نگاهی به شن و ماسه سنگ دانه‌های مصرفی در بتن – نحوه انجام آزمایش دانه بندی

سنگ‌دانه‌ها به عنوان یکی از اصلی‌ترین مواد تشکیل‌دهنده بتن، نقش بسیار مهمی در ویژگی‌های فنی و مکانیکی آن ایفا می‌کنند. این مصالح به طور معمول در دو دسته‌ی اصلی شن و ماسه طبقه‌بندی می‌شوند. شن به سنگ‌دانه‌های درشت و ماسه به سنگ‌دانه‌های ریز اطلاق می‌شود. برخلاف آنچه که ممکن است به نظر برسد، سنگ‌دانه‌ها هرچند به عنوان مواد بی‌اثر شیمیایی در نظر گرفته می‌شوند، اما بخش عمده‌ای از حجم بتن (تا 85 درصد در برخی موارد) را تشکیل می‌دهند و به همین دلیل تاثیر زیادی بر خواص فیزیکی و مکانیکی بتن دارند.

تأثیر ویژگی‌های سنگ‌دانه‌ها بر بتن

ویژگی‌های سنگ‌دانه‌ها تاثیر قابل توجهی بر کیفیت بتن دارند. به عنوان مثال، دانه‌های تیز گوشه نیاز به آب بیشتری برای دستیابی به کارایی مشابه دانه‌های گرد دارند. علاوه بر این، دانه‌های تیز گوشه همچنین به مقدار بیشتری سیمان نیاز دارند تا پیوستگی و انسجام لازم را در مخلوط بتن ایجاد کنند. بنابراین انتخاب نوع و اندازه دانه‌ها در طرح اختلاط بتن اهمیت ویژه‌ای دارد.

مرز بین شن و ماسه در بتن

طبق استانداردهای معمول، مرز بین شن و ماسه از طریق اندازه‌گیری ابعاد دانه‌ها تعریف می‌شود. در بسیاری از آیین‌نامه‌ها، الک شماره ۴ که دارای شبکه‌ای با ابعاد ۷۶/۴ میلیمتر است، مرز بین شن و ماسه معرفی شده است. بنابراین، دانه‌هایی که از این الک عبور می‌کنند، ماسه و آن‌هایی که از این الک عبور نمی‌کنند، شن نامیده می‌شوند.

جدول دانه بندی و شاخص منحنی شن و ماسه

در کل دانه‌بندی یعنی نحوه توزیع دانه‌ها از نظر اندازه که با شاخص منحنی دانه‌بندی و ویژگی‌های آن تعریف می‌شود. برای تنظیم منحنی دانه بندی ابتدا شن و ماسه را از الک استاندار عبور می‌دهند. تعداد الک های استاندارد که معمولا به کار می رود ۹ عدد است، که ۵ الک برای ماسه و یک الک مرز شن و ماسه و ۳ الک در شن استفاده می‌شود. در زیر جدول الک‌ها مورد استفاده را مشاهده می‌کنید.

محدوده الک	نام الک	اندازه الک
شن	الک 1	1/38 میلیمتر
	الک	06/19 میلیمتر
	الک	5/9 میلیمتر
مرز بین شن و ماسه	الک نمره 4	76/4 میلیمتر
ماسه	الک نمره 8	36/2 میلیمتر
	الک نمره 16	18/1 میلیمتر
	الک نمره 30	6/0 میلیمتر
	الک نمره 50	3/0 میلیمتر
	الک نمره 100	15/0 میلیمتر

منحنی دانه‌بندی شن و ماسه در بتن

برای رسم منحنی دانه‌بندی ابتدا دانه‌ها را وزن کرده سپس از الک ها عبور می‌دهند سپس وزن دانه‌های روی هر الک را اندازه گرفته و درصد آنها را نسبت به وزن کل نمونه محاسبه می‌کنند. حال مجموع درصدهای مانده روی الک مورد نظر و الک‌های بالاتر را از ۱۰۰ کم نموده تا درصد رد شده از الک مورد نظر به دست آید. سپس منحنی دانه‌بندی را براساس درصد رد شده از هر الک رسم می‌کنیم. منحنی دانه‌بندی به دو صورت دانه‌بندی پیوسته و گسسته ترسیم می‌شود، منحنی دانه‌بندی در صورتی که در تمام ابعاد استاندارد دارای دانه باشد و ابعاد این دانه‌بندی به میزان چشم گیری بیشتر یا کمتر نباشد می‌تواند دانه بندی پیوسته محسوب شود.

معمولا در ساخت بتن ما تمایل به استفاده از دانه بندی پیوسته داریم و علت این امر به حداقل رسیدن فضای خالی بین دانه و ایجاد یک بتن با دانه‌های به هم پیوسته و توپر است، که عملا ساختار یک دست و مقاوم‌تری می‌تواند داشته باشد. از سوی دیگر ریزدانه‌های ماسه که از الک نمره ۵۰ رد می‌شوند و یا از الک نمره ۱۰۰ رد می‌شوند باعث روان تر شدن و خمیرتر شدن بتن خواهند شد و لذا استفاده از دانه‌های بسیار ریز ماسه سبب می‌شود که با استفاده از آب کمتر بتوان مخلوط روان‌تر و کاراتری به دست آورد. اما از طرفی با مصرف دانه‌های ریزتر مصرف خمیر سیمان لازم، جهت اندود سطح ظاهری دانه‌های ریز بالا می‌رود. معمولا مقدار دانه‌های ماسه ریزتر از الک ۵۰  بین ۱۰  تا ۳۰ در صد کل حجم ماسه در نظر گرفته می‌شود.

ویژگی‌های مطلوب مصالح سنگی

برای استفاده از مصالح سنگی در بتن، ویژگی‌های خاصی باید رعایت شوند که از جمله آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

1. تمیزی دانه‌ها: دانه‌های مصرفی در بتن باید کاملاً تمیز و عاری از گل و لای باشند. معمولاً برای دانه‌های شن، مقدار مجاز گل و لای ۱ درصد و برای دانه‌های ماسه، حداکثر ۳ درصد است.
2. مقاومت در برابر سایش: دانه‌ها باید مقاومت خوبی در برابر سایش داشته باشند تا در هنگام اختلاط و در طول زمان، بتن دچار مشکلاتی چون تضعیف یا آسیب نشود.
3. مقاومت در برابر تنش‌ها: دانه‌ها باید توانایی تحمل تنش‌های مختلف را داشته باشند تا بتوانند بارهای وارد بر بتن را به‌طور مؤثر تحمل کنند.
4. مقاومت در برابر یخبندان: دانه‌ها باید از مقاومت کافی در برابر یخبندان برخوردار باشند. هرچه تخلخل دانه‌ها بیشتر باشد، مقاومت آن‌ها در برابر یخبندان کمتر است.
5. مقاومت در برابر هوازدگی: دانه‌ها باید نسبت به هوازدگی مقاوم باشند. این ویژگی به‌ویژه در مناطقی که تغییرات دما و رطوبت زیاد است، اهمیت پیدا می‌کند.

نسبت شن و ماسه در بتن

نسبت شن و ماسه در بتن از جمله عوامل مهمی است که تأثیر زیادی بر عملکرد و کیفیت بتن دارد. این نسبت معمولاً بسته به نوع پروژه و نیازهای خاص آن تعیین می‌شود. به طور معمول، وزن هر مترمکعب بتن حدود 2400 کیلوگرم است که 1800 کیلوگرم آن از شن و ماسه تشکیل شده است. بنابراین، نسبت شن و ماسه در بتن حدود ۶۵ تا ۳۵ درصد است. این نسبت در پروژه‌های مختلف ممکن است تغییر کند و به آزمایشات و مطالعات کارگاهی بستگی داشته باشد.

چگونگی محاسبه نسبت شن و ماسه در بتن

در محاسبه نسبت شن و ماسه در بتن، باید به اندازه دانه‌ها نیز توجه ویژه‌ای داشت. دانه‌های ماسه معمولاً از دانه‌های شن کوچکتر هستند و به سه دسته نرمه (کمتر از ۰.۵ میلی‌متر)، متوسط (۰.۵ تا ۲ میلی‌متر) و درشت (۲ تا ۵ میلی‌متر) تقسیم می‌شوند. همچنین، شن‌ها که دانه‌هایی با اندازه بین ۵ تا ۶۰ میلی‌متر دارند، به سه دسته نخودی (۵ تا ۱۲ میلی‌متر)، بادامی (۱۲ تا ۲۵ میلی‌متر) و درشت (۲۵ تا ۶۰ میلی‌متر) تقسیم‌بندی می‌شوند.

تاثیر تغییرات در مصالح بر کیفیت بتن

هر تغییر در مصالح سنگی می‌تواند بر کیفیت و عملکرد بتن تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، افزایش نسبت شن به ماسه می‌تواند منجر به کاهش کارایی بتن شود. از طرف دیگر، برای پروژه‌های بتن با رده مقاومت بالاتر (C20 و بالاتر)، نسبت‌های اختلاط دقیق‌تر و آزمایشات کارگاهی بیشتری نیاز است تا دوام بتن در شرایط محیطی خاص تضمین شود.