سنگدانه های بتن و تاثیر آن بر دوام بتن

سنگدانه ها بخش عمده ای از بتن بوده و ممولا بین 60% تا 80% حجم بتن را اشغال می نمایند. خواص بتن تازه و نیز بتن سخت شده تحت تاثیر کیفیت سنگدانه ها بوده و با این وجود اغلب نقش آنها نادیده گرفته می شود. این مقاله به مرور خلاصه ای از الزامات کلی سنگدانه های بتن اختصاص یافته است که تمرکز اصلی آن بر روی چگونگی تاثیر سنگدانه ها بر دوام بتن می باشد. هرچند بیشتر سنگدانه ها محکم، سخت، از نظر حجمی پایدار، عاری از ناخالصی های مضر و از نظر شیمیایی خنثی می باشند، اما برخی از آنها ممکن است رفتار نامطلوبی داشته و منجر به گسیختگی زودهنگام بتن گردند. سنگدانه هایی که نسبت به سرما آسیب پذیر باشند، می توانند منجر به ترک خوردگی (که عموما ترک خوردگی دوامی، ترک خوردگی D یا ترک خوردگی خط D نامیده می شود) و تخریب بتن در معرض چرخه های یخ زدن و ذوب شدن در زمان بهره برداری گردند. 
به اجزاء مضر سنگدانه ها شامل مواد آلی، رس و لای، مواد زغالی و زغال سنگی، ذرات نرم و نمک ها، اختصاص یافته است. واکنش های قلیا- سنگدانه (AAR) ناشی از واکنش میان هیدروکسیدهای قلیایی حاصل از سیمان (و حاصل از دیگر منابع) با اجزاء ناپایدار سیلیسی (واکنش قلیایی- سیلیسی، ASR) یا کربنات ها (واکنش قلیایی- کربناتی، ACR) برخی از سنگدانه ها را پوشش می دهد. AAR می تواند منجر به انبساط و ترک خوردگی بتن گردد. علاوه بر توصیف مکانیزم های واکنش، اطلاعاتی درباره انجام آزمایش هایی جهت شناسایی سنگدانه های با قابلیت واکنش پذیری، راهکارهایی جهت جلوگیری از انبساط نامطلوب هنگام استفاده از سنگدانه های واکنش پذیر در بتن جدید، و روش هایی جهت کاهش و توقف انبساط در سازه های موجود تحت تاثیر AAR، ارائه می گردد.
ودر آخر رویکردهای آینده در تولید سنگدانه ها، شامل استفاده از ریزدانه های تولید شده و استفاده از بتن بازیافتی و دیگر مصالح ضایعاتی به عنوان سنگدانه ها را مورد بحث قرار می دهد.

الزامات عمومی سنگدانه ها برای استفاده در بتن

در اغلب موارد، سنگدانه ها در بتن سیمان پرتلند دارای عملکرد بسیار خوبی، می باشند. سنگدانه ها به دلیل آنکه حدود 60 تا 80 درصد کل حجم بتن را اشغال می نمایند، بسیاری از خواص کلیدی بتن تازه و سخت شده را تحت تاثیر قرار داده و همچنین منجر به عمر بلندمدت می گردند. سنگدانه ها همچنین هزینه کلی بتن را پایین آورده و به این ترتیب موجب می شوند که بتن از نظر اقتصادی، به یک محصول رقابتی تبدیل گردد. با توجه به اهمیت سنگدانه ها در بتن، درک این نکته ضروری است که خواص عمومی سنگدانه باید کیفیت بتن را تضمین نماید و همچنین باید موضوعات ممکن مربوط به دوام را مورد توجه قرار داد. برای تشریح دقیق تر خواص عمومی سنگدانه ها، مراجع مختلفی موجود می باشد. این مقاله کلینیک بتن ایران  به طور مختصر به بحث پیرامون الزامات عمومی سنگدانه ها، با تاکیدی بر چگونگی تاثیر احتمالی خواص سنگدانه ها بر دوام بلندمدت، می پردازد.
سنگدانه ها، مشخصات بتن تازه و سخت شده و دوام آن را تحت تاثیر قرار می دهند. در برخی موارد، تاثیر آنها حتی در مراحل اولیه کاملا مستقیم بوده (مثلا رسانایی حرارتی، مدول الاستیک) و در برخی موارد دیگر تا حدودی غیرمستقیم و بلند مدت می باشد (مثلا AAR).
مشخصات فیزیکی سنگدانه ها مانند دانه بندی، جذب، و چگالی مخصوص، خواص مهمی برای تعیین نسبت های اختلاط و کنترل کیفیت عمومی می باشند. این موارد همچنین از چند طریق می توانند برای دوام نیز مهم باشند. مثلا برا یبرخی انواع سنگدانه، مقادیر جذب و چگالی مخصوص می تواند به عنوان شاخص های مفیدی برای آسیب پذیری در برابر سرما، استفاده شود (همانگونه که در مقالات دیگر وب سایت کلینیک بتن ایران همراه با جزئیات بحث شد). دانه بندی، شکل و بافت سنگدانه ها، دارای اثرات قابل ملاحظه ای بر مصرف آب بتن تازه داشته و هر آبی که برای جبران کارآیی به بتن افزوده گردد، نفوذپذیری بتن را افزایش داده و آسیب ناشی از سرما را تشدید می نماید. وجود ریزذرات (یا ذرات سنگی عبوری از الک شماره 200) خصوصا بر مصرف آب بتن تاثیر می گذارد، به ویژه اگر این ریزذرات شامل رس باشند. سنگدانه ها دارای تاثیر مستقیمی بر خواص حرارتی بتن به ویژه، رسانایی حرارتی، گرمای ویژه و ضریب انبساط حرارتی (CTE) می باشند. مقادیر رسانایی حرارتی و گرمای ویژه سنگدانه ها، نقش کلیدی را در سنین اولیه اعضای بتنی حجیم برعهده دارند، زیرا این مقادیر مستقیما فرآیند انتقال گرما را تحت تاثیر قرار م یدهند. CTE دو عامل رفتار سنین اولیه و نیز پایداری حرارتی بلند مدت بتن را تحت تاثیر قرار می دهد. (در قالب اثراتی بر کرنش های حرارتی روزانه، انحنا و تاب برداشتن و غیره). هر چند که سنگدانه ها اساسا جمع شدگی و خزش بتن را به طور غیرمستقیم از طریق ایجاد مقاومت داخلی نسبت به این عوامل تغییر حجم، تحت تاثیر قرار می دهند، برخی مصالح سنگی ریزدانه خود ممکن است بر اثر خشک شدن دچار جمع شدگی گردند.

سنگدانه های بتن

خواص مکانیکی سنگدانه ها مانند مقاومت، مدول الاستیک، مقاومت سایشی (و سایش مرطوب)، و مقاومت در برابر سایش، همگی می توانند اثراتی بردوام داشته باشند. مقاومت سنگدانه ها می تواند تا حدی اثر کمتری بر بتن با مقاومت پایین (مثلا در حدود MPa 20 یا کمتر) داشته باشد، زیرا مقاومت پیوستگی معمولا پایین بوده و گسیختگی در اطراف سنگدانه ها اتفاق می افتد. برای مخلوط های بتن متراکم تر و محکم تر (مثلا بیش از MPa50)، مقاومت سنگدانه ممکن است مهم تر باشد، زیرا ناحیه انتقال میانی (ITZ) بسیار مقاوم و کم تخلخل بوده و گسیختگی می تواند در میان مصالح سنگی درشت دانه اتفاق بیفتد. مدول الاستیک سنگدانه ها، نقش مهمی در خواص سنین اولیه به ویژه در ارتباط با احتمال ترک خوردگی و خواص بلند مدت، مانند خیزها، برعهده دارد. از آنجا که سنگدانه های درشت دارای چنین نقش کلیدی در یختی بتن می باشند، اندازه گیری مدول الاستیک بتن حاوی یک سنگدانه مشخص، جایگزین خوبی برای تعیین سختی سنگدانه می باشد. مقاومت سنگدانه ها در برابر سایش هنگامی مهم می گردد که سایش سنگین سطح بتن مطرح باشد (مثلا کف انبارهای صنعتی یا سطوح در معرض چرخ های لاستیکی آجدار و غیره). مقاومت سایشی همچنین می تواند عاملی در شکست سنگدانه ها حین حمل و نقل، اختلاط و بتن ریزی باشد. آزمایشات سایش خشک، مانند آزمایش سایش لوس آنجلس (AASHTO T 96 (LA)، شامل چرخش سنگدانه ها در یک محفظه آزمایش با گوی های فولادی به عنوان بارها می باشد. در سال های اخیر، تمایل به سمت آزمایش های سایش مرطوب، مانند آزمایش (CSA A23-23A, AASHTO T327) Micro-Deval بوده است که نوع خرابی مشاهده شده بتن در محل را بهتر نشان می دهند. مقاومت یک سنگدانه در برابر سایش به ویژه برای روسازی ها و دیگر کارهای سطوح صاف، مهم می باشد.

پرطرفدارترین مطالب ما را از دست ندهید!
تعیین حداکثر فاصله بین دو ستون بتنی بر چه اساس تعیین می شود ؟
دوغاب چیست
بررسی انواع مواد افزودنی بتن و کاربرد آنها

عموما سطح بالایی بتن پر از ملات می باشد که در آن، مقاومت جلادهی سنگدانه های ریز، رفتار را کنترل می کند. اگرچه روش هایی برای اندازه گیری میزان جلادهی سنگدانه ها یا بتن حاوی سنگدانه ها وجود دارد، اما این روش ها اغلب در بسیاری محل ها در اختیار نمی باشند. آزمایشاتی که به طور غیرمستقیم مقاومت جلادهی را اندازه گیری می نمایند، مانند آزمایش نامحلول اسید (ASTM D3042)، بر روی ترکیب سنگدانه و ارتباط طبیعی آن با مقاومت جلادهی متمرکز می باشند. آزمایش نامحلولی اسید، مقدار مواد غیرکربناتی (معمولا سیلیسی) در نمونه سنگدانه را تخمین می زند؛ این اطلاعات می تواند مفید باشد، زیرا هر چه بخش نامحلول اسید بیشتر باشد، مقاومت جلادهی بالاتر بوده و در نتیجه مقاومت لغزشی روسازی بهبود می یابد. به طور کلی، ماسه های آهکی نسبت به ماسه های طبیعی جلاپذیری بیشتری دارند و برخی نمایندگی ها و مالکان، مقدار کربنات ها در ماسه ها را محدود می نمایند. خواص شیمیایی یا معدنی سنگدانه ها می تواند تا حد زیادی بر عملکرد بتن و دوام بلندمدت تاثیر بگذارد. اثرات معدنی، سنگدانه، و ساختار حفره ای، به طور ویژه با واکنش قلیا- سنگدانه و مقاومت در برابر سرما مرتبط می باشد. وجود ناخالصی ها و اجزاء مضر و اثر آنها بر دوام مورد بحث قرار می گیرد.