سنگهای رسوبی: سنگهای آهکی شامل دولومیتها ،آهک ، مرمریت ، شیلها ، ماسه سنگ و …
سنگهای آذرین: آذرین درونی (گرانیت ،دیوریت، گابرو و…) و بیرونی (ریولیت ،آندزیت، بازالت و…)
سنگهای دگرگونی: فیلیت(ورقه ای و براق) ، شیست (لایه لایه ) ، هورنفلس(توده)، گنایس(رگه رگه)
سنگدانه های مصنوعی : سنگدانه ها با وزن مخصوص متفاوت ( سبک ، سنگین) که طی فرایندهایی از تفاله های کوره های فولاد سازی و غیره حاصل می گردند.
اندازه دانه های سنگی :
مصالح سنگی به دو قسمت عمده تقسیم می شوند.
1- درشت دانه :
سنگدانه هایی که بخش عمده آن روی الک نمره 4 (75/4 میلیمتر) باقی می ماند.
حداکثر اندازه مصالح سنگی بتن 150 میلیمتر ( بتن ریزی های حجیم ) و بتن ریزی های معمولی بین 12 تا 38 میلیمتر بسته به نوع سازه متغیر می باشد.
2- ریزدانه:
سنگدانه های که تقریبا تمام آنها از الک نمره 4 بگذرد و بخش عمده آن روی الک نمره 200 ( 075/0 میلیمتر) باقی بماند.
محصول بتن آماده باید تحت نظارت آزمایشگاه کنترل کیفیت برای رعایت ضوابط آیین نامه ای باشد
1- وزن مخصوص ( حقیقی ، ظاهری )
2- وزن واحد حجم ( دانسیته حجمی)
3- تخلخل و جذب آب دانه ها
4- میزان رطوبت
5- انبساط حجمی ماسه (ری کردن ماسه )
6- خواص حرارتی سنگدانه ها
1- وزن مخصوص ( حقیقی ، ظاهری، جذب آب )
وزن مخصوص ظاهری) (Apprent Specific Gravity
وزن حجم معینی از مصالح ( شامل حجم جامد دانه هاو حفرات غیر مرتبط) به وزن آب مقطر هم حجم آن ودر همان درجه حرارت.
A: وزن نمونه مصالح سنگی خشک درهوا
C: وزن نمونه مصالح سنگی در آب
وزن مخصوص حقیقی(Bulk Specific Gravity)
وزن حجم معینی از مصالح ( شامل حجم جامد دانه ها بعلاوه حجم حفرات مرتبط و غیرمرتبط دانه ها) به وزن آب مقطرهم حجم آن ودر همان درجه حرارت
A: وزن نمونه مصالح سنگی خشک درهوا
B: وزن نمونه مصالح سنگی اشباع با سطح خشک
C: وزن نمونه مصالح سنگی در آب
وزن مخصوص حقیقی در حالت SSD (اشباع با سطح خشک) (Bulk Specific Gravity)
وزن حجم معینی از مصالح ( شامل حجم جامد دانه ها بعلاوه حجم حفرات مرتبط و غیرمرتبط دانه ها) به وزن آب مقطرهم حجم آن ودر همان درجه حرارت
B: وزن نمونه مصالح سنگی اشباع با سطح خشک
C: وزن نمونه مصالح سنگی در آب
3- درصد جذب آب(Absorption)
مقدار آب جذب شده در سطح حفرات سنگدانه نسبت به وزن خشک نمونه
A: وزن نمونه مصالح سنگی خشک درهوا
B: وزن نمونه مصالح سنگی اشباع با سطح خشک
تخلخل ، نفوذ پذیری و جذب آب دانه ها بر روی چسبندگی بین آنها و خمیره سیمان ، مقاومت بتن در یخ زدن و آب شدن ، پایداری شیمیایی بتن ، مقاومت سایشی و وزن مخصوص تاثیر می گذارد.
میزان جذب آب دانه ها با تعیین اختلاف وزن دانه ها بین دو حالت اشباع با سطح خشک و خشک شده در آون بمدت 24 ساعت بدست می آید.
4– میزان رطوبت
میزان رطوبت به آبی اتلاق می شود که علاوه بر آب لازم در حالت اشباع با سطح خشک ، در دانه ها وجود دارد
بنابراین کل آب موجود در دانه های مرطوب برابر مجموع آب جذب شده و میزان رطوبت آن است.میزان رطوبت خصوصا در سنگدانه های ریز بتن می باید در محاسبات مقدار آب لازم برای مخلوط بتن منظور گردد.
5– انبساط حجمی ماسه ( ری کردن ماسه )
حضور رطوبت سبب انبساط یا افزایش حجم وزن مشخصی از ماسه می شود . این پدیده در اثر ایجاد لایه نازکی از آب روی سطح دانه ها می باشد که باعث دور شدن دانه ها از همدیگر می شود . در پیمانه کردن وزنی مصالح این انبساط حجمی تاثیری ندارد لیکن در صورتی که طرح مخلوط براساس روش حجمی باشد این انبساط سبب می شود که وزن کمتری از ماسه در حجم ثابت پیمانه را پر کند . بنابراین سیستم حجمی در عمل چندان مطلوب نمی باشد.
6– خواص حرارتی سنگدانه ها
سه خاصیت مهم حرارتی سنگدانه ها
الف – ضریب انبساط حرارتی ب- حرارت ویژه ج – ضریب هدایت حرارتی
خاصیت دوم و سوم در بتن های حجیم نسبت به بتن های معمولی از اهمیت بیشتری برخوردارند.
اگر ضریب انبساط حرارتی سنگدانه ها و خمیره سیمان بیش از 6-10×5.5 بر درجه سانتی گراد با یکدیگر متفاوت باشد دوام بتن ساخته شده از آنها در برابر یخ زدن و آب شدن بطور قابل ملاحظه ای تحت تاثیر قرار خواهد گرفت.
مواد مضره سنگدانه ها عموما ناخالصی هایی هستند که ممکن است در فعل و انفعالات و هیدراتاسیون سیمان تاثیر بگذارند و یا به صورت پوششی از ایجاد چسبندگی بین دانه ها و خمیره سیمان جلوگیری نمایند .پاره از این مواد خود بسیار ضعیف بوده و به بتن آسیب می رسانند . این اثرات مضر باید از خرابی ناشی از فعل و انفعالات سنگدانه ها و خمیره سیمان متمایز نمود.
1- ناخالصی های آلی
2-رس وذرات بسیار ریز
3- ناخالصی های نمکی ( آلودگی به املاح)
4- نا سالمی دانه ها به جهت وجود ناخالصی ها ( ذرات ناسالم)
5- تغییرات حجم سنگدانه ها ( سلامت سنگدانه ها)
6- واکنش قلیایی سنگدانه ها
انواع مواد مضره در سنگدانه ها
|
مواد زیان آور |
ویژگیهای تاثیر پذیر بتن و اثر نهایی |
|
ناخالصی آلی |
گیرش سیمان و روند کسب مقاومت ، خرابی احتمالی |
|
مواد ریزتر از 75 میکرون |
چسبندگی ، افزایش مقدار آب لازم، پایایی |
|
زغال سنگ ، لیگنیت و سایر مصالح سبک |
پایایی ، لکه دار شدن و بیرون پریدگی در برخی از قسمت ها |
|
دانه های نرم |
مقاومت ، پایایی |
|
کلوخه های رسی و دانه های سست |
مقاومت ، پایایی ، کارائی ، بیرون پریدگی در برخی از قسمت ها |
|
چرتهائی که براحتی از هم دیگر پاشیده می شوند (چگالی کمتر از 2.35) |
مقاومت ، پایایی، بیرون پریدگی در برخی از قسمت ها |
|
سنگدانه های واکنش زا با قلیایی ها |
انبساط غیرعادی ، ترکهای ریز سطحی ، پایایی، بیرون پریدگی بعضی قسمت ها |
1- ناخالصی های آلی
سنگدانه های طبیعی عموما مقاوم بوده و در مقابل سایش پایدارند . لیکن گاه به علت وجود موادآلی یا اورگانیک که در فعل و انفعالات سیمان تاثیر می گذارند ، نمی توان آنها را در بتن بکار برد . مواد آلی معمولا حاصل پوسیدگی مواد نباتی هستند که در سنگدانه ها و بخصوص در ماسه یافت می شوند و با شستن به آسانی از آن جدا می شوند.
2- رس وذرات بسیار ریز
معمولا بصورت پوششی سطح دانه ها را پوشانده و روی چسبندگی و پیوستگی دانه ها و خمیره سیمان تاثیر عمده ای می گذارد . همچنین لای و گرد حاصل از سنگهای شکسته در سنگ شکن نیز چنین تاثیری می گذارند. این مواد بسیار ریز که سطح جانبی بالایی دارند باعث افزایش آب مخلوط بتن جهت مرطوب شدن همه دانه ها می گردد.
3- ناخالصی های نمکی ( آلودگی به املاح)
معمولا ماسه های که از ساحل دریا یا مصب رودخانه ها جمع آوری می شود ، دارای نمک می باشند که با شستن آن با آب آشامیدنی از دانه ها جدا می شوند.
در کاربرد ماسه های بالای سطح داغ آب رودخانه ها باید توجه خاصی منظور داشت زیرا این ماسه ها دارای مقدار زیادی نمک تا حدود 6 درصد می باشد.
ماسه های دارای نمک باعث زنگ زدگی و خوردگی آرماتور در بتن مسلح می شوند.
وجود نمک در دانه های سنگی جذب آب این نمک ها از هوا و ایجاد شوره است که معمولا بصورت ذرات سفید رنگی در سطح بتن نمایان می گردد.
4- نا سالمی دانه ها به جهت وجود ناخالصی ها ( ذرات ناسالم)
دو نوع کلی از ذرات ناسالم وجود دارند : آنهائی که نمی توانند یکپارچگی خود را حفظ نمایند و آنهائی که در هنگام یخ زدن و یا حتی در معرض آب قرار گرفتن انبساط مخرب ایجاد می کنند.
شیل و سنگدانه های رسی و سایر دانه ای دیگر با وزن مخصوص کم و همچنین ذرات سست مانند کلوخ های رسی ، چوب و ذغال به عنوان سنگهای ناسالم بحساب می آیند . همچنین مواد نرم نظیر کلوخه های رس و چوب و زغال سنگ سبب ایجاد لکه و پوسته شدن بتن می گردند . مقدار زیادی از این دانه ها حدود 2 تا 5 درصد وزنی سنگدانه ها در بتن اثر معکوسی بر مقاومت بتن ایجاد نموده و نبایستی در بتن هایی که در معرض فرسایش قرار میگیرند، بکار روند.
استاندارد ASTM C123 روش تعیین مواد سبک و ذغال در سنگدانه ها را بیان می کند.
ذغال علاوه براینکه سست و کم قدرت است می تواند باعث تورم و سبب گسیخته شدن بتن گردد.و اگر چنانچه مقادیر زیادی از آن بصورت پودر نرم موجود باشد می تواند در فرآیند سخت شدن خمیر سیمان اختلال ایجاد نماید.
وجود میکا در سنگدانه ها نا مطلوب است زیرا میکا در حضور عوامل شیمیایی فعالی که در جریان هیدراتاسیون سیمان تولید می شود به شکلهای دیگری تغییر می یابد.وجود میکا بر مقدار آب لازم بتن و بنابراین بر مقاومت آن اثر نامطلوب خواهد داشت.
میکا و سنگ گچ و سایر سولفاتها و نیزبعضی از سولفورها مانند پریت در سنگدانه ها مضر و از مصرف آنها خودداری کرد. این سولفید ها با آب و اکسیژن هوا واکنش داده و بخصوص در شرایط مرطوب و گرم سطح بتن را لکه دار و ممکن است باعث از هم پاشی خمیره سیمان و قلوه کن شدن سطح بتن گردد.
وجود اکسید های همچون سرب به مقدار خیلی زیاد ی گیرش بتن را بتاخیر می اندازد و مقاومت اولیه بتن را کاهش می دهد.
5– تغییرات حجم سنگدانه ها( سلامت سنگدانه ها)
علل فیزیکی ایجاد تغییرات حجم در سنگدانه ها معمولا شامل یخ زدن و آب شدن ، تغییرات حرارت در دماهای بالای درجه یخبندان و تر و خشک شدن های متوالی آنها است. درسنگدانه های ناسالم تغییرات شرایط فیزیکی سبب فساد بتن می گردد که به شکلهای خرابی موضعی و بیرو ن پریدگی ظاهر می گردد. در پاره ای موارد ترکهای سطحی نیز ظاهر می شود.
سنگهای ناسالم از جمله فلینت های متخلخل و چرت ها ، بخصوص نوع سبک آنها با بافت متخلخل و بعضی از شیل ها و ذرات دارای کانیهای رس سبب خرابیهای فوق می شوند.
جهت تشخیص میزان تاثیر گذاری این سنگدانه ها در بتن دو آزمایش افت وزنی در مقابل سولفاتها ( ساندنس) و افت وزنی در برابر سرما و گرما ( یخبندان ) قابل انجام می باشد.ASTM C88 & C682
– واکنشهای بین اجزاء سیلیسی فعال سنگدانه ها و قلیایی های موجود در سیمان
سنگدانه هایی که در بتن پایداری شیمیائی دارند ، واکنش شیمیائی زیان آوری با سیمان نخواهند داشت . با این حال دانه هایی که دارای برخی مواد معدنی باشند با قلیائی های سیمان (k2o و Na2o ) واکنش نشان می دهند ، به ویژه زمانی که بتن در معرض گرما و رطوبت باشد . این گونه واکنشهای قلیائی سنگدانه ها می تواند موجب انبساط غیر عادی و ترک خوردگی در بتن شود .
بطور کلی می توان گفت مهمترین ضابطه لازم برای سنگدانه های بتن به پایائی و خنثی بودن شیمیایی آنها در شرایط حاکم بر آنها مربوط می شود .
خسارت ناشی از واکنش قلیائی سنگدانه ها پس از گذشت زمان طولانی بیش از 5 سال بوقوع می پیوندد و لذا یک عامل نگرانی و عدم اطمینان می باشد.
عواملی که باعث پیشرفت واکنش سنگدانه ها با قلیایی سیمان می شوند
1- تخلخل سنگدانه ها
2- مقدار قلیایی های سیمان(k2o و Na2o )
3- وجود آب و نفوذپذیری بتن
اساسا” واکنش در قسمتی از بتن که دائما مرطوب است یا قسمتهائی که در معرض تناوبهای تر و خشک شدن قرار دارند و در محدوده دمای بین 10 تا 38 درجه سانتی گراد انجام می شود.
راههای پیشگیری از واکنش قلیائی سنگدانه ها:
چنانچه مصالح سنگی مستعد واکنش با قلیایی های سیمان باشد باید از مصرف چنین سنگدانه هایی در بتن خوداری گردد. چنانچه این امر میسر نباشد موارد زیر تاحدودی می تواند موثر باشد.
1– استفاده از سیمان با درصد قلیایی کمتر از 6/0 %
2- جایگزین کردن حداقل 15 % وزنی سیمان با پوزلان
3- جایگزین کردن بخشی از سنگدانه ها با سنگدانه های غیر فعال30%
4- تامین شرایط محیطی نسبتا خشک برای بتن
5- استفاده از مواد حباب هوازا
6-کم کردن نفوذپذیری بتن
روشهای شناخت مصالح سنگی واکنش زا
جهت تشخیص مستعد بودن واکنش قلیائی مصالح سنگی مصرفی در بتن آزمایش واکنش قلیائی به روشهای
1- شیمیائی مطابق با استاندارد ASTM C289
2- انبساط طولی نمونه منشوری ملات ASTM C227
3- روشهای تسریع شده ASTM C1260
4-آزمایش پتروگرافی ASTM C295
1- نمونه برداری از منابع و معادن
2- نمونه برداری حین تولید
3- نمونه برداری بعد از تولید
نمونه برداری مصالح سنگی (شن و ماسه) طبق آئین نامه بتن ایران (آبا)
علاوه بر آزمایشهای انجام شده روی منابع و معادن شن و ماسه ، درحین کار باید بشرح زیر نمونه برداری شود :
الف – برای هر 50 متر مکعب شن و ماسه مصرفی لااقل یکبار آزمایش دانه بندی ، ارزش ماسه ای ، تعیین در صد دانه های سوزنی و پولکی و در صد شکستگی انجام شود .
ب – در صورتی که شن وماسه منحصرا در یک پی ، دیوار ، دال و غیره بکار رود و حجم مصالح کمتر از 50 متر مکعب باشد یکبار آزمایشهای ردیف الف انجام شود .