سنگدانه ها در بتن با رویکرد تاثیر در کاهش مصرف سیمان


استفاده از سنگدانه شکسته باعث کاهش اسلامپ و کارايي، کاهش قابليت پمپ پذيري، افزايش فضاهاي خالي و احتمال کرمو شدگي بتن و افزايش آب اختلاط مي‌شود. از سوی دیگر اتصال و درگیری خمیر سیمان به سنگدانه‌های شکسته بهتر انجام می‌پذیرد. همچنین در صورت استفاده از سنگدانه هاي گرد گوشه با اينکه مقاومت فشاری بتن ساخته شده (با نسبت آب به سیمان مساوی) کمتر از حالت قبلی است اما رواني و کارآئی را بهبود می‌بخشد. در صورت امکان در پروژه‌های مهم برای بخش درشت دانه از سنگدانه‌های شکسته یا نیمه شکسته و برای بخش ریزدانه از سنگدانه گردگوشه استفاده شود


با افزايش حداکثر اندازه سنگدانه مي توانيم با مصرف سيمان کمتري به اسلامپ مشخص برسيم. تغييرات دانه بندي به طور جدي بر روي يکنواختي بتن تاثير گذار است. چنانچه در دانه بندي سنگدانه درشت تغييرات وسيعي روي دهد، براي توليد بتن کارا بايد نسبتهاي مخلوط را تغيير داد. از آنجا که پيش بيني تغييرات، کار دشواري است، اغلب حفظ يکنواختي در توليد و جا به جايي هر یک از سنگدانه های درشت و ریز اقتصادي تر بوده و تغییرات پی در پی معادن آنها که باعث تغییرات زیاد در دانه بندی می‌شود توصیه نمی‌گردد
بنابراين بهتر است دانه بندي مصالح سنگي ریز و درشت، در محدوده مشخص شده در نمودارهاي استاندارد هاي معتبر قرار گرفته و از تغییرات قابل ملاحضه آن در طول ساخت جلوگیری شود. در شکل1-2 محدوده دانه بندي سنگدانه ریز براي بتن مطابق استاندارد 302 ايران ارائه شده است. در ادامه لازم بذکر است که ماسه‌هاي خيلي ريز غالبا غير اقتصادي هستند؛ و ماسه بسيار درشت مخلوطهاي زبر و ناکارا توليد مي کنند. استفاده از سنگدانه مخلوط با حداکثر اندازه اسمي بزرگتر و سنگدانه هايي كه داراي منحني دانه بندي پيوسته اي بوده و برخي از اندازه دانه ها در آنها بسيار كم يا بسيار زياد نباشد، معمولاً رضايت بخش‌ترين نتايج را ارايه مي دهند و باعث اقتصادي‌تر شدن پروژه مي گردد؛ زيرا با اين کار سطح مخصوص سنگدانه و در پي آن فضاي خالي بين سنگدانه‌ها کاهش مي يابد و از اين رو براي پر کردن فضاي خالي بين سنگدانه ها به خمير سيمان کمتري نياز داريم که موجب کاهش مصرف سيمان و همچنين بهبود کارآئی بتن مي شود. به طورکلي توليد بتن رضايت بخش و اقتصادي، مستلزم سنگدانه هايي با مقدار فضاي خالي کم، اما نه کمترين مقدار است.

مقدار مدول نرمي ماسه تاثيرات قابل ملاحظه اي روي کارآئی بتن دارد. استفاده از سنگدانه با دانه بندي گسسته يا با مدول نرمي زیاد باعث خشن شدن بتن و کاهش کارآئی مي شود و لذا مصرف سيمان افزايش مي يابد.
براي بتني با مواد سيماني و رواني ثابت، ترکيب بهينه اي از سنگدانه ها وجود دارد که به ايجاد نسبت آب به سيمان کمینه و بهینه و در ادامه بيشترين مقاومت منجر مي گردد که دست يابي به اين ترکيب بهينه در طرح اختلاط بتن موجب کاهش قابل توجه سيمان در بتن مي شود.
سنگدانه تاثير به سزايي بر جمع شدگي ناشي از خشک شدن بتن دارد. با توجه به آن که خمير سيمان قابليت جمع شدگي زيادي دارد، براي کنترل اين جمع شدگي از سنگدانه استفاده مي شود. سنگدانه ها به وسيله ايجاد قيد در برابر جمع شدن خمير سيمان و کم کردن اثر جمع شدگي خمير سيمان به واسطه کاهش مقدار آن، جمع شدگي بتن و ملات را کاهش مي دهند.
عوامل مربوط به سنگدانه که بر جمع شدگي ناشي از خشک شدن بتن تاثير مي گذارند عبارتند از:
1- سختي، تراکم پذيري يا مدول ارتجاعي
2- خواصي از سنگدانه که بر مقدار آب مورد نياز بتن و مقدار سنگدانه تاثير مي گذارند
3- خواصي از سنگدانه که بر پيوستگي بين خمير سيمان و سنگدانه تاثير مي گذارد
4- وجود رس بر روي سنگدانه يا داخل سنگدانه ها که موجب جمع شدگي واقعي سنگدانه ها در هنگام خشک شدن مي شود و اثر قيدي سنگدانه ها را براي کاهش جمع شدگي کم مي کند.
مقدار آب بتن نيز بر جمع شدگي حين خشک شدن تاثير مي گذارد. بنابراين خواص مختلف سنگدانه که بر مقدار آب بتن تاثير مي گذارند، از جمله عوامل موثر بر مقدار جمع شدگي ناشي از خشک شدن بتن هستند. از جمله اين خواص تاثير گذار مي توان به شکل دانه ها، بافت سطحي، دانه بندي، بزرگترين اندازه اسمي سنگدانه و درصد سنگدانه ريز اشاره کرد. سنگدانه ها با جذب آب زیاد در اثر خشک شدن دچار جمع شدگي زيادي مي شوند.
عدم توجه به رطوبت سنگدانه در هنگام اختلاط باعث تغییر کيفيت بتن توليدي و در برخی موارد کاهش مقاومت مي شود که براي جبران آن بايد سيمان به مخلوط اضافه شود و در نتيجه مصرف سيمان افزايش مي يابد. علاوه بر آن تغییرات زیاد در کیفیت بتن تولیدی باعث افزایش انحراف معیار شده که خود به نوبه خود در افزایش مقدار سیمان تاثیر خواهد داشت. وجود ناخالصي در سنگدانه در بیشتر موارد باعث افزايش مدت زمان گيرش، کاهش مقدار مقاومت بتن توليدي، افزايش مقدار آب اختلاط و افزايش جمع شدگي شده که براي رفع برخی از اين مشکلات مجبور به افزايش مصرف سيمان هستيم.
نسبت هاي اختلاط بتن و ويژگي هاي مصالح، مقدار هوا، اسلامپ، کاربرد مواد افزودني معدني و به ويژه تيز گوشگي و دانه بندي سنگدانه ريز از جمله عواملي هستند که بر آب انداختگي بتن تاثير مي گذارند. تيز گوشگي و دانه بندي سنگدانه، مقدار آب انداختگي و نسبت هاي اختلاط بتن از عوامل تاثير گذار بر پرداخت پذيري بتن هستند. استفاده از سنگدانه ريز، ترکيب کردن با ماسه طبيعي، بهبود و کنترل دانه بندي سنگدانه ريز توليدي از جمله عواملي هستند که مي توانند آب انداختگي را کاهش داده و کار پذيري را بهبود ببخشند. وقتی که سنگدانه‌های ریز شکسته حاوی مقدار زیادی از مواد خیلی ریز باشند (تا حدود 15 درصد عبور کرده از الک نمره 100) آب انداختن کاهش می‌یابد. ولی این مواد بسیار ریز باید فقط از گرد سنگ شکسته تشکیل شده و خاک رس نباشند. قابل ذکر است احتمال آب انداختن در مخلوط های پر سیمان کمتر از مخلوط های کم سیمان است. افزودن مواد پوزولانی (خاکستر بادی یا دوده سیلیس) و یا پودر آلومینیوم به مخلوط بتن مقدار آب انداختن را به طور چشم‌گیری کاهش می‌دهد.


جداشدگي سبب مي‌شود متراکم کردن مخلوط بتن به درستي انجام نشود و مي‌دانيم متراکم کردن مخلوط بتن امري ضروري مي‌باشد و در صورت عدم متراکم کردن صحيح مشکلات زيادي براي بتن ايجاد مي‌شود و عملاً از کارايي خارج مي‌شود. جداشدگی را می‌توان با انتخاب دانه‌بندی مناسب و دقت در نحوه جا‌به‌‌جا نمودن بتن، کنترل نمود. سنگدانه هاي گرد و کوچک نسبت به سنگدانه هاي درشت و مصالح ريز دانه مرطوب نسبت به مصالح خشک کمتر دچار جداشدگي مي شوند. وقتی که مخلوط بتن کم سیمان به کار برده می‌شود، با برخی از دانه‌بندی‌ها، اگر مخلوط خیلی خشک باشد، ممکن است جداشدگی (سنگدانه های درشت تر تمایل به جداشدن دارند) رخ دهد. همچنین افزودن آب در این حالت، چسبندگی را بهبود می‌بخشد اما وقتی آب مخلوط خیلی زیاد شود، باز هم جداشدگی (جدا شدن دوغاب سیمان از مخلوط) رخ می‌دهد.
بايد قبل از استفاده از سنگدانه آن را از نظر واکنش زايي آزمايش کرد تا بتن سخت شده در دراز مدت دچار خرابي نشود.