آزمايش دانه بندي سنگدانه ها ) بتن 

مقدمه:
يكي از عوامل موثر در مقاومت بتن (بطور غيرمستقيم)، رعايت ضوابط دانه بندي شن و ماسه است كه در طرح مخلوط بتن اهميت زيادي دارد. از نظر تئوري، دانه بندي خوب به قسمي است كه دانه هاي ريزتر فضاي خالي بين دانه هاي درشت تر را پر كنند و باعث تراكم هرچه بيشتر شن و ماسه در بتن شوند. تراكم بيشتر بتن باعث افزايش وزن مخصوص و همچنين مقاومت آن نسبت به نمونه مشابه مي شود. با مقاومت ثابت، بتن با دانه بندي بهتر احتياج به سيمان كمتري دارد و چون سيمان از مصالح نسبتاً گران است، لذا دانه بندي بهتر اقتصادي تر است.

دانه بندي يعني عمل تقسيم سنگدانه ها به بخش هاي مختلف ذرات هم اندازه و تعيين توزيع وزني آنها. در عمل هر بخش حاوي ذرات بين حدود اندازه ايي معين مي باشد كه اين حدود همان اندازه هاي چشمه هاي الك هاي استاندارد هستند. براي درك بهتر، اين توزيع با منحني نشان داده مي شود (منحني دانه بندي).
بايد متذكر شد كه هيچگونه منحني دانه بندي ايده آل وجود ندارد ولي هدف، حصول يك حد اعتدال است. سواي الزامات فيزيكي، جنبه هاي اقتصادي را هم نبايد فراموش نمود. بتن بايد با مصالحي ساخته شود كه بتوان آنها را با هزينه كم توليد نمود و بنابراين نمي توان هيچگونه محدوديت هاي بسيار باريكي را براي سنگدانه ها قايل شد. پيشنهاد شده است كه عوامل اصلي كنترل كننده دانه بندي مطلوب سنگدانه ها عبارتند از: مساحت سطح سنگدانه ها (تعيين كننده مقدار آب لازم براي تر نمودن تمامي مواد جامد). حجم نسبي اشغال شده بوسيله سنگدانه ها، كارايي بتن و تمايل به جداشدگي مواد از يكديگر.

مدول نرمي عدد منفردي است كه از نتايج آزمايش دانه بندي ماسه بدست مي آيد و برابر است با مجموع درصد هاي تجمعي مانده روي الك No.100 و الك هاي بالاي آن مستقيم بر صد. اين عدد نشان دهنده متوسط اندازه دانه هاي ماسه است، بطوريكه مدول نرمي كم نشان دهنده ريز دانه بودن ماسه و مدول نرمي زياد نشان دهنده درشت دانه بودن ماسه است. واضح است كه يك عدد متوسط نمي تواند معرف يك توزيع باشد، لذا مدول نرمي نمي تواند معرف منحني هاي دانه بندي مختلف باشد. از مدول نرمي در ارزيابي سنگدانه ها و بعضي روش هاي طرح اختلاط بتن استفاده مي شود.

استاندارد ASTM-C33 تصريح كرده است كه مدول نرمي ماسه مورد استفاده براي ساخت بتن بايد بين ۳/۲ تا ۱/۳ باشد.

مراحل آزمايش
۱- از دپوي مصالح سنگي آزمايشگاه به ميزان gr4000 ماسه و يا gr 10000 شن خشك نمونه برداري نماييد. نمونه سنگدانه بايد نماينده كل توده سنگدانه باشد، در غير اينصورت نتايج آزمايش قابل استناد نخواهد بود. براي اينكار سعي كنيد نمونه سنگدانه ها از قسمت هاي مختلف دپو تهيه شده باشد.

۲- نمونه را كاملاً مخلوط نموده و ميزان آن را به مقدار مناسبي (در حدود gr 1000 براي ماسه و gr 2500 براي شن) براي انجام آزمايش كاهش دهيد. براي اينكار از روشي موسوم به روش كوارتر يا روش چهار – دو استفاده كنيد. نمونه سنگدانه ها را بر روي يك سطح صاف پخش كنيد. با وسيله مناسبي آن را به چهار قسمت تقريباً مساوي تقسيم نماييد. دو قسمت از اين چهار قسمت را كه بصورت ضربدري مقابل يكديگر هستند انتخاب نموده و بقيه دانه ها را كنار بگذاريد. باين دو قسمت را با هم كاملاً مخلوط كرده و دوبار عمل چهار – دو را روي آن انجام دهيد. سنگدانه هاي باقيمانده را وزن نماييد.

۳- معمولاً الك هاي مناسب براي دانه بندي يك نمونه ماسه بشرح زير مي باشند:
No.100 No.50 No.30 No.16 No.8 No.4 3/8” شماره يا اندازه الك
۰٫۱۵ ۰٫۳۰ ۰٫۶۰ ۱٫۱۸ ۲٫۳۶ ۴٫۷۵ ۹٫۵۰ اندازه چشمه (mm)

و براي شن از الك هاي زير استفاده مي شود:
No.8 No.4 3/8” ½” ¾” ۱” شماره يا اندازه الك
۲٫۳۶ ۴٫۷۵ ۹٫۵۰ ۱۲٫۵۰ ۱۹٫۰ ۲۵٫۰ اندازه چشمه (mm)

هر يك از الك هاي فوق را پس از تميز نمودن با برس مناسب، وزن كرده و آنها را به ترتيب اندازه روي هم سورا نماييد. يك سيني الك را نيز پس از تميز نمودن وزن كرده در زير مجموعه الك ها قرار دهيد و سنگدانه هاي حاصل از روش چهار – دو را با دقت روي الك بالايي (الك ۹٫۵۰mm براي ماسه و الك ۲۵mm براي شن) بريزيد. آنگاه يك درپوش روي مجموعه الك ها بگذاريد.

۴- مجموعه فوق بايد بطريق مناسبي تكان داده شود تا دانه هاي سنگي فرصت عبور از چشمه هاي الك را بيابند و بر حسب اندازه شان روي الك هاي مختلف متوقف شوند. براي اينكار از دستگاه شيكر (لرزاننده يا تكان دهنده) مخصوص الك استفاده نماييد. مجموعه الك ها بهمراه درپوش و سيني را روي دستگاه قرار داده، پيچ هاي آن را كاملا محكوم نموده و دستگاه را روشن كنيد. اجازه دهيد الك ها حدود ۱۵-۱۰ دقيقه لرزاننده شوند. سپس دستگاه لرزاننده را خاموش كرده و مجموعه الك ها را از روي آن برداريد.

۵- الك ها را با دقت (بطوري كه مصالح مانده روي آنها هدر نرود) از يكديگر جدا كرده و هريك را به مراه مصالح درونشان وزن نماييد. اين كار را براي سيني نيز انجام دهيد.

آزمايش ارزش ماسه اي
(Sand Equivalent Value)
[ASTM – D2418]

مقدمه:
سه گروه كلي از مواد زيان آور وجود دارند كه ممكن است در سنگدانه ها يافت شوند: ناخالصي ها، دانه هاي ضعيف يا ناسالم، و قشرهاي پوششي (ريزدانه هاي ناخواسته) ناخالصي ها در فرآيند هيدراتاسيون سيمان دخالت مي كنند و مي توانند در واكنش ها اختلال بوجود آورند؛ دانه هاي ضعيف و ناسالم و پوسيده دليل نداشتن مقاومت كافي خواص مكانيكي بتن را تحت تاثير قرار

مي دهند؛ قشرهاي پوششي (ريزدانه هاي ناخواسته) از توسعه پيوستگي كامل بين سنگ دانه و خمير سيمان جلوگيري بعمل مي آورند. اين آزمايش به منظور تعيين مقدار نسبي مواد ريزدانه مانند رس، سيلت، لاي و يا گرد و غبار كه ممكن است بصورت قشري از لايه هاي سطحي بر روي ماسه وجود داشته باشند بكار مي رود. اندازه اين ذرات ريز دانه، كوچكتر از ۰٫۰۷۵ mm (زير الك No.200) مي باشد.

اگر ريزدانه ها بيش از حد معيني در ماسه وجود داشته باشند، موجب معايب زير مي گردند:
اولاً مانند فيلم نازكي دور سنگدانه را گرفته و مانع از چسبيدن كامل خمير سيمان به آنها مي شوند. ثانياً بعلت دارا بودن سطح جانبي زياد، آب زيادي از مخلوط جذب كرده و ميزان آب لازم براي تر نمودن كليه سنگدانه ها را افزايش مي دهند. ثالثاً اگر از جنس رس باشند، با مكيدن آب متورم شده و پس از خشك شدن وانقباض، باعث ايجاد ترك در بتن مي شوند.

ارزش ماسه اي يك نسبت حجمي است كه برابر است با حجم ماسه بخش بر حجم كل مصالح (شامل ماسه و ريزدانه هاي ناخواسته) ضربدر صد.
توجه داشته باشيد كه ارزش ماسه اي مناسب براي كاربردهاي مختلف، متفاوت است. براي ساخت بتن حد پايين آن بين ۷۵% تا ۸۵% و حد بالاي آن كمتر از ۱۰۰% توصيه مي شود. علت توصيه اين حد بالا براي ارزش ماسه اي اين است كه اگر ماسه حاوي مقدار كمي ذرات ريزدانه (زير الك No.200) باشد، براي پر كردن قدري از تخلخل خمير سيمان مناسب خواهد بود.

 

مراحل آزمايش
۱- مقدار ۴±۰٫۱in محلول استوك را داخل استوانه مدرج مخصوص آزمايش بريزيد. (علت استفاده از محلول استوك، تسريع در زمان ته نشيني ذرات درشت تر ماسه، و معلق نگه داشتن ذرات ريزدانه است. براي تهيه محلول استوك پايه، gr454 كلرور كلسيم بي آب را در lit 89/1 آب مقطر حل كرده، بعد از سرد شدن و عبور از كاغذ صافي، gr 2050 گليسيرين و gr47 فرم آلدئيد (۴۰% حجمي) به

آن اضافه نموده خوب بهم مي زنند و سپس با آب آن را تا حجم lit 80/3 رقيق مي نمايند. اكنون cc 5 ± ۸۵ از اين محلول پايه را مجدداً در lit 80/3 آب رقيق نموده تا محلول استوك كاري بدست آيد)
۲- به اندازه cc 80 يا gr 110 ماسه رد شده از الك No.4 (كه ترجيحاً كمي مرطوب بوده و به روش كوارتر تهيه شده باشد) را با دقت داخل استوانه مدرج محتوي محلول استوك، اضافه نماييد.

۳- چند بار با كف دست، به پايين استوانه مدرج ضربه بزنيد تا حباب هاي هواي محبوس خارج شده و نمونه بتواند به طور كامل به محلول آغشته شود.
۴- اجازه دهيد تا استوانه مدرج بهمراه محتويات آن براي مدت min 1 ± ۱۰ ساكن بمانند تا محلول استوك دانه هاي ماسه را كاملا تر كند.

۵- در پايان فاصله زماني ده دقيقه، با يك چوب پنبه مناسب سر استوانه را ببنديد و ماسه چسبيده به پايين استوانه مدرج را از طريق معكوس كردن نسبي استوانه و تكان دادن همزمان آن) آزاد كنيد.
۶- بمنظور جداسازي ذرات ريزدانه از سطح دانه هاي ماسه و باز كردن كلوخه هاي رسي موجود در مخلوط استوانه مدرج و محتويات آن را به يكي از روش هاي زير تكان دهيد:

روش شيكر مكانيكي: استوانه مدرج – كه سر آن توسط چوب پنبه بسته شده است – را روي لرزاننده مخصوص آزمايش ارزش ماسه اي قرار داده، پيچ آن را محكم كنيد و با تنظيم تايمر آن sec 1 ± ۴ استوانه و محتويات آن را تكان دهيد.
روش دستي: استوانه مدرج را در وضعيت افقي نگاه داريد و در امتداد طول استوانه بشدت تكان دهدي، اينكار را ۹۰ بار، در مدت حدوداً سي ثانيه، بطوري كه استوانه در خط افق بميزان mm3±۲۳ حركت كند، تكرار كنيد (هر بار شامل يك رفت و برگشت مي باشد). براي تكان دادن بطور صحيح با اين سرعت، لازم است بدن و شانه ها در وضعيت راحتي بوده و تكان دادن فقط توسط ساعد انجام گيرد.

پس از اتمام عمل لرزاندن، استوانه را بصورت ايستاده روي ميز قرار دهيد و چوب پنبه را از سر استوانه برداريد.
۷- اكنون بايد ماسه شستشو گردد تا ريز دانه ها از لابلاي دانه هاي ماسه خارج شوند. در حين عمل شستشو، استوانه را بصورت عمودي و كف آن را در تماس با ميز كار نگه داريد. لوله شستشو دهنده متصل به مخزن محلول استوك را از بالاي استوانه وارد كرده، گيره فنري عبور محلول را آزاد كرده تا محلول استوك با فشار از انتهاي آن خارج شود و در حاليكه لوله شستشو به پايين استوانه

هدايت مي شود، مصالح چسبيده به ديواره داخلي استوانه را آبكشي نماييد. وقتي انتهاي لوله به سطح ماسه رسيد، در حاليكه محلول از آن خارج مي شود، با اعمال كمي نيرو و چرخاندن و تكان دادن، آن را تا پايين استوانه و زير ماسه هدايت كنيد. اين عمل باعث خروج ريز دانه ها از لابلاي ماسه بطرف بالا و تعليق آنها در بالاي دانه هاي درشتر ماسه مي شود.

۸- در حاليكه ريزدانه ها به طرف بالا رانده مي شوند، عمل چرخاندن و تكان دادن را ادامه دهيد تا استوانه تا درجه in 15 از محلول پر شود. سپس لوله شستشو دهنده را بدون قطع جريان محلول، به آرامي بالا آورده و خارج كنيد تا سطح محلول در حدود in 115 نگه داشته شود.
۹- اجازه دهيد استوانه و محتويات آن براي مدت Sec 15 ± min 20 ساكن بمانند. شروع اين زمان را درست پس از خارج كردن لوله شستشو دهنده از استوانه در نظر بگيريد.

۱۰- در پايان بيست دقيقه زمان ته نشيني، سطح بالاي ريزدانه هاي معلق مانده را قرائت و يادداشت كنيد. اين سطح «قرائت ريزدانه» خوانده مي شود. اگر در اين فاصله زماني، سطح مشخصي از ريزدانه ها تشكيل نشد، اجازه دهيد استوانه تا زماني كه مرز مشخصي از ريزدانه ها تشكيل شود، ساكن بماند. اگر اين زمان بيش از سي دقيقه شد، آزمايش بايد با سه نمونه تكرار گردد و قرائت ريزدانه مربوط به نمونه ايي كه كمترين زمان تشكيل سطح مشخص ريزدانه ها را داشت، ملاك قرار گيرد.

۱۱—بعد از قرائت سطح ريزدانه هاي معلق مانده، سنبه مخصوص آزمايش را از بالا وارد استوانه كنيد و به آرامي پايين آورده تا نشيمن گاه پاييني آن روي سطح ماسه بنشيند (سنبه را روي ماسه فشار ندهيد). بر روي سنبه، يك زائده پلاستيكي وجود دارد كه فاصله آن تا نشيمن گاه سنبه in 10 است. عدد منطبق بر اين زائده را روي استوانه قرائت و يادداشت كنيد. واضح است كه اگر از اين عدد، ده واحد كم كنيد، سطح بالاي ماسه ته نشين شده بدست مي آيد. اين سطح «قرائت ماسه» خوانده مي شود.

نتايج حاصله
ارزش ماسه اي برابر است با
حجم ماسه بخش بر حجم كل مصالح ضربدر صد
۱۰۰  (قرائت ريزدانه / قرائت ماسه) = S.E

آزمايش مقاومت فشاري سنگدانه ها
(Compressive Strength of Aggregates)
[BS812-P110]

مقدمه:
سنگدانه ها در بتن حدود ۶۵% تا ۷۵% حجم آنرا تشكيل مي دهند، لذا طبيعتاً خصوصيات سنگدانه ها در خصوصيات بتن ساخته شده با آنها، تاثير گذار است. از بين خصوصيات مختلف سنگدانه ها، در اين آزمايش توجه خود را به مقاومت فشاري آنها معطوف مي كنيم.

مسلم است كه مقاومت فشاري بتن، نمي تواند به ميزان قابل توجهي از مقاومت قسمت عمده سنگدانه هايي كه در آن قرار دارند، بيشتر باشد. حتي مشخص شده است كه مقاومت لازم براي سنگدانه ها، به ميزان قابل توجهي بيشتر از حدود مقاومت هاي معمولي بتن مي باشد: زيرا تنش هاي واقعي اعمال شده در فصل مشترك هر يك از ذرات در داخل بتن، ممكن است خيلي بيشتر از تنش فشاري اسمي اعمال شده به بتن باشد.

اگر سنگدانه هاي تحت آزمايش، سبب ايجاد مقاومت فشاري كمتر بتن گردند و به ويژه اگر پس از خرد شدن نمونه بتن، تعداد زياي از سنگدانه ها شكسته شده باشند، در اينصورت مقاومت سنگدانه ها كمتر از مقاومت فشاري اسمي مخلوط بتن ساخته شده با آنها خواهد بود. بطور كلي مقاومت و الاستيسيته سنگدانه ها به تركيبات، بافت و ساختار آنها بستگي دارد. مقاومت كم سنگدانه ها ممكن است ناشي از ضعيف بودن ذرات تشكيل دهنده آنها باشد و يا اينكه ذرات مقاومت كافي داشته باشند ولي خوب به يكديگر بافته نشده و بهم نچسبيده باشند.

از طرفي آن دسته از سنگدانه ها كه مقاومت و مدول الاستيسيته آنها متوسط يا كم است، مي توانند به لحاظ حفظ يكپارچگي بتن با ارزش باشند. تراكم پذيري سنگدانه ها از فشار داخلي خواهد كاست. در حالي كه ممكن است سنگدانه هاي سخت و صلب، سبب ترك برداشتن خمير سيماني كه آنها را احاطه نموده است، گردند. ناسازگاري فاحش بين مدول الاستيسيته سنگدانه ها و خمير سيمان هيدراته شده، بطور نامطلوبي سبب افزايش ترك هاي مويينه در فصل مشترك خمير و سنگدانه مي گردد.

بهترين راه براي پي بردن به عملكرد و مقاومت نوع خاصي از سنگدانه ها در بتن، ساخت نمونه هاي آزمايش بتن با آنهاست. در اين آزمايش، درصد خرد شدگي سنگدانه ها در اثر اعمال نيروي فشاري مشخص در زمان معين بدست مي آيد و با استناد به تجربيات موجود در اين زمينه، مقاومت فشاري سنگدانه ها از درصد خردشدگي آنها بدست مي آيد. بنابراين، آزمايش مقاومت فشاري سنگدانه ها، يك آزمايش غير مستقيم و تقريبي است.

مراحل آزمايش
۱- gr 3000 سنگدانه، با اندازه دانه هاي بين mm 10 تا ۲۰ يا mm 20 تا ۴۰ تهيه نماييد.
۲- سنگدانه ها را از فاصله معيني داخل سيلندر فولادي mm150  ۱۵۰ ريخته، پيستون مخصوص را داخل سيلندر و بر روي سنگدانه ها قرار داده و مجموعه را داخل ماشين فشار قرار دهيد.
۳- دستگاه را روشن كنيد تا بعد از مدتي، اعمال نيرو به سنگدانه ها آغاز شود. وقتي مقدار نيرو به KN 210 رسيد، دستگاه را خاموش كنيد. از لحظه شروع اعمال نيرو تا رسيدن به مقدار KN 210 بايد حدود ۵/۲ دقيقه طول بكشد.

۴- سنگدانه ها را از داخل سيلندر خارج كنيد. اگر سنگدانه هاي اوليه بين mm 10 تا ۲۰ بوده اند، آنها را از الك (mm36/2) No.8 و اگر بين mm 20 تا ۴۰ بوده اند، آنها را از الك (mm 75/4) No.4 عبور دهيد. مصالح عبور كرده را در آون خشك نماييد و سپس انها را وزن كنيد.
۵- با تقسيم وزن مصالح عبور كرده از الك بر وزن اوليه مصالح، درصد خردشدگي سنگدانه ها را محاسبه كنيد و با استفاده از جدول ضميمه، مقاومت فشاري سنگدانه ها را تخمين بزنيد.

طرح اختلاط بتن
(Concrete Mix Design)
[ACI 211.1]
مقدمه:
مسئله طرح اختلاط بتن، اساساً عبارتست از انتخاب مقادير مناسب سيمان، سنگدانه هاي ريز (ماسه)، سنگدانه هاي درشت (شن)، و آب، براي ساخت بتني با خواص معين كه اقتصادي نيز باشد (اين مقادير معمولاً بر حسب وزن اجزا در واحد حجم بتن بيان مي شوند). در بسياري از مواقع مواد ديگري نيز بعنوان مواد افزودني بكار مي روند.

مهمترين خواصي كه معمولاً از بتن انتظار مي رود عبارتند از:
۱- كارايي بتن تازه ، ۲- مقاومت فشاري بتن سخت شده و ۳- دوام (پايايي) بتن سخت شده. (همچنين وزن مخصوص، مدول الاستيسيته، مقاومت كششي و …)
دوام كافي براي هر بتن به شرايط محيطي كه بتن در معرض آن قرار خواهد گرفت بستگي خواهد داشت. در يك طرح مخلوط مناسب، تاثير هر يك از عوامل مخرب محيطي در جاي مناسب در نظر گرفته شده و تدابير مناسب جهت تامين دوام كافي اتخاذ خواهد گرديد. اين تدابير معمولا با مشخص كردن حداكثر نسبت آب به سيمان (حداقل سيمان مصرفي) و در بعضي مواقع با محدود كردن نوع مصالح مصرفي انجام مي شود.

مقاومت فشاري بتن در بين خواص فوق شايد مهمترين باشد و معمولا توسط طراح سازه، با توجه به نيازهاي سازه ايي و شرايط اجرايي و كارگاهي تعيين مي شود و مجري كار (پيمانكار) نيز موظف به تامين اين مقاومت خواهد بود. با توجه به اينكه آيين نامه بتن ايران، كاربرد بتن با مقاومت فشاري نمونه استوانه ايي ۲۸ روزه كمتر از Mpa 16 را براي بتن مسلح مجاز نمي داند، در كارهاي عملي معمولي و كم اهميت، مقاومت فشاري بتن Mpa 20 تا Mpa 25 و در كارهاي مهمتر تا Mpa 40 در نظر گرفته مي شود.

كارايي به سهولت در حمل و ريختن بتن در قالب، تراكم و پرداخت سطح آن (بدون ايجاد جدا شدگي) اطلاق مي شود و معمولاً توسط مجري كار تعيين مي شود. ميزان كارايي لازم مخلوط با در نظر گرفتن شرايط كار ساختماني از جمله سطح قطعه بتني، ميزان ميل گرد موجود در قطعه، وسايل موجود براي تراكم، و … انتخاب مي شود؛ يعني مثلا يك كارايي مناسب براي بتن حجيم، الزاماً براي مقطع نازك، غيرقابل دسترسي و يا با ميلگرد زياد كافي نخواهد بود.

مراحل طرح اختلاط
موسسه بتن آمريكا (ACI) روشي را براي انتخاب نسبت هاي مخلوط بتن حاوي سيمان پرتلند به تنهايي و يا همراه ساير مواد سيماني و همچنين حاوي مواد افزودني توصيف نموده است. لازم به تاكيد است كه اين روش، تقريب اوليه اي از نسبت هاي مصالح است كه بايد در تهيه مخلوط هاي آزمايشي بكار روند. مخلوط هاي آزمايشي پس از تهيه، بايد اصلاح شوند تا طرح مورد نظر حاصل شود.

گام اول: تعيين خواص بتن و مشخصات مصالح مصرفي. حداقل داده هاي زير را جمع آوري كنيد:
اسلامپ : اگر اسلامپ تعيين نشده است، مقدار مناسب براي كار مورد نظر را مي توان از جدول ۱ انتخاب كرد. از مخلوط هاي با كمترين اسلامپ، يعني كمترين رواني، كه مي توان بدون جداشدگي آن را جايگذاري و متراكم كرد بايد استفاده شود.

مقاومت فشاري ۲۸ روزه. با توجه به نيازهاي سازه ايي و شرايط اجرايي تعيين مي شود.
اندازه حداكثر سنگدانه. بطور كلي حداكثر اندازه سنگدانه درشت (شن)، بايد بزرگترين اندازه ايي باشد كه موجود و اقتصادي است و با ابعاد سازه نيز مطابقت داشته باشد. در هيچ صورتي اندازه حداكثر سنگدانه نبايد از يك پنجم كوچكترين بعد بين طرفين قالب ها، يك سوم ضخامت دال ها، يا سه چهارم حداقل فاصله آزاد بين ميلگردها بيشتر باشد.

مدول نرومي ماسه. با انجام آزمايش، مدول نرمي ماسه مورد استفاده را بدست آوريد.
چگالي انبوهي شن. با انجام آزمايش، چگالي انبوهي شن خشك ميله خورده را بدست آوريد (شن خشك را در سه لايه درون پيمانه مخصوص بريزيد و هر لايه را با ۲۵ ضربه كوبه استاندارد متراكم كنيد. حاصل تقسيم جرم شن درون پيمانه بر حجم پيمانه ، چگالي است).
گام دوم:
تخمين آب مخلوط و مقدار هوا. آب در مخلوط بتن، به سه دليل مصرف مي شود: ۱) براي هيدراته شدن سيمان و توليد خمير چسباننده ۲) مرطوب كردن سطح خارجي سنگدانه ها (به اصطلاح روغنكاري سنگدانه ها) تا به راحتي روي همديگر بلغزند. ۳) روان كردن مخلوط بتن، مقدار آب مورد

نياز براي هر واحد حجم بتن، كه اسلامپ مورد نظر را توليد كند، تابع حداكثر اندازه، شكل و دانه بندي سنگدانه ها و همچنين مقدار حباب هواي وارد شده است. تخمين اوليه آب مصرفي مخلوط براي بتن بدون حباب هوا و بتن با حباب هوا را از جدول ۲ مي توان بدست آورد. در اين جدول، همچنين مقدار تقريبي هواي غيرعمدي محبوس در بتن بدون ماده حباب زا، و نيز مقدار كل هواي توصيه شده (عمدي ± غيرعمدي) براي شرايط محيطي مختلف در بتن داراي ماده حباب زا، داده شده است.

گام سوم: انتخاب نسبت آب به سيمان و محاسبه مقدار سيمان. مقاومت بتن، اساساً تحت تاثير نسبت آب به سيمان مخلوط قرار دارد؛ هرچند كه تاثير مشخصات سنگدانه ها و نوع سيمان را نبايد از نظر دور داشت. مقادير تقريبي و نسبتاً محافظه كارانه نسبت آب به سيمان را، براي بتن ساخته شده از سيمان پرتلند تيپ I ، مي توان از جدول ۳ استخراج نمود. از آنجا كه نسبت آب به سيمان انتخاب شده بايد هر دو معيار مقاومت و دوام را تأمين كند، مقادير بدست آمده از جدول ممكن

است بسته به شرايط خاص قرارگيري در معرض محيط كاهش داده شود. با تعيين نسبت آب به سيمان و معلوم بودن مقدار آب مصرفي از گام قبل، مقدار سيمان مصرفي قابل تعيين است.
گام چهارم : تخمين مقدار سنگدانه درشت (شن). براي اينكه مخلوط بتن اقتصادي باشد، بايد حجم سنگدانه هاي درشت در واحد حجم بتن، حداكثر ممكن باشد. آزمايشات نشان داده اند كه براي مصالحي كه به طور مناسب دانه بندي شده اند، با استفاده از ماسه ريزتر و اندازه بزرگتر دانه هاي شن، به حجم سنگدانه هاي درشت افزوده شده و امكان توليد مخلوط بتن با كارايي مطلوب فراهم

مي گردد. طبق جدول ۴ حجم انبوهي سنگدانه هاي درشت در واحد حجم بتن (VGB) تابعي از حداكثر اندازه آن و مدول نرمي سنگدانه هاي ريز (ماسه) مي باشد. با ضرب نمودن چگالي انبوهي سنگدانه هاي درشت در نسبت حجمي بدست آمده از جدول، جرم شن مصرفي بدست مي آيد.
گام پنجم: تخمين مقدار سنگدانه ريز (ماسه). تا اين گام تمام اجزاي بتن غير از ماسه تخمين زده شده اند. مقدار ماسه در اين گام بر اساس «روش وزني» يا «روش حجمي» تعيين مي شود.
در روش وزني، از اين واقعيت استفاده مي شود كه مجموع اجرام اجزاي تشكيل دهنده بتن يعني آب، سيمان، شن و ماسه برابر چگالي بتن تازه (PD) تعيين مي شود.

چگالي بتن تازه = mv+mc+mG+ms
در روش حجمي از اين واقعيت استفاده شود كه مجموع احجام اجزاي تشكيل دهنده بتن يعني آب، سيمان، شن و ماسه (و هوا) برابر واحد است، يعني:
VW+VC+VG+VS+VA=1

براي استفاده از روش وزني، بايد چگالي (جرم واحد حجم) بتن تازه معلوم باشد. تخمين اوليه چگالي بتن تازه را در صورت نداشتن تجربيات قبلي، مي توان از جدول ۵ بدست آورد. براي استفاده از روش حجمي، بايد چگالي مصالح معلوم باشد تا بتوان حجم مصالح را از روي جرم آنها بدست آورد. از هر روش كه استفاده شود، تنها مجهول رابطه مقدار ماسه است كه براحتي تعيين مي شود.

گام ششم: تنظيم آب مصرفي، مقدار آب محاسبه شده در گام دوم و همچنين مقادير شن و ماسه در گامهاي چهارم و پنجم، بر اساس اين فرض مهم قرار دارد كه سنگدانه ها از نظر رطوبتي در حالت SSD (اشباع با سطح خشك) قرار دارند. يعني سنگدانه ها نه آبي از مخلوط جذب مي كنند و نه آبي به مخلوط اضافه مي نمايند. در عمل تقريبا هيچوقت سنگدانه ها در حالت SSD نيستند.

اگر سنگدانه ها كمتر از حالت SSD رطوبت داشته باشند، مقداري از آب مخلوط را جذب مي كنند و لذا آب محاسبه شده در گام دوم بايد براي رساندن سنگدانه ها به حالت SSD افزايش و مقادير شن و ماسه در گام هاي پنجم و ششم كاهش يابند. اگر سنگدانه ها بيشتر از حالت SSD مرطوب باشند، آب اضافي خود را به مخلوط مي دهند و لذا آب محاسبه شده در گام دوم بايد كاهش و

مقادير شن و ماسه در گام هاي پنجم و ششم افزايش يابند. براي انجام اين تنظيمات، درصد رطوبت موجود در سنگدانه ها و همچنين درصد رطوبت نظير حالت SSD آنها بايد معلوم باشند.

جداول طرح اختلاط بتن
(ACI 211.1)

جدول ۱ . اسلامپ هاي پيشنهادي
نوع سازه بتني اسلامپ (mm)
حداقل حداكثر
شالوده ها و شالوده ديوارهاي بتن مسلح ۳۰ ۸۰
شالوده ها، شمع ها و ديوارهاي بتن غير مسلح ۳۰ ۸۰
تيرها، ستون ها و ديوارهاي بتن مسلح ۳۰ ۱۰۰
روسازي ها و دال ها ۳۰ ۸۰
بتن حجيم ۳۰ ۵۰
تذكر: مي توان مقادير فوق را در مورد تراكم با وسايل دستي، mm20 افزايش داد.

جدول ۲ . تخمين مقدار آب و حباب هوا
اسلامپ (mm) آب مصرفي، كيلوگرم در يك مترمكعب بتن، با توجه به حداكثر اندازه سنگدانه ها (mm)
10 5/12 20 25 40 50 70 150
30 تا ۵۰ ۲۰۵ ۲۰۰ ۱۸۵ ۱۸۰ ۱۶۰ ۱۵۵ ۱۴۵ ۱۲۵ بتن بدون حباب هوا
۸۰ تا ۱۰۰ ۲۲۵ ۲۱۵ ۲۰۰ ۱۹۵ ۱۷۵ ۱۷۰ ۱۶۰ ۱۴۰
۱۵۰ تا ۱۸۰ ۲۴۰ ۲۳۰ ۲۱۰ ۲۰۵ ۱۸۵ ۱۸۰ ۱۷۰ –
مقدار هواي محبوس در بتن (درصد) ۰/۳ ۵/۲ ۰/۲ ۵/۱ ۰/۱ ۵/۰ ۳/۰ ۲/۰
۳۰ تا ۵۰ ۱۸۰ ۱۷۵ ۱۶۵ ۱۶۰ ۱۴۵ ۱۴۰ ۱۳۵ ۱۲۰ بتن با حباب هوا
۸۰ تا ۱۰۰ ۲۰۰ ۱۹۰ ۱۸۰ ۱۷۵ ۱۶۰ ۱۵۵ ۱۵۰ ۱۳۵
۱۵۰ تا ۱۸۰ ۲۱۵ ۲۰۵ ۱۹۰ ۱۸۵ ۱۷۰ ۱۶۵ ۱۶۰ –
مقدار كل هواي توصيه شده (درصد) براي شرايط محيطي ملايم ۵/۴ ۰/۴ ۵/۳ ۰/۳ ۵/۲ ۰/۲ ۵/۱ ۰/۱
متوسط ۰/۶ ۵/۵ ۰/۵ ۵/۴ ۵/۴ ۰/۴ ۵/۳ ۰/۳
شديد ۵/۷ ۰/۷ ۰/۶ ۰/۶ ۵/۵ ۰/۵ ۵/۴ ۰/۴

تذكر ۱: براي سنگدانه هاي گوشه دار با شكل مناسب و دانه بندي خوب، مي توان ارقام فوق را به عنوان حداكثر در نظر گرفت.
تذكر ۲: مقادير اسلامپ براي سنگدانه هاي بزرگتر از mm40 بر مبناي آزمايش اسلامپ بعد از جدا كردن سنگدانه هاي بزرگتر از mm40 به وسيله الك مي باشد.
جدول ۳٫ انتخاب نسب آب به سيمان
مقاومت فشاري متوسط ۲۸ روزه نمونه
استوانه اي استاندارد بتن (MPa) حداكثر مجاز نسبت جرمي اب به سيمان
بتن بدون حباب هوا بتن با حباب هوا
۴۵ ۳۸/۰ –
۴۰ ۴۳/۰ –
۳۵ ۴۸/۰ ۴۰/۰
۳۰ ۵۵/۰ ۴۶/۰
۲۵ ۶۲/۰ ۵۳/۰
۲۰ ۷۰/۰ ۶۱/۰
۱۵ ۸۰/۰ ۷۱/۰

 

جدول ۴٫ تخمين مقدار سنگدانه درشت (شن)
حداكثر اندازه سنگدانه ها
(mm) حجم شن خشك ميله خورده، در واحد حجم بتن،
با توجه به مدول نرمي ماسه
۴۰/۲ ۶۰/۲ ۸۰/۲ ۰۰/۳
۱۰ ۵۰/۰ ۴۸/۰ ۴۶/۰ ۴۴/۰
۵/۱۲ ۵۹/۰ ۵۷/۰ ۵۵/۰ ۵۳/۰
۲۰ ۶۶/۰ ۶۴/۰ ۶۲/۰ ۶۰/
۲۵ ۷۱/۰ ۶۹/۰ ۶۷/۰ ۶۵/۰
۴۰ ۷۶/۰ ۷۴/۰ ۷۲/۰ ۷۰/۰
۵۰ ۷۸/۰ ۷۶/۰ ۷۴/۰ ۷۲/۰

۷۰ ۸۱/۰ ۷۹/۰ ۷۷/۰ ۷۵/۰
۱۵۰ ۸۷/۰ ۸۵/۰ ۸۳/۰ ۸۱/۰

جدول ۵٫ تخمين اوليه جرم واحد حجم بتن تازه
حداكثر اندازه سنگدانه ها
(mm) تخمين اوليه چگالي بتن تازه (Kg/m3)
بتن بدون حباب هوا بتن با حباب هوا
۱۰ ۲۲۸۵ ۲۱۹۰
۵/۱۲ ۲۳۱۵ ۲۲۳۵
۲۰ ۲۳۵۵ ۲۲۸۰
۲۵ ۲۳۷۵ ۲۳۱۵
۴۰ ۲۴۲۰ ۲۳۵۵
۵۰ ۲۴۴۵ ۲۳۷۵
۷۰ ۲۴۶۵ ۲۴۰۰
۱۵۰ ۲۵۰۵ ۲۴۳۵

 

آزمايشات كارايي بتن تازه
(Fresh Concrete Workability Tests)

مقدمه:
كارايي يكي از خصوصيات بسيار مهم بتن تازه است. با توجه به پيچيدگي مفهوم آن، تعاريف زيادي براي آن در ادبيات فني ارائه شده است كه در اينجا به تعدادي از آنها اشاره مي شود.
تعريف اول: كارايي يعني سهولت در حمل و ريختن بتن در قالب، تراكم و پرداخت سطح آن بدون ايجاد جدا شدگي.
تعريف دوم: كارايي عبارتست از مقدار كار مفيد داخلي لازم، براي ايجاد تراكم كامل در بتن. (تراكم يعني حذف نمودن هواي محبوس در بتن، از طريق غلبه بر اصطكاك بين ذرات آن)
تعريف سوم: كارايي يك خاصيت مركب بتن، با حداقل دو جزء اصلي است.
رواني يا قوام كه ميزان سهولت جريان يافتن بتن را مشخص مي كند.
چسبندگي كه تمايل بتن به آب انداختگي و جداشدگي را مشخص مي كند.

بتن بايد به حد كافي كارايي داشته باشد، زيرا حصول مقاومت متناظر با يك نسبت آب به سيمان معين، احتياج به تراكم كامل دارد و اين امر را فقط مي توان با مخلوطي كه به حد كافي كارايي داشته باشد، حاصل نمود لذا لازم است مخلوطي توليد گردد كه با مقدار آب، مقدار سيمان، خصوصيات مصالح سنگي، و مواد افزدوني.
از بين آزمايشات مختلف طراحي شده براي اندازه گيري كارايي، هيچيك نمي تواند مستقيماً كارايي را مطابق تعاريف فوق اندازه بگيرد. چهار آزمايش اسلامپ، ميز رواني، فاكتور تراكم، و وي – بي كه در اينجا تشريح مي شوند هر يك مي توانند تنها معيار و اطلاعات مفيدي از كارايي بتن ارائه نمايند.

مراحل آزمايش
(I آزمايش اسلامپ [ASTM-C143]
اين آزمايش كه در آمريكا توسعه يافته، به دليل سادگي، به ميزان وسيع در كارگاه هاي ساختماني تمام دنيا بكار برده مي شود. آزمايش اسلامپ، كارايي بتن را نمي سنجد، ولي مي توان آن را بصورت سنجشي از رواني بتن توصيف كرد و براي پي بردن به تغييرات در يكنواختي مخلوط بتن با

نسبت هاي اسمي معين، بسيار مفيد است. در اين آزمايش يك قالب به شكل مخروط ناقص به ارتفاع mm300، قطر mm 100 در بالا و قطر mm 200 در پايين با بتن پر مي شود. سپس قالب به آهستگي بلند مي گردد. مخروط بتني بدون حايل، بر اثر وزن خود نشست پيدا مي كند.

مقدار اين نشست موسوم به اسلامپ بتن است. كارايي بتن هاي داراي اسلامپ mm 25-0 خيلي كم، mm 50-25 كم، mm 100-50 متوسط و mm 175-100 زياد توصيف مي شود.
۱- بر روي دو قطعه فلزي زيرپايي متصل به مخروط اسلامپ بايستيد، اين كار به منظور محكم نگه داشتن مخروط بر روي صفحه زيرين، در طي مراحل ۱ تا ۴ صورت مي گيرد. يك سوم حجم مخروط را از نمونه بتن پر كنيد. براي اين كار، بتن را تا ارتفاع حدود mm 70 در داخل مخروط بريزيد. سپس آن را با ۲۵ ضربه يك ميله استاندارد بكوبيد. ضربات وارده از ميله به سطح بتن بايد به صورت يكنواخت بر

روي مقطع آن در هر لايه وارد آيد. در لايه زيرين (همين لايه). اين امر مستلزم آن است كه ميله را كمي بصورت مايل گرفته و حدود نيمي از ضربات را نيز در حوالي نزديك دور نمونه و در نزديكي لبه هاي مخروط وارد كنيد و سپس به تدريج كه كار پيش مي رود، ميله را بصورت قائم درآورده و با طي يك مسير مارپيچي، محل اعمال آن را به سمت مركز مخروط هدايت كنيد.

۲- يك سوم ديگر حجم قالب را از نمونه بتن پر كنيد. در اين حال، ارتفاع بتن به نيمه ارتفاع مخروط مي رسد. لايه بتن جديد را مجدداً با ۲۵ ضربه ميله استاندارد بكوبيد. اين ضربات بايد به گونه اي باشد كه ميله تمام ضخامت لايه جديد را طي كرده و حداكثر mm 25 داخل لايه زيرين نفوذ نمايد.
۳- بقيه قالب (يك سوم نهايي) را به گونه ايي از بتن پر كنيد كه بتن از لبه آن سرريز كند. لايه بتن جديد را مجدداً با ۲۵ ضربه ميله استاندارد بكوبيد. اين ضربات بايد به گونه اي باشد كه ميله تمام ضخامت لايه آخر را طي كرده و حداكثر mm 25 داخل لايه وسط نفوذ نمايد.
۴- به كمك حركات برشي ميله مزبور، بتن اضافي را از سطح فوقاني مخروط برداريد، طوري كه مخروط به صورت كاملاً پر، و سطح فوقاني بصورت كاملاً صاف درآيد. بتن اضافي را از پاي قالب مخروطي شكل جمع آوري كرده و دور بريزيد.
۵- پس از اتمام مرحله ۴، در حاليكه هنوز بر روي مخروط ايستاده اند، دستان خود را بر روي دستگيره هاي قالب مخروطي قرار داده و آن را به پايين فشار دهيد تا مخروط حركت نكند، آنگاه پاي خود را از دو قطعه زيرپايي برداريد و قالب مخروطي را با سرعت متوسطي در ظرف مدت sec 2 ± ۵ به صورت قائم به بالا كشيد و از روي بتن برداريد. بلند كردن قالب بايد بصورتي يكنواخت انجام شود و همراه با هيچگونه حركت جانبي يا چرخشي وارد بر بتن نباشد. كل مراحل انجام كار، از پر كردن

قالب تا برداشتن آن، بايد بدون وقفه صورت گيرد و در ظرف مدت حداكثر دو دقيقه انجام گيرد.
۶- حال قالب را به صورت وارونه بر روي صفحه زيرين قرار داده و ميله فوق الذكر را به گونه اي به صورت افقي بر روي آن قرار دهيد كه انتهاي آن تا روي بتن كه اكنون كمي افت ارتفاع پيدا كرده است، ادامه پيدا كند. سپس فاصله قائم بين سطح تحتاني ميله فولادي تا وسط نمونه نشست

كرده بتن را اندازه گيري و يادداشت كنيد. عدد بدست آمده اسلامپ بتن مي باشد. در صورتيكه نمونه بتن پس از برداشتن قالب از يك طرف افتادگي پيدا كرده بود و يا اينكه يك طرف آن و يا بخشي از توده بتن دچار برش شده بود، آزمايش غيرقابل قبول خواهد بود و بايد آزمايش، مجدداً بر روي نمونه ديگري از بتن تكرار شود.

(II آزمايش ميز جريان [BS1881-P105]
اين آزمايش در آلمان توسعه يافته است و بيشتر براي بتن هاي با كارايي زياد و خيلي زياد كه اسلامپ ريزشي مي دهند، مناسب است. آزمايش ميز جريان، نشانه اي از رواني و ميل به جداشدگي بتن را از طريق سنجش ميزان پخش انباشته اي از بتن، بر روي ميزي كه ضربه وارد مي آورد، بدست مي دهد. حداكثر قطر بتن پخش شده سنجيده مي شود كه معرف رواني بتن است. كارايي بتن هاي داراي ميز جريان mm 400-300 كم، mm 500-400 متوسط، mm600-500 زياد و mm 700-600 خيلي زياد توصيف مي شود.

۱- ابزار آزمايش را روي زمين قرار دهيد و رويه فلزي آن را مرطوب نماييد. (ابزار آزمايش ميز مربعي است به ابعاد mm 700 كه در يك امتداد خود به تخته زيرين لولا شده است و لبه مقابل آن آزاد بوده و مي تواند حداكثر تا ارتفاع mm 40 بلند شود. جرم اين مجموعه Kg 16 است).
۲- قالب مخروطي مخصوص اين آزمايش را (كه داراي ارتفاع mm 200، قطر پايين mm 200، و قطر بالا mm 130 مي باشد) پس از مرطوب كردن جدا داخلي آن در وسط ميز قرار دهيد و با دو دست دستگيره هاي آن را گرفته و به ميز فشار دهيد تا در طول آزمايش تكان نخورد.

۳- نصف حجم قالب مخروطي را از بتن پر كرده و مشابه آزمايش اسلامپ، آن را با ۲۵ ضربه يك ميله استاندارد بكوبيد.
۴- نيمه فوقاني قالب مخروطي را بصورت لبريز از بتن پر كرده و مشابه آزمايش اسلامپ، آن را با ۲۵ ضربه يك ميله استاندارد بكوبيد، به طوريكه ميله از ضخامت لايه فوقاني عبور كرده و حداكثر mm 25 در لايه زيرين نفوذ نمايد.