خود اختصاص می دهند. سنگدانه ها با ویژگی های متفاوتی که دارند، به سازندگان و پیمانکاران کمک می کنند تا در برآوردن الزامات پروژه، انعطاف پذیرتر عمل کنند. با یک طراح اختلاط مهندسی می توان درصد سنگدانه ها را بدون تغییر در مقاومت فشاری بتن، کاهش یا افزایش داد.

 

منابع مورد استفاده :

https://www.cameronpng.com/everything-you-need-to-know-about-concrete-aggregates/

https://bay-lynx.com/education/understanding-the-role-of-aggregates-in-concrete/

https://www.burlingtonaggregates.co.uk/aggregates-concrete/

https://www.wgh.co.uk/blog/why-we-use-aggregates-concrete/