دانه بندی مصالح سنگی، انواع دانه بندی مصالح سنگی

یكی از عوامل موثر در مقاومت بتن (بطور غیرمستقیم)، رعایت ضوابط دانه بندی شن و ماسه است كه در طرح مخلوط بتن اهمیت زیادی دارد. از نظر تئوری، دانه بندی خوب به قسمی است كه دانه های ریزتر فضای خالی بین دانه های درشت تر را پر كنند و باعث تراكم هرچه بیشتر شن و ماسه در بتن شوند.

تراكم 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 كمتری دارد و چون سیمان از مصالح نسبتاً گران است، لذا دانه بندی بهتر اقتصادی تر است.

منظور از دانه بندی ، چگونگی توزیع قطر ذرات موجود در هر مخلوط بر حسب درصد وزنی است. دانه بندی سنگدانه ها عموماً به صورت یک منحنی به نام منحنی دانه بندی ،كه درصد وزنی دانه های با قطر معین در مخلوط نشان داده می شود. برای انجام دانه بندی سنگدانه ها، با توجه به اندازه دانه ها(درشت تر از الک شماره ۲۰۰) و غیر چسبنده بودن آنها، معمولاً از مجموعه ای الک استاندارد استفاده می شود.

در این فرآیند وزن معینی از سنگدانه های خشک روی درشت ترین الک در مجموعه مورد نظر ریخته شده و با دست یا دستگاه الک لرزان طبق روش های استاندارد، الک می شود. در برخی موارد بویژه در شرایطی كه سنگدانه های ریز حاوی مقادیر نسبتاً زیاد رس و لای باشد، ممكن است از روش تر (شست و شویی) نیز به منظور سهولت جدا سازی ذرات چسبنده در مخلوط استفاده شود.

باید متذكر شد كه هیچگونه منحنی دانه بندی ایده آل وجود ندارد ولی هدف، حصول یک حد اعتدال است. بتن باید با مصالحی ساخته شود كه بتوان آنها را با هزینه كم تولید نمود و بنابراین نمی توان هیچگونه محدودیت های بسیار باریكی را برای سنگدانه ها قایل شد. پیشنهاد شده است كه عوامل اصلی كنترل كننده دانه بندی مطلوب سنگدانه ها عبارتند از: مساحت سطح سنگدانه ها (تعیین كننده مقدار آب لازم برای تر نمودن تمامی مواد جامد)، حجم نسبی اشغال شده بوسیله سنگدانه ها، كارایی بتن و تمایل به جداشدگی مواد از یكدیگر.

الكهایی كه جهت دانه بندی سنگدانه ها به كار می روند اندازه های مختلفی دارند و بر حسب میلی متر یا شماره الک مشخص می شوند و ابعاد و اندازه سوراخهای الک با توجه به اینكه در انجام آزمایش دانه بندی چه استانداردی را ملاك عمل قرار داده ایم مشخص می گردد. نتیجه آزمایش دانه بندی سنگدانه ها معمولاً بصورت منحنی دانه بندی بر روی نموداری كه محور افقی نشان دهنده اندازه دانه ها و محورهای قایم معرف درصدهای وزنی عبوری ذرات می باشد نشان داده می شود.

شماره گذاری در محدوده ماسه به این صورت است كه تعداد سوراخ های موجود در هر اینچ مربع از الک، معرف شماره الک است. یعنی در الک شماره ۲۰۰ در هر اینچ مربع از الک، ۲۰۰ سوراخ وجود دارد. اما در محدوده شن قطر سوراخ، شماره الک مورد نظر است. یعنی قطر سوراخ های الک mm 4/75 به همین میزان است.

با توجه به تقسیم بندی سنگدانه ها در دو گروه ریز و درشت، مجموعه الک های مورد استفاده در دانه بندی این سنگدانه ها نیز خود در دو گروه و به عنوان مجموعه الک های استاندارد در هر گروه به شرح جدول زیر طبقه بندی می شوند.

الک های در محدوده ماسه

الک های محدوده شن

در ایران معمولا الک ۸ / ۳ اینچ را با الک ۱۰ میلیمتر، الک ۴ / ۳ اینچ را با الک ۲۰ میلیمتر و الک ۲ / ۱۱ اینچ را با الک ۴۰ میلیمتر نام گذاری می كنند.

در دانه بندی مصالح درشت دانه، محدودیت خاصی تصریح نشده است، فقط این نكته قابل توجه است كه هر چه از مصالح دانه ای درشت تر استفاده شود، مشروط بر آنكه مقدار آب و سیمان ثابت باشد، مقاومت فشاری افزایش می یابد. لذا در كارگاه هرچه بتوان از مصالح درشت دانه‌تری استفاده كرد مناسب تر خواهد بود، به شرط آنكه عبور دانه ها در قالب و بین میلگردها مختل نشود.

منحنی های دانه بندی

برای رسم منحنی دانه بندی، ابتدا مجموعه ای از دانه ها را وزن كرده سپس از روی ۹ الک استاندارد عبور می دهند، آنگاه وزن دانه های مانده روی هر الک را اندازه گیری كرده و درصد آن ها را نسبت به وزن كل محاسبه می نمایند (درصد مانده). مجموع درصد های مانده روی الک مورد نظر و الک های بالا تر را از ۱۰۰ كم نموده تا درصد رد شده از الک مورد نظر به دست آید. سپس بر اساس اندازه الک و درصد رد شده دانه ها از الک های استاندارد منحنی را رسم می نمایند .

مراحل رسم منحنی دانه بندی سنگدانه ها

مراحل رسم منحنی دانه بندی سنگدانه ها به شرح ذیل می باشد:

• وزن كردن سنگدانه ها
• ریختن سنگدانه ها بر روی بالاترین الک (الک ۱ و ۱ / ۲ اینچ)
• روشن كردن لرزاننده
• وزن كردن سنگدانه های باقی ماننده بر روی هر الک
• محاسبه درصد مانده بر روی هر الک (وزن مانده روی هر الک تقسیم بر وزن كل)
• محاسبه درصد عبوری از هر الک ( ۱۰۰ منهای درصد مانده)

منحنی های دانه بندی به دو دسته تقسیم می شوند :

الف: منحنی دانه بندی پیوسته

ب: منحنی دانه بندی ناپیوسته (گسسته)

یک منحنی دانه بندی در صورتی پیوسته محسوب می شود كه دارای دو خصوصیت زیر باشد:

۱ . تمام ابعاد استاندارد در دانه ها موجود باشد .

۲ . بعضی از ابعاد نسبت به سایر ابعاد به میزان چشمگیری بیشتر یا كمتر نباشد

در تصویر بالا نمونه هایی از منحنی های دانه بندی ترسیم شده است. منحنی شماره ۱ در محدوده ماسه است و در محدوده شن و ماسه پیوسته نیست ولی در محدوده ماسه پیوسته است. منحنی شماره ۲، در محدوده شن پیوسته است، اما در محدوده شن و ماسه گسسته است. منحنی شماره ۳ دارای شن و ماسه است اما در محدوده كوچكی (از الک تا ) در حدود ۶۰ درصد كل دانه ها قرار گرفته اند، یعنی بعضی از ابعاد دانه ها به صورت چشم گیر نسبت به سایر ابعاد دانه ها بیشتر هستند. (این منحنی گسسته است). منحنی شماره ۴ یک منحنی دانه بندی است كه در محدوده شن و ماسه پیوسته بوده دارای تمام ابعاد دانه ها هستند.

به دلایل زیر اكثرا در ساخت بتن سعی می شود كه از مصالحی با دانه بندی است استفاده شود :

1. با استفاده از شن و ماسه با دانه بندی پیوسته، فضای خالی بین مصالح به حداقل می رسد، چون دانه های ریزتر در لابلای دانه های درشت تر قرار گرفته و در هم جفت می شوند و در نتیجه فضای خالی كه برای پر شدن با خمیر سیمان باقی می ماند، كمتر می شود (البته علاوه بر فضای خالی بین دانه ها، باید سطح ظاهری كلیه دانه ها نیز با خمیر سیمان آغشته شود لذا معمولا خمیر سیمان مصرفی بیشتر از فضای خالی بین دانه است.)
3. در صورت استفاده از یک دانه بندی پیوسته، دانه های در ابعاد مختلف در تمام قسمت های بتن توزیع شده و به خوبی جای خود را در بین یكدیگر باز می كنند، بنابراین حجم بیشتری از بتن توسط دانه ها اشغال شده و بتن حاصله تو پرتر و متراكم تر خواهد شد.

قبلا ذكر شده كه دانه ها بین ۶۰ تا ۷۵ درصد حجم بتن را اشغال می كنند، به این ترتیب هرچه دانه بندی پیوسته تر باشد، حجم بیشتری از بتن توسط دانه ها اشغال شده و چون در بتن، نقش باربری به عهده دانه ها است چنین بتنی در مقابل تحمل تنش مقاوم تر خواهد بود . بطور كلی بتنی كه با مصالح با دانه بندی پیوسته ساخته می شود هم مصرف سیمانش كمتر است و هم مقاومت مطلوب ترب دارد . البته دانه بندی گسسته در مواردی خاص كاربرد دارد كه بعدا اشاره خواهد شد.

دانه بندی گسسته (ناپیوسته)

فقط یک مورد استفاده از مصالح سنگی گسسته (ناپیوسته) توصیه شده و آن مورد ساختن بتن با دانه های نمایان یا بتن اكسپوز است. بتن اكسپوز بتنی است كه برای نما به كار می رود و روی سطح آن یک سری دانه های درشت دیده می شود . در ساخت این این بتن از مصالح سنگی با دانه بندی گسسته، به صورتی كه در محدوده ماسه پیوسته بوده اما در محدوده شن فقط دارای یک یا دو بعد درشت دانه باشد، استفاده می شود.

تصویر زیر نمونه از منحنی دانه بندی گسسته كه جهت مصرف در بتن اكسپوز مناسب است را نشان می دهد .

نمونه ای از منحنی دانه بندی گسسته

در بتن اكسپوز یک یا دو روز پس از بتن ریزی قالب را باز می كنند. در این حالت سطح بتن هنوز كاملا سخت نشده و می توان با كشیدن برس سیمی روی سطح بتن، دانه های ماسه را از بین دانه های درشت شنی بیرون كشید. به بیان دیگر چون دانه های شنی پیوسته نیستند كه به خوبی درهم قفل شده باشد، پس از برس كشیدن دانه های درشت ۲ یا ۳ سانتیمتری باقی می ماند، لذا سطح بتن برجسته شده و نمای زیبایی ایجاد می شود.

گاهی ممكن است به لحاظ راحتی كار از نظر برس زدن، بتن مجاور جدا از قالب را درگیر نمایند. به این معنی كه سطح قالب را به مواد دیرگیركننده آغشته می كنند كه البته این كار از نظر اجرایی با مشكلاتی همراه است .

جدول زیر یک نمونه نتایج دانه بندی ماسه را نشان می دهد. با استفاده از وزن مانده روی هر الک می توان درصد جزئی مانده روی هر الک و درصد عبوری از هر الک را به دست آورد و منحنی دانه بندی آن را ترسیم نمود.

ضوابط الزامی دانه بندی سنگدانه های ریز مصرفی در بتن

ضوابط الزامی دانه بندی سنگندانه های درشت مصرفی در بتن