نقش سنگدانه در خواص بتن

 

 

نقش سنگدانه در خواص بتن

جستجوی کلمه نقش سنگدانه در خواص بتن در سایت کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران با کد 6141

سنگدانه را نمي توان يك پركننده در بتن دانست بلكه استخوان بندي اصلي را تشكيل مي دهد و در بتن تازه و سخت شده نقش هاي مهمي را ايفا مي نمايد. بتن سخت شده بايد مرحله گذار از بتن تازه را طي نمايد و از اين شرايط تأثير مي پذيرد.

• نقش سنگدانه در خواص بتن تازه

بافت سطحي، شكل، حداكثر اندازه و بافت دانه بندي سنگدانه ها نقش جدي را در خواص بتن تازه از جمله كارآيي (رواني)، جداشدگي، آب انداختن و جمع شدگي خميري ايفا مي كند.

بافت سطحي ريزتر باعث كاهش كارآيي، كاهش جداشدگي و آب انداختن و جمع شدگي مي گردد.

شكل هاي حجيم و تيزگوشه باعث كاهش كارآيي، كاهش جداشدگي و آب انداختن و جمع شدگي مي گردد.

شكل هاي غير حجيم (پولكي كشيده و سوزني) بر كارآيي اثر بسيار بدي دارد.

حداكثر اندازه كوچكتر باعث كاهش رواني، افزايش تراكم پذيري، كاهش جداشدگي و آب انداختن و جمع شدگي خميري مي شود.

تاثير حداكثر اندازه سنگدانه بر ميزان آب آزاد مخلوط بتن

بافت دانه بندي ريزتر باعث كاهش رواني، افزايش تراكم پذيري، كاهش جداشدگي و آب انداختن و  جمع شدگي خميري مي شود.

وجود مواد ريزدانه همچون پودرسنگ، لاي و رس باعث كاهش رواني، افزايش كارآيي، كاهش جداشدگي و آب انداختن مي شود اما ممكن است جمع شدگي خميري را بيشتر نمايد.

• نقش سنگدانه در خواص بتن سخت شده

بافت سطحي، شكل، حداكثر اندازه، بافت دانه بندي، كيفيت مكانيكي به ويژه مدول ارتجاعي و عوامل زيان آور سنگدانه ها در بتن سخت شده تأثير گذار است.

– بافت سطحي

هر چه سطح سنگدانه ريزتر باشدافزايش مقاومت فشاري، كششي و مدول ارتجاعي را به دنبال دارد و نفوذپذيري بتن كمتر مي شود و دوام آن بيشتر مي گردد.

– شكل

در سنگدانه هاي درشت (شن)، تيزگوشگي در حدود 10 درصد بر مقاومت فشاري و تا حدود 25 درصد بر مقاومت كششي اثر مي گذارد. شكل سنگدانه هاي ريز (ماسه) عملاً بر مقاومت فشاري و كششي تأثير  چنداني ندارد. در همه حالات شكل پولكي و كشيده و سوزني بر مقاومت و دوام تأثير بدي دارد.

– حداكثر اندازه سنگدانه ها

هر چه حداكثر اندازه سنگدانه كوچكتر باشد مقاومت كششي آن بيشتر مي شود؛ اما تأثير آن بر مقاومت فشاري پيچيده است و عملاً به عيار سيمان بستگي دارد.

امروزه بتن هاي پرمقاومت كه داراي عيار سيمان بالايي هستند با حداكثر اندازه هاي كوچك (كمتر از 20    ميلي متر) ساخته مي شوند. در حالي كه بتن هايي با عيار كمتر از 200 كيلوگرم سيمان در متر مكعب عملاً حداكثر     اندازه هاي بالاتر از 75 ميلي متر مقاومت بيشتري را به نمايش مي گذارند.

براي افزايش دوام نيز امروزه سعي مي كنند از حداكثر اندازه كمتر از 25 ميلي متر بهره بگيرند.

– بافت دانه بندي سنگدانه ها

با ريزتر كردن بافت دانه بندي سنگدانه ها الزاماً كاهش مقاومت حاصل نمي شود. امروزه بتن هاي پر مقاومت داراي بافت ريزي هستند.

بسياري از بتن هاي با دوام را با دانه بندي ريز مي سازند؛ هر چند برخي بتن هاي پر دوام بافت درشت و كم  ماسه اي نيز دارند. بافت ريزتر نفوذپذيري را كم مي كند.

– كيفيت مكانيكي و مدول ارتجاعي سنگدانه

بالا رفتن كيفيت مكانيكي مدول ارتجاعي سنگدانه ها عملاً به افزايش كيفيت مكانيكي و ارتجاعي بتن منجر   مي شود اما در بتن هاي معمولي كه خمير سيمان چندان مقاومي ندارد و مدول ارتجاعي آن زياد نيست، افزايش كيفي سنگدانه چندان به افزايش كيفي بتن منتهي نمي گردد. بنابر اين در رابطه با كيفيت مكانيكي سنگدانه نبايد وسواس داشت.

در بتن هاي پر مقاومت توجه به كيفيت سنگدانه ها بسيار مهم است.

– مواد زيان آور سنگدانه

برخي املاح و برخي از ريزدانه ها مانند رس و برخي از ذرات سنگدانه به ويژه مواد سبك و ناجور مي توانند بر مقاومت و دوام بتن تأثير بد داشته باشند. برخي سنگدانه ها با قليايي هاي سيمان و بتن تركيب منبسط شونده اي مي دهد كه بايد از آن ها پرهيز گردد و يا از سيمان ها يا مواد افزودني خاص استفاده نمود تا مشكل تا حدودي حل شود.

سنگدانه هايي كه در برابر يخبندان ضعيف هستند نبايد در بتن مصرف شود.

مقاومت بتن ( مقاومت فشاری بتن )

مقاومت بتن مهمترین خاصیت و مشخصه بتن نزد طراحان و مهندسان کنترل کیفیت بتن می باشد. در جامدات رابطه معکوس بین تخلخل (حجم فضاهای خالی) و مقاومت، یک اصل است. در نتیجه در بتن و مواد ترکیبی نظیر آن تخلخل هر جزء تشکیل دهنده می تواند بر مقاومت تأثیر بگذارد.

از آنجا که سنگدانه ها عموما متراکم و با مقاومت بالا هستند، لذا تخلخل خمیر سیمان سخت شده و ناحیه انتقال بین سنگدانه و خمیر اغلب تعیین کننده مقاومت مشخصه بتن های معمولی است.

اگر چه پارامتر نسبت آب به سیمان در تعیین و میزان تخلخل خمیر و ناحیه انتقال و در نتیجه مقاومت بتن بسیار اهمیت دارد ولی عواملی نظیر تراکم و عمل آوری بتن (درجه هیدراتاسیون سیمان )، اندازه و کانیهای سنگدانه ها، مواد افزودنی، ابعاد و شکل نمونه، شرایط رطوبت، نوع تنش و سرعت بارگذاری نیز در مقاومت بتن اهمیت دارند.

در این مطلب، تأثیر عوامل مختلف بر روی مقاومت بتن، همراه با جزئیات بررسی می گردد. از آنجا که مقاومت تک محوری فشاری اغلب به عنوان نشانه مقاومت بتن انتخاب می شود، لذا رابطه بین مقاومت فشاری تک محوری و سایر مقاومتها، نظیر مقاومت کششی، خمشی، برشی و دو محوری نیز در این مطلب مورد بحث قرار میگیرد.

مقاومت بتن چیست ؟

لازم به ذکر می باشد که مقاومت بتن مهم ترین خاصیت و مشخصه بتن نزد طراحان و مهندسان کنترل کیفیت بتن می باشد. باید بدانید که در جامدات رابطه معکوس بین تخلخل (حجم فضاهای خالی) و مقاومت، یک اصل بسیار مهم می باشد. در نتیجه در بتن و مواد ترکیبی نظیر آن تخلخل هر جزء تشکیل دهنده می تواند بر مقاومت تأثیر بگذارد.

از آن جا که سنگدانه ها عموما متراکم و با مقاومت بالا هستند، لذا تخلخل خمیر سیمان سخت شده و ناحیه انتقال بین سنگدانه و خمیر اغلب تعیین کننده مقاومت مشخصه بتن های معمولی است. اگر چه پارامتر نسبت آب به سیمان در تعیین و میزان تخلخل خمیر و ناحیه انتقال و در نتیجه مقاومت بتن بسیار اهمیت دارد ولی عواملی نظیر موارد زیر نیز در مقاومت بتن نقش بسیار مهمی را ایفا می کنند :

تراکم و عمل آوری بتن (درجه هیدراتاسیون سیمان )

اندازه و کانی های سنگدانه ها

مواد افزودنی

ابعاد و شکل نمونه

شرایط رطوبت

نوع تنش و سرعت بارگذاری

مقاومت و استحکام بتن یکی از مهمترین ویژگی ها و شاخصه های کیفیت بتن، در بین طراحان و مهندسین کنترل کیفیت بتن به شمار می رود. در مواد جامد رابطه تخلخل و مقاومت به صورت معکوس، به عنوان یک اصل مهم شناخته می شود. بنابراین می توان نتیجه گرفت که در بتن یا سایر مواد ترکیبی شبیه آن، تخلخل هر بخش و یا جز تشکیل دهنده، بر روی مقاومت نهایی محصول به دست آمده تاثیر بسیار زیادی می گذارد.

همان طور که می دانید موادی مانند سنگدانه ها به صورت متراکم بوده و از مقاومت بسیار زیادی برخوردار می باشند که ترکیب آن با مواد بتن باعث سخت شدن تخلخل سیمان می شود. در واقع ناحیه انتقال بین سنگدانه ها از مشخصه های بارز و عوامل تعیین کننده مقاومت بتن معمولی به شمار می رود.

لازم به ذکر است که  عواملی نظیر نسبت آب به سیمان در تعیین درصد تخلخل خمیر و مقاومت بتن نقش بسیار مهمی ایفا می‌کند اما نمی توان از نقش بسیار تاثیر گذار عواملی نظیر تراکم و شرایط عمل آوری، اندازه سنگدانه ها، مواد افزودنی، اندازه و اشکال نمونه مورد نظر،  میزان رطوبت و سرعت بارگذاری بر روی مقاومت بتن غافل شد. در ادامه می خواهیم عواملی که بر روی مقاومت بتن تاثیر گذار هستند را برای شما شرح دهیم.

ممکن است برای شما این سوال به وجود بیاید که  استحکام بتن به چه چیزی بستگی دارد؟

لازم به ذکر می باشد که از جمله عوامل بسیار مهم و هم چنین تأثیر گذار در استحکام و مقاومت بتن می توان به موارد زیر اشاره داشت :

معیار عملی مقاومت

تخلخل

توزیع اندازه حفرات

نسبت آب به سیمان، درجه تراکم و سن بتن

نسبت مصالح سنگی به سیمان

خواص مصالح سنگی

منطقه گذار بتن (ناحیه انتقال) و …

مقاومت بتن به چه معناست؟

اگر یک ماده در برابر انواع تنش ها و آسیب ها توانایی و مقاومت بسیار زیادی داشته باشد و به راحتی شکست نخورد به معنای مقاومت آن ماده نسبت به عوامل محیطی می باشد. در واقع شکست بتن با ایجاد ترک هایی بر روی سطح آن، خود را نشان می دهد اما این نکته را نباید فراموش کرد که بتن برخلاف سایر مواد و مصالح ساختمانی بدون اینکه زیر بارهای خارجی قرار گیرد، می توان ترک های بسیار ریزی را بر روی آن مشاهده کرد. بنابراین زمانی که بتن در مقابل انواع تنش ها از خود مقاومت نشان دهد و آن ها را شکست دهد، مقاومت بتن خوب است.

مقاومت بتن چه اهمیتی دارد؟

در کنترل کیفیت بتن، مقاومت از جمله خاصیت های مهم به شمار می رود که معمولا میزان آن تعیین می گردد. چرا که آزمایش و اندازه گیری مقاومت بتن، نسبت به سایر مصالح ساختمانی بسیار راحت تر انجام می گیرد. در واقع بسیاری از خواص بتن مانند مدول ارتجاعی،  ضد آب بودن،  نفوذ ناپذیری، و مقاومت بالا در مقابل هوازدگی، با مقاومت بتن ارتباط مستقیمی دارند و می توان با فهمیدن درجه مقاومت بتن، به این خواص نیز پی برد.

خواص مصالح مورد نظر و مشخصات آن

برای اینکه یک بتن مطابق با تمام مشخصات ایده آل و دارای مقاومت بالا را تولید کنیم،  اولین نکته ای که بسیار مهم است و باید مورد توجه قرار گیرد، انتخاب مصالح مناسب و تعیین نسبت آن ها به هم می باشد. البته لازم به ذکر است که بسیاری از عوامل طرح اختلاط به یکدیگر وابسته هستند و نمی توان تاثیر آن ها را به صورت جداگانه آزمایش نمود.

نسبت آب به سیمان

در سال ۱۹۱۸ فردی به نام ابرام در موسسه لویی واقع در دانشگاه ایلینوی با انجام تحقیقات و آزمایشات متعدد در زمینه ارتباط نسبت آب به سیمان به نتایج شگفت انگیزی دست پیدا کرد. نتیجه به دست آمده از این تحقیق به قانون نسبت آب به سیمان لویی نیز شناخته می شود و ارتباط معکوس آب و سیمان را نشان می دهد.

با در نظر گرفتن عوامل تاثیر گذار بر روی مقاومت خمیر سیمان و موثر بودن این دو عامل بر روی تخلخل در درجه هیدراتاسیون سیمان، رابطه نسبت آب به سیمان می تواند از ضعف خمیر باشد. ضعف خمیر سیمان به دلیل تخلخل زیاد سیمان می باشد و در اثر افزایش نسبت آب به سیمان سرچشمه می گیرد.

نسبت آب به سیمان

میزان هوای موجود در بتن

در بسیاری از موارد نسبت آب به سیمان می تواند باعث ایجاد تخلخل در سیمان در درجات معینی از هیدراتاسیون شود. در هر صورت زمانی که به دلیل عدم تراکم مورد نیاز مخلوط، یا در اثر نوع کاربرد مواد حباب هوا زا در آن، حباب هایی از هوا ایجاد شود، می توان تاثیر آن را در افزایش تخلخل و مقاومت بتن مشاهده نمود.

سنگدانه ها

در واقع در تهیه و ساخت بتن،  تاکید زیاد بر روی موضوع تاثیر آب به سیمان و مقاومت باعث ایجاد مشکلات و مسائلی در این زمینه شده است. به طور مثال تاثیر سنگدانه ها بر روی مقاومت بتن به فراموشی سپرده شده و به اندازه کافی به آن بها داده نشده است.

در واقع سختی و میزان مقاومت سنگدانه ها را نمی توان از عوامل مهم مقاومت بتن برشمرد و بیشتر سنگدانه ها به غیر از سنگدانه های سبک از قدرت مقاومت بیشتری نسبت به خمیر ناحیه انتقال در یک بتن برخوردار می باشند. به زبانی ساده تر می توان گفت که مقاومت سنگدانه ها در بتن نمی تواند تاثیر آنچنانی بر روی مقاومت بتن داشته باشد چرا که شکست و یا گسیختگی بتن از دو عامل مهم دیگر سرچشمه می گیرد. اما در واقع سایر خواص سنگدانه ها همچون ابعاد و اندازه، شکل ظاهری،  نوع بافت سطحی، دانه بندی و کانی های سنگدانه ها تاثیر بسزایی در مقاومت بتن دارد.

تاثیر نوع آب در بتن

 آبی که به منظور اختلاط در بتن به کار گرفته می شود باید فاقد هرگونه ناخالصی باشد چرا که آب دارای ناخالصی بر روی مقاومت بتن تاثیر گذاشته و در آینده باعث ایجاد مشکلاتی همچون شوره در سطح بتن و خوردگی میلگرد می گردد. اما به طور کلی ایجاد ناخالصی در آب اختلاط، از عوامل مهم و تاثیر گذار مقاومت بتن محسوب نمی شود و باید تنها به این موضوع کفایت کرد که آب مورد نظر برای اختلاط، باید تمام ویژگی های آب آشامیدنی را دارا باشد.

به طور معمول آب های شهری خیلی کم و به ندرت از مواد محلول بیش از ۱۰۰۰ppmبرخوردار می باشند. در واقع بهترین روش جهت تعیین آب مناسب از آب دارای ناخالصی، این است که ابتدا با آب مورد نظر ملات ها و بتن های مکعبی ساخته شود و سپس زمان گیرش آن ها در نظر گرفته شود. بدین ترتیب می توان آب تمیز را از آب دارای ناخالصی به راحتی تشخیص داد.

مواد افزودنی به کار رفته در بتن

همان طور که گفتیم مواد حباب هوازا می تواند تاثیر معکوسی بر روی مقاومت بتن به جای بگذارد و به ازای یک نسبت آب به سیمان می تواند اثر زیادی برروی افزایش مقاومت اولیه بتن و میزان هیدراتاسیون آن داشته باشد.

در واقع مواد افزودنی که برای مقاومت بتن مورد استفاده قرار می گیرند مانند مواد افزودنی کند گیر کننده و اثر گیر کننده می توانند بر روی افزایش مقاومت بتن تاثیر گذار باشند اما در واقع این گونه از مواد بر روی مقاومت نهایی بتن نمی تواند تاثیر آنچنانی داشته باشند. لازم به ذکر است که بر اساس مطالعات انجام گرفته محققین به این نتیجه رسیدند که در صورتی که میزان مقاومت بتن در زمان های اولیه گیرش کند گردد، میزان مقاومت آن در مراحل نهایی افزایش خواهد یافت.

شرایط عمل آوری بتن

به مجموعه عملیاتی که به منظور ادامه واکنش های سیمان، بعد از ریختن بتن در قالب های مختلف انجام می شود، عمل آوری بتن گفته می شود که موارد مختلفی همچون کنترل زمان،  درجه حرارت و رطوبت را شامل می شود. در واقع اگر در دماهای معمولی عملیات ریختن آب بر روی سیمان انجام گیرد، می توان شاهد شروع واکنش های اساسی آن بود اما اگر دانه های سیمان هیدراته نشده به وسیله محصولات هیدراتاسیون پوشانیده شود، این واکنش های مورد نظر تا حد بسیار زیادی کاهش خواهند یافت.

شرایط عمل آوری بتن

زمان

در واقع به ازای یک نسبت آب به سیمان، افزایش مدت زمان عمل آوری در محیط های دارای رطوبت باعث افزایش مقاومت نهایی بتن خواهد شد. اما در صورتی این اتفاق می افتد که واکنش های دانه های سیمان هیدراته نشده قطع نشود و هنوز هم ادامه داشته باشد.

رطوبت موجود در بتن

با توجه به تحقیقات و مطالعات صورت گرفته محققین به این نتیجه رسیدند که اگر در شرایط آب و هوایی کاملا مرطوب به ازای یک نسبت آب به سیمان معین عمل آوری بتن انجام گیرد، پس از ۱۸۰ روز می توان مشاهده کرد که مقاومت بتن در شرایط دمایی کاملا مرطوب حدود ۳ برابر بیشتر از محیط هایی با دمای عادی می باشد.

استحکام بتن :

ممکن است برای شما این سوال به وجود بیاید که برای استحکام بتن چه چیزی استفاده می شود ؟

برای پاسخ به این سوال در ابتدا باید بررسی کرد که برای سازه مورد نظر مهندس طراح چه مقاومت بتنی را در نظر دارد ؟ ( برای مثال 300 مگا پاسکال یا 250 مگا پاسکال و … )

بر طبق مقاومتی که مهندس طراح برای سازه در نظر گرفته است، مواد افزودنی را برای استحکام و پایداری بتن در نظر می گیرند. هم چنین بر اساس آن مقاومت نوع ستگدانه و میزان نسبت آب به سیمان را نیز انتخاب می نمایند. بنابراین استحکام بتن در وهله اول به میزان مقاومتی که طراح برای آن در نظر گرفته است و هم چنین مواد افزودنی و نسبت آب به سیمان و … بستگی خواهد داشت.

بتن ریزی در برابر چه چیزی مقاومت ندارد؟

برای آن که بتوانید بتن ریزی را به بهترین شکل ممکن انجام دهید باید عوامل متعددی را در نظر بگیرید که به صورت زیر می باشد :

شرایط آب و هوایی و دمای هوا

در شرایط دمای زیر ۵ درجه امکان بتن ریزی وجود دارد. با اینکه معمولا توصیه می شود در چنین شرایطی بتن ریزی را انجام ندهید. اما در صورتی که مجبور به بتن ریزی در چنین شرایطی شدید، باید همواره حرارت بتن را در دمای بالای پنج درجه حفظ کنید. در شرایط هوای سرد، هیدراسیون در بتن به کندی صورت می گیرد و در دمای صفر درجه نیز این فرآیند به کلی متوقف می شود. این عملکرد موجب خورد شدن سریع بتن، پس از باز شدن قالب می شود. دلیل این امر نیز تشکیل نشدن خمیر سیمان است. به طور کلی در دمای زیر ۵ درجه، واکنش بین آب و سیمان در مخلوط بتن به کندی صورت می گیرد و این امر موجب کاهش دوام و مقاومت بتن می شود. بنابراین پس از بتن ریزی در چنین شرایطی باید به خوبی از بتن ریخته شده مراقبت نمایید.