مقدمه:
یکی از عوامل موثر در مقاومت بتن (بطور غیرمستقیم)، رعایت ضوابط دانه بندی شن و ماسه است که در طرح مخلوط بتن اهمیت زیادی دارد. از نظر تئوری، دانه بندی خوب به قسمی است که دانه های ریزتر فضای خالی بین دانه های درشت تر را پر کنند و باعث تراکم هرچه بیشتر شن و ماسه در بتن شوند. تراکم بیشتر بتن باعث افزایش وزن مخصوص و همچنین مقاومت آن نسبت به نمونه مشابه می شود. با مقاومت ثابت، بتن با دانه بندی بهتر احتیاج به سیمان کمتری دارد و چون سیمان از مصالح نسبتاً گران است، لذا دانه بندی بهتر اقتصادی تر است.
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 بهتر، این توزیع با منحنی نشان داده می شود (منحنی دانه بندی).
باید متذکر شد که هیچگونه منحنی دانه بندی ایده آل وجود ندارد ولی هدف، حصول یک حد اعتدال است. سوای الزامات فیزیکی، جنبه های اقتصادی را هم نباید فراموش نمود. بتن باید با مصالحی ساخته شود که بتوان آنها را با هزینه کم تولید نمود و بنابراین نمی توان هیچگونه محدودیت های بسیار باریکی را برای سنگدانه ها قایل شد. پیشنهاد شده است که عوامل اصلی کنترل کننده دانه بندی مطلوب سنگدانه ها عبارتند از: مساحت سطح سنگدانه ها (تعیین کننده مقدار آب لازم برای تر نمودن تمامی مواد جامد). حجم نسبی اشغال شده بوسیله سنگدانه ها، کارایی بتن و تمایل به جداشدگی مواد از یکدیگر.
مدول نرمی عدد منفردی است که از نتایج آزمایش دانه بندی ماسه بدست می آید و برابر است با مجموع درصد های تجمعی مانده روی الک No.100 و الک های بالای آن مستقیم بر صد. این عدد نشان دهنده متوسط اندازه دانه های ماسه است، بطوریکه مدول نرمی کم نشان دهنده ریز دانه بودن ماسه و مدول نرمی زیاد نشان دهنده درشت دانه بودن ماسه است. واضح است که یک عدد متوسط نمی تواند معرف یک توزیع باشد، لذا مدول نرمی نمی تواند معرف منحنی های دانه بندی مختلف باشد. از مدول نرمی در ارزیابی سنگدانه ها و بعضی روش های طرح اختلاط بتن استفاده می شود.
استاندارد ASTM-C33 تصریح کرده است که مدول نرمی ماسه مورد استفاده برای ساخت بتن باید بین 3/2 تا 1/3 باشد.
مراحل آزمایش
1- از دپوی مصالح سنگی آزمایشگاه به میزان gr4000 ماسه و یا gr 10000 شن خشک نمونه برداری نمایید. نمونه سنگدانه باید نماینده کل توده سنگدانه باشد، در غیر اینصورت نتایج آزمایش قابل استناد نخواهد بود. برای اینکار سعی کنید نمونه سنگدانه ها از قسمت های مختلف دپو تهیه شده باشد.
2- نمونه را کاملاً مخلوط نموده و میزان آن را به مقدار مناسبی (در حدود gr 1000 برای ماسه و gr 2500 برای شن) برای انجام آزمایش کاهش دهید. برای اینکار از روشی موسوم به روش کوارتر یا روش چهار – دو استفاده کنید. نمونه سنگدانه ها را بر روی یک سطح صاف پخش کنید. با وسیله مناسبی آن را به چهار قسمت تقریباً مساوی تقسیم نمایید. دو قسمت از این چهار قسمت را که بصورت ضربدری مقابل یکدیگر هستند انتخاب نموده و بقیه دانه ها را کنار بگذارید. باین دو قسمت را با هم کاملاً مخلوط کرده و دوبار عمل چهار – دو را روی آن انجام دهید. سنگدانه های باقیمانده را وزن نمایید.
هر یک از الک های فوق را پس از تمیز نمودن با برس مناسب، وزن کرده و آنها را به ترتیب اندازه روی هم سورا نمایید. یک سینی الک را نیز پس از تمیز نمودن وزن کرده در زیر مجموعه الک ها قرار دهید و سنگدانه های حاصل از روش چهار – دو را با دقت روی الک بالایی (الک 9.50mm برای ماسه و الک 25mm برای شن) بریزید. آنگاه یک درپوش روی مجموعه الک ها بگذارید.
4- مجموعه فوق باید بطریق مناسبی تکان داده شود تا دانه های سنگی فرصت عبور از چشمه های الک را بیابند و بر حسب اندازه شان روی الک های مختلف متوقف شوند. برای اینکار از دستگاه شیکر (لرزاننده یا تکان دهنده) مخصوص الک استفاده نمایید. مجموعه الک ها بهمراه درپوش و سینی را روی دستگاه قرار داده، پیچ های آن را کاملا محکوم نموده و دستگاه را روشن کنید. اجازه دهید الک ها حدود 15-10 دقیقه لرزاننده شوند. سپس دستگاه لرزاننده را خاموش کرده و مجموعه الک ها را از روی آن بردارید.
5- الک ها را با دقت (بطوری که مصالح مانده روی آنها هدر نرود) از یکدیگر جدا کرده و هریک را به مراه مصالح درونشان وزن نمایید. این کار را برای سینی نیز انجام دهید.
آزمایش ارزش ماسه ای
(Sand Equivalent Value)
[ASTM – D2418]
مقدمه:
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 قرار می دهند؛ قشرهای پوششی (ریزدانه های ناخواسته) از توسعه پیوستگی کامل بین سنگ دانه و خمیر سیمان جلوگیری بعمل می آورند. این آزمایش به منظور تعیین مقدار نسبی مواد ریزدانه مانند رس، سیلت، لای و یا گرد و غبار که ممکن است بصورت قشری از لایه های سطحی بر روی ماسه وجود داشته باشند بکار می رود. اندازه این ذرات ریز دانه، کوچکتر از 0.075 mm (زیر الک No.200) می باشد.
اگر ریزدانه ها بیش از حد معینی در ماسه وجود داشته باشند، موجب معایب زیر می گردند:
اولاً مانند فیلم نازکی دور سنگدانه را گرفته و مانع از چسبیدن کامل خمیر سیمان به آنها می شوند. ثانیاً بعلت دارا بودن سطح جانبی زیاد، آب زیادی از مخلوط جذب کرده و میزان آب لازم برای تر نمودن کلیه سنگدانه ها را افزایش می دهند. ثالثاً اگر از جنس رس باشند، با مکیدن آب متورم شده و پس از خشک شدن وانقباض، باعث ایجاد ترک در بتن می شوند.
ارزش ماسه ای یک نسبت حجمی است که برابر است با حجم ماسه بخش بر حجم کل مصالح (شامل ماسه و ریزدانه های ناخواسته) ضربدر صد.
توجه داشته باشید که ارزش ماسه ای مناسب برای کاربردهای مختلف، متفاوت است. برای ساخت بتن حد پایین آن بین 75% تا 85% و حد بالای آن کمتر از 100% توصیه می شود. علت توصیه این حد بالا برای ارزش ماسه ای این است که اگر ماسه حاوی مقدار کمی ذرات ریزدانه (زیر الک No.200) باشد، برای پر کردن قدری از تخلخل خمیر سیمان مناسب خواهد بود.
مراحل آزمایش
1- مقدار 4±0.1in محلول استوک را داخل استوانه مدرج مخصوص آزمایش بریزید. (علت استفاده از محلول استوک، تسریع در زمان ته نشینی ذرات درشت تر ماسه، و معلق نگه داشتن ذرات ریزدانه است. برای تهیه محلول استوک پایه، gr454 کلرور کلسیم بی آب را در lit 89/1 آب مقطر حل کرده، بعد از سرد شدن و عبور از کاغذ صافی، gr 2050 گلیسیرین و gr47 فرم آلدئید (40% حجمی) به آن اضافه نموده خوب بهم می زنند و سپس با آب آن را تا حجم lit 80/3 رقیق می نمایند. اکنون cc 5 ± 85 از این محلول پایه را مجدداً در lit 80/3 آب رقیق نموده تا محلول استوک کاری بدست آید)
2- به اندازه cc 80 یا gr 110 ماسه رد شده از الک No.4 (که ترجیحاً کمی مرطوب بوده و به روش کوارتر تهیه شده باشد) را با دقت داخل استوانه مدرج محتوی محلول استوک، اضافه نمایید.