اثر رطوبت سنگدانه‌ها در وزن آب مخلوط

معمولاً در هنگام طرح مخلوط بتن، شرايط رطوبت سنگدانه‌‌ها به صورت اشباع  با سطح  خشك  [1](SSD) در نظر گرفته مي‌شوند و آب به صورت آب موثر  يا آب آزاد در محاسبات منظور مي‌گردد. بنابراين در كارگاه، ابتدا بايد وضعيت سنگدانه‌‌ها از نظر مقدار رطوبت مشخص گردد. به طور كلي شرايط رطوبت سنگدانه‌ها به دو حالت زير مي‌باشد :

• مقدار رطوبت موجود سنگدانه كمتر از مقدار SSD است. در اين صورت بايد به مقدار تفاوت رطوبت   SSD سنگدانه از رطوبت موجود آن، به مقدار آب آزاد مخلوط اضافه شود و همين مقدار از وزن سنگدانه كسر گردد. بايد توجه نمود كه مقدار رطوبت مورد نياز براي رسيدن به  SSD(جذب آب سنگدانه) قبلاً توسط  آزمايشگاه بايد اعلام شده باشد.

• مقدار رطوبت موجود سنگدانه بيشتر از مقدار SSD  است. در اين حالت بايد به مقدار تفاوت رطوبت SSD سنگدانه از رطوبت موجود آن، از مقدار آب آزاد مخلوط كسر گردد و همين مقدار به وزن سنگدانه اضافه گردد.

با در نظر گرفتن مطالب فوق، مي‌توان براي تعيين مقدار اصلاح آب آزاد مخلوط بتن و سنگدانه، از روابط زير استفاده نمود :

                 (وزن سنگدانه‌ها در حالت موجود – وزن سنگدانه‌ها در حالت  SSD) + آب آزاد = آب مصرفي

              (درصد تغييرات رطوبت + 1) × وزن سنگدانه در حالت   SSD = وزن سنگدانه در حالت موجود

در رابطه فوق بايد دقت نمود در صورتي كه سنگدانه‌هاي موجود داراي رطوبت كمتري نسبت به حالت SSD باشند، درصد  تغييرات رطوبت عددي منفي و در غير اين صورت مثبت مي‌باشد.

در موارد عدم دسترسي به تجهيزات لازم، و يا امكان كنترل رطوبت واقعي در كارگاه، مي توان با استفاده از جدول 1 به عنوان يك راهنماي تقريبي نسبت به اصلاح مقدار آب و سنگدانه استفاده نمود.

جدول 1 : تغييرات در وزن مصالح و آب با توجه به تغييرات در رطوبت سنگدانه‌ها نسبت به حالت اشباع با سطح خشك

تغييرات وزن سنگدانه (درصد)	تغييرات آب (درصد)	تغييرات رطوبتي مصالح نسبت به وضعيت SSD	نوع مصالح
(4-2)+	(20-10)-	خيس (سطح سنگدانه‌ها كاملاً خيس بوده و بين ذرات نيز آب وجود دارد)	ماسه
(5/2-0) +	(11-0) –	مرطوب (سطح نمونه‌ها مرطوب است، اما از سطح آنها آب چكه نمي‌كند)
–	–	اشباع با سطح خشك (مغز دانه‌ها از آب اشباع است ولي سطح آنها خشك است)
(5/2-0) –	(13-0)+	خشك شده در محيط (داخل دانه‌ها كمي آب وجود دارد، ولي در هوا خشك شده‌اند)
(5-2) –	(20-13)+	خشك آوني (دانه‌ها كاملاً خشك بوده و هيچگونه رطوبتي ندارند)
(5-2) +	(10-5) –	خيس (سطح سنگدانه‌ها كاملاً خيس بوده و بين ذرات نيز آب وجود دارد)	شن
(5/2-0) +	(6-0) –	مرطوب (سطح نمونه‌ها مرطوب است، اما از سطح آنها آب چكه نمي‌كند)
–	–	اشباع با سطح خشك (مغز دانه‌ها از آب اشباع است، ولي سطح آنها خشك است)
(2-0) –	(6-0) +	خشك شده در محيط (داخل دانه‌ها كمي آب وجود دارد ولي در هوا خشك شده‌اند)
(3-2) –	(10-5) +	خشك آوني (دانه‌ها كاملاً خشك بوده و هيچگونه رطوبتي ندارند)

علامت – به معني كاهش وزن آب يا سنگدانه است.

علامت + به معني افزايش وزن آب يا سنگدانه است.

* در انتخاب حد بالايي و يا پاييني محدوده‌هاي پيشنهادي، ميزان درصد جذب آب سنگدانه‌ها موثر مي‌باشد، بگونه‌اي كه هر چه جذب آب كمتر باشد، از اعداد كوچكتر ارائه شده در هر محدوده استفاده مي‌شود و بالعكس.

در كارگاه، براي آنكه مشخص شود كه آيا رطوبت سنگدانه كمتر يا بيشتر از SSD است مي‌توان با آزمايش ساده زير وضعيت رطوبتي سنگدانه را تخمين زد.

مقداري از ماسه را برداشته و در مشت فشرده كنيد. حال اگر ماسه از هم جدا شود و به دست نچسبد و به شكل گلوله نيز درنيايد، نشان مي‌دهد رطوبت موجود كمتر از ظرفيت جذب آب بوده و احتمالاً رطوبت نسبي كم، و حدوداً  2-1  درصد است. در صورتيكه ماسه پس از فشردن در مشت از هم جدا نشود و خيلي كم به دست بچسبد رطوبت  آن در حدود ظرفيت جذب آب بوده و بين  4-2  درصد تخمين زده مي‌شود. اگر ماسه حالت برق زدن و درخشش داشته و دست را خيس كند رطوبت آن زياد بوده و مي‌تواند بيش از 4 درصد باشد.

اثر رطوبت سنگدانه در حجم آن

معمولاً با تغيير رطوبت سنگدانه، حجم آن نيز تغيير مي‌كند. هر چه اندازه سنگدانه ريزتر باشد اين پديده شديدتر مي‌باشد. به عبارت ديگر تغيير رطوبت ماسه اثر قابل توجه‌اي روي حجم آن خواهد گذاشت. براي مثال مقدار رطوبت 2 تا 5 درصد مي‌تواند حجم ماسه را بين 10 تا 20 درصد افزايش دهد. چنانچه ماسه ريزتر باشد، افزايش حجم تا 30 درصد نيز ممكن است، مشاهده گردد.

براي مشخص نمودن ميزان افزايش حجم يك ماسه مي‌توان از آزمايش ساده ا‌ي در محل استفاده نمود.

در اين آزمايش يك لوله آزمايش مدرج شيشه‌اي به ظرفيت حدود 500 الي 1000  ميلي ليتر انتخاب مي‌شود. سپس ماسه خشك آوني به داخل آن ريخته شده و سطح نهايي ماسه تعيين و ارتفاع ماسه از كف لوله اندازه‌گيري مي‌شود كه بهتر است از دو سوم ارتفاع نهايي درجه بندي شده تجاوز نكند. سپس ماسه خشك را تخليه نموده و يك درصد وزني رطوبت به آن افزوده و خوب مخلوط مي‌كنيم، اين ماسه را مجدداً در لوله مدرج فوق‌الذكر ريخته و ارتفاع مربوط را ثبت مي‌نمائيم (bi) . اين عمل را براي درصد رطوبت‌هاي مختلف انجام مي‌دهيم و مي‌توانيم رابطه رطوبت و افزايش حجم را براي ماسه‌هاي مورد نظر بدست آوريم.

a : ارتفاع اوليه

b_i : ارتفاع در رطوبت i

چنانچه وضعيت رطوبت ماسه در كارگاه در طول انجام پروژه تغيير مي‌كند، بايد با استفاده از آزمايش فوق، رابطه بين تغييرات رطوبت ماسه و افزايش حجم آن رسم گردد. براي مثال به شكل شماره 2 توجه گردد.

شكل 2- اثر رطوبت ماسه بر حجم  آن (به عنوان مثال)

دستورالعمل براي پيمانه كردن حجمي مصالح

براي پيمانه كردن مصالح بر حسب حجم بايد مراحل زير اجرا گردد :

1.     به منظور اصلاح مقدار سنگدانه‌ها  و همچنين آب مصرفي بر اساس تغييرات رطوبت سنگدانه‌ها نسبت به فرضيات طراحي (حالت SSD و يا حالت خشك)، بايد مقدار رطوبت آنها حداقل يك بار در روز و قبل از شروع به ساخت بتن و يا در صورت تغييرات قابل توجه در طي مدت ساخت بتن  (مانند ريزش باران، برف و …) تعيين شود. چنانچه امكان آزمايش تعيين مقدار رطوبت در كارگاه موجود نمي‌باشد، مي‌توان از توضيحات ارائه شده در بند “  اثر رطوبت سنگدانه‌ها در وزن آب مخلوط “  استفاده نمود.

در ابتدا بايد وزن مخصوص انبوهي (وزن حجمي) اجزاء محاسبه گردد. بنابراين با استفاده از رابطه زير، وزن مخصوص انبوهي محاسبه مي‌شود :

كه در آن :

 D = وزن حجمي انبوهي

A= وزن ظرف پيمانه

B = وزن مصالح و پيمانه

V = حجم پيمانه

منظور از پيمانه همان ظرفي است كه در بند “ تجهيزات مورد نياز“  شرح داده شده است. از آنجايي كه وزن حجمي مصالح با تغيير در ابعاد و شكل پيمانه تغيير مي كند، بايد در تمام طول انجام پروژه  (ساخت بتن)، از يك پيمانه معين استفاده نمود.

بايد وزن حجمي هر يك از مصالح ، حداقل 2 بار براي هر پروژه اندازه‌گيري گردد. چنانچه تغييرات محسوسي در رطوبت سنگدانه‌ها مشاهده شود و يا در نوع مصالح حاصل گردد، اندازه‌گيري وزن حجمي بايد انجام و اصلاحات لازم اعمال گردد.

3.     ر اين مرحله بايد حجم مصالح براي ساخت يك متر مكعب بتن بدست آيد. براي اين منظور با استفاده  از رابطه زير حجم هر يك از مصالح  (شن، ماسه و سيمان) محاسبه مي‌گردد :

كه در آن :

 V = حجم هر يك از مصالح در حالت موجود

W = وزن اصلاح شده مصالح (طبق بند 2)

D = وزن حجمي مصالح (طبق بند 2)

در صورتي كه تعيين وزن حجمي مصالح در كارگاه، امكان نداشته باشد، بايد اثر رطوبت ماسه در حجم آن طبق بند “ اثر رطوبت سنگدانه در حجم آن “ تعيين گردد.

با استفاده از منحني رابطه تغييرات رطوبت در برابر حجم، مي‌توان مقدار حجم ماسه را در  رطوبت‌هاي مختلف تخمين زد. در مورد ديگر مصالح (شن و سيمان) حجم آنها بدون تغيير فرض ميِ‌شود.

4.     پس از تعيين حجم هر يك از مصالح طبق بند 3، بر اساس حجم مفيد مخلوط‌كن، بايد حجم مخلوط بتن و سپس تعداد پيمانه مورد نياز، براي هر يك از مصالح تعيين گردد.

مثال‌ :

  مطلوبست با فرض داشتن طرح اختلاط (بر اساس وزن مصالح در حالت  SSD)، محاسبه حجم مصالح در يك متر مكعب بتن با مشخصات زير :

مشخصات طرح اختلاط (براي يك  متر مكعب)

سيمان (kg/m3)	شن در حالت SSD (kg/m3)	ماسه در حالت SSD (kg/m3)	آب (kg/m3)
350	924	900	175

مشخصات مصالح

مشخصات	شن در حالت SSD (kg/m3)	ماسه در حالت SSD (kg/m3)	آب (kg/m3)
ظرفيت جذب آب (%) رطوبت موجود در كارگاه (%) وزن مخصوص انبوهي مصالح در حالت  SSD (Lit/m3)	5/2 5/1 62/1	2/4 7/2 67/1	– – 22/1

راه حل :

ابتدا با توجه به اينكه رطوبت  مصالح سنگي در كارگاه كمتر از ظرفيت جذب آب حالت  SSD   مي‌باشد (بر اساس داده‌هاي مسأله) وزن مصالح بر اساس حالت موجود اصلاح مي‌گردد :

    ×900 = وزن ماسه در حالت موجود

   ×924   = وزن ماسه در حالت موجود

 197.7 kg/m3= (914.8–924) + ( 886.5–900 )+ 175= آب مصرفي

به منظور تبديل وزن مصالح به حجم، در ساخت يك  متر مكعب بتن، بايد وزن مخصوص انبوهي شن و ماسه در وضعیت رطوبت موجود مجدداُ  محاسبه شود و يا با توجه به روابط بدست آمده اصلاح گردد.

جهت سهولت و با در نظر گرفتن تغييرات بسيار جزئي در وزن مخصوص انبوهي شن (بر اساس تغييرات رطوبت) تنها وزن مخصوص انبوهي ماسه مجدداً محاسبه مي‌گردد. با فرض وزن مخصوص انبوهي ماسه در رطوبت موجود در كارگاه برابر با 71/1، ادامه مسأله به شكل زير قابل حل مي‌‌باشد :

= حجم سيمان  ليتر

= حجم شن  ليتر

= حجم ماسه  ليتر

= حجم آب  ليتر

مراحل فوق به صورت خلاصه و گام به گام در جدول 2 زیر ارائه شده است.

همچنین یک نمونه جدول خام تعیین نسبت‌های مخلوط نیز در جدول 3 آورده شده است.

جدول 2- تعيين نسبت‌هاي مخلوط (یک نمونه مثال حل شده)

مشخصات کلی پروژه
نام پروژه : مثال				روش ساخت بتن : روش حجمی / روش وزنی
مقاومت مشخصه بتن :				اسلامپ بتن مورد نیاز :
حجم اسمی مخلوط کن :				حجم مفید مخلوط کن :
داده‌های اجزاء بتن
گام	ویژگی	شن درشت			شن ریز	ماسه	سیمان		آب	مواد افزودنی
–	ظرفیت جذب آب (٪)	5/2			–	2/4
1	رطوبت موجود کارگاهی (٪)	5/1			–	7/2
2	وزن مخصوص انبوهی SSD ( Lit/m3)	62/1			–	67/1				–
2	وزن مخصوص انبوهی خشک ( Lit/m3)	–			–	–	22/1		1
–	دما (C º)
مقادیر وزنی اجزاء بتن برای یک متر مکعب
گام	مقادیر وزنی	شن درشت			شن ریز	ماسه	سیمان		آب	مواد افزودنی
–	وزن در حالت SSD (Kg/m3)	924			–	900	350		آزاد: 175	–
–	وزن در حالت خشک (Kg/m3)	–			–	–			کل: –
3	وزن در حالت موجود در کارگاه (Kg/m3)	915			–	887			مصرفی: 198
مقادیر حجمی اجزاء بتن برای یک متر مکعب
گام	مقادیر حجمی	شن درشت			شن ریز	ماسه	سیمان		آب	مواد افزودنی
4	حجم در حالت SSD (Lit)						287		آزاد:	–
4	حجم در حالت خشک (Lit)								کل:
5	حجم در حالت موجود در کارگاه (Lit)	565			–	519			مصرفی: 198
تعداد پیمانه اجزاء بتن برای حجم مورد نیاز (حجم مفید مخلوط‌کن)
گام	تعداد پیمانه	شن درشت			شن ریز	ماسه	سیمان		آب	مواد افزودنی
6	تعداد پیمانه در حالت موجود در کارگاه
مشخصات بتن تازه (ساخته شده)
مقدار اسلامپ (پس از…..دقیقه) :			مشاهدات ظاهری : (جداشدگی / آب انداختگی / بافت دانه بندی بتن )
نوع اسلامپ : (ریزشی/برشی/معمولی)			وزن مخصوص بتن :					دما :

جدول 3 –  تعيين نسبت‌هاي مخلوط

مشخصات کلی پروژه
نام پروژه : مثال				روش ساخت بتن : روش حجمی / روش وزنی
مقاومت مشخصه بتن :				اسلامپ بتن مورد نیاز :
حجم اسمی مخلوط کن :				حجم مفید مخلوط کن :
داده‌های اجزاء بتن
گام	ویژگی	شن درشت			شن ریز	ماسه	سیمان		آب	مواد افزودنی
–	ظرفیت جذب آب (٪)
1	رطوبت موجود کارگاهی (٪)
2	وزن مخصوص انبوهی SSD ( Lit/m3)
2	وزن مخصوص انبوهی خشک ( Lit/m3)
–	دما (C º)
مقادیر وزنی اجزاء بتن برای یک متر مکعب
گام	مقادیر وزنی	شن درشت			شن ریز	ماسه	سیمان		آب	مواد افزودنی
–	وزن در حالت SSD (Kg/m3)								آزاد:
–	وزن در حالت خشک (Kg/m3)								کل:
3	وزن در حالت موجود در کارگاه (Kg/m3)								مصرفی:
مقادیر حجمی اجزاء بتن برای یک متر مکعب
گام	مقادیر حجمی	شن درشت			شن ریز	ماسه	سیمان		آب	مواد افزودنی
4	حجم در حالت SSD (Lit)								آزاد:
4	حجم در حالت خشک (Lit)								کل:
5	حجم در حالت موجود در کارگاه (Lit)								مصرفی:
تعداد پیمانه اجزاء بتن برای حجم مورد نیاز (حجم مفید مخلوط‌کن)
گام	تعداد پیمانه	شن درشت			شن ریز	ماسه	سیمان		آب	مواد افزودنی
6	تعداد پیمانه در حالت موجود در کارگاه
مشخصات بتن تازه (ساخته شده)
مقدار اسلامپ (پس از…..دقیقه) :			مشاهدات ظاهری : (جداشدگی / آب انداختگی / بافت دانه بندی بتن )
نوع اسلامپ : (ریزشی/برشی/معمولی)			وزن مخصوص بتن :					دما :

 

---