مقاله در مورد آزمایش دانه بندی سنگدانه ها ( بتن )

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 مقاله در مورد آزمایش دانه بندی سنگدانه ها ( بتن ) دارای ۷۲ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله در مورد آزمایش دانه بندی سنگدانه ها ( بتن )  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله در مورد آزمایش دانه بندی سنگدانه ها ( بتن )،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن مقاله در مورد آزمایش دانه بندی سنگدانه ها ( بتن ) :

آزمایش دانه بندی سنگدانه ها ) بتن 

مقدمه:
یکی از عوامل موثر در مقاومت بتن (بطور غیرمستقیم)، رعایت ضوابط دانه بندی شن و ماسه است که در طرح مخلوط بتن اهمیت زیادی دارد. از نظر تئوری، دانه بندی خوب به قسمی است که دانه های ریزتر فضای خالی بین دانه های درشت تر را پر کنند و باعث تراکم هرچه بیشتر شن و ماسه در بتن شوند. تراکم بیشتر بتن باعث افزایش وزن مخصوص و همچنین مقاومت آن نسبت به نمونه مشابه می شود. با مقاومت ثابت، بتن با دانه بندی بهتر احتیاج به سیمان کمتری دارد و چون سیمان از مصالح نسبتاً گران است، لذا دانه بندی بهتر اقتصادی تر است.

دانه بندی یعنی عمل تقسیم سنگدانه ها به بخش های مختلف ذرات هم اندازه و تعیین توزیع وزنی آنها. در عمل هر بخش حاوی ذرات بین حدود اندازه ایی معین می باشد که این حدود همان اندازه های چشمه های الک های استاندارد هستند. برای درک بهتر، این توزیع با منحنی نشان داده می شود (منحنی دانه بندی).
باید متذکر شد که هیچگونه منحنی دانه بندی ایده آل وجود ندارد ولی هدف، حصول یک حد اعتدال است. سوای الزامات فیزیکی، جنبه های اقتصادی را هم نباید فراموش نمود. بتن باید با مصالحی ساخته شود که بتوان آنها را با هزینه کم تولید نمود و بنابراین نمی توان هیچگونه محدودیت های بسیار باریکی را برای سنگدانه ها قایل شد. پیشنهاد شده است که عوامل اصلی کنترل کننده دانه بندی مطلوب سنگدانه ها عبارتند از: مساحت سطح سنگدانه ها (تعیین کننده مقدار آب لازم برای تر نمودن تمامی مواد جامد). حجم نسبی اشغال شده بوسیله سنگدانه ها، کارایی بتن و تمایل به جداشدگی مواد از یکدیگر.

مدول نرمی عدد منفردی است که از نتایج آزمایش دانه بندی ماسه بدست می آید و برابر است با مجموع درصد های تجمعی مانده روی الک No.100 و الک های بالای آن مستقیم بر صد. این عدد نشان دهنده متوسط اندازه دانه های ماسه است، بطوریکه مدول نرمی کم نشان دهنده ریز دانه بودن ماسه و مدول نرمی زیاد نشان دهنده درشت دانه بودن ماسه است. واضح است که یک عدد متوسط نمی تواند معرف یک توزیع باشد، لذا مدول نرمی نمی تواند معرف منحنی های دانه بندی مختلف باشد. از مدول نرمی در ارزیابی سنگدانه ها و بعضی روش های طرح اختلاط بتن استفاده می شود.

استاندارد ASTM-C33 تصریح کرده است که مدول نرمی ماسه مورد استفاده برای ساخت بتن باید بین ۳/۲ تا ۱/۳ باشد.

مراحل آزمایش
۱- از دپوی مصالح سنگی آزمایشگاه به میزان gr4000 ماسه و یا gr 10000 شن خشک نمونه برداری نمایید. نمونه سنگدانه باید نماینده کل توده سنگدانه باشد، در غیر اینصورت نتایج آزمایش قابل استناد نخواهد بود. برای اینکار سعی کنید نمونه سنگدانه ها از قسمت های مختلف دپو تهیه شده باشد.

۲- نمونه را کاملاً مخلوط نموده و میزان آن را به مقدار مناسبی (در حدود gr 1000 برای ماسه و gr 2500 برای شن) برای انجام آزمایش کاهش دهید. برای اینکار از روشی موسوم به روش کوارتر یا روش چهار – دو استفاده کنید. نمونه سنگدانه ها را بر روی یک سطح صاف پخش کنید. با وسیله مناسبی آن را به چهار قسمت تقریباً مساوی تقسیم نمایید. دو قسمت از این چهار قسمت را که بصورت ضربدری مقابل یکدیگر هستند انتخاب نموده و بقیه دانه ها را کنار بگذارید. باین دو قسمت را با هم کاملاً مخلوط کرده و دوبار عمل چهار – دو را روی آن انجام دهید. سنگدانه های باقیمانده را وزن نمایید.

۳- معمولاً الک های مناسب برای دانه بندی یک نمونه ماسه بشرح زیر می باشند:
No.100 No.50 No.30 No.16 No.8 No.4 3/8” شماره یا اندازه الک
۰۱۵ ۰۳۰ ۰۶۰ ۱۱۸ ۲۳۶ ۴۷۵ ۹۵۰ اندازه چشمه (mm)

و برای شن از الک های زیر استفاده می شود:
No.8 No.4 3/8” ½” ¾” ۱” شماره یا اندازه الک
۲۳۶ ۴۷۵ ۹۵۰ ۱۲۵۰ ۱۹۰ ۲۵۰ اندازه چشمه (mm)

هر یک از الک های فوق را پس از تمیز نمودن با برس مناسب، وزن کرده و آنها را به ترتیب اندازه روی هم سورا نمایید. یک سینی الک را نیز پس از تمیز نمودن وزن کرده در زیر مجموعه الک ها قرار دهید و سنگدانه های حاصل از روش چهار – دو را با دقت روی الک بالایی (الک ۹۵۰mm برای ماسه و الک ۲۵mm برای شن) بریزید. آنگاه یک درپوش روی مجموعه الک ها بگذارید.

۴- مجموعه فوق باید بطریق مناسبی تکان داده شود تا دانه های سنگی فرصت عبور از چشمه های الک را بیابند و بر حسب اندازه شان روی الک های مختلف متوقف شوند. برای اینکار از دستگاه شیکر (لرزاننده یا تکان دهنده) مخصوص الک استفاده نمایید. مجموعه الک ها بهمراه درپوش و سینی را روی دستگاه قرار داده، پیچ های آن را کاملا محکوم نموده و دستگاه را روشن کنید. اجازه دهید الک ها حدود ۱۵-۱۰ دقیقه لرزاننده شوند. سپس دستگاه لرزاننده را خاموش کرده و مجموعه الک ها را از روی آن بردارید.

۵- الک ها را با دقت (بطوری که مصالح مانده روی آنها هدر نرود) از یکدیگر جدا کرده و هریک را به مراه مصالح درونشان وزن نمایید. این کار را برای سینی نیز انجام دهید.

آزمایش ارزش ماسه ای
(Sand Equivalent Value)
[ASTM – D2418]

مقدمه:
سه گروه کلی از مواد زیان آور وجود دارند که ممکن است در سنگدانه ها یافت شوند: ناخالصی ها، دانه های ضعیف یا ناسالم، و قشرهای پوششی (ریزدانه های ناخواسته) ناخالصی ها در فرآیند هیدراتاسیون سیمان دخالت می کنند و می توانند در واکنش ها اختلال بوجود آورند؛ دانه های ضعیف و ناسالم و پوسیده دلیل نداشتن مقاومت کافی خواص مکانیکی بتن را تحت تاثیر قرار

می دهند؛ قشرهای پوششی (ریزدانه های ناخواسته) از توسعه پیوستگی کامل بین سنگ دانه و خمیر سیمان جلوگیری بعمل می آورند. این آزمایش به منظور تعیین مقدار نسبی مواد ریزدانه مانند رس، سیلت، لای و یا گرد و غبار که ممکن است بصورت قشری از لایه های سطحی بر روی ماسه وجود داشته باشند بکار می رود. اندازه این ذرات ریز دانه، کوچکتر از ۰۰۷۵ mm (زیر الک No.200) می باشد.

اگر ریزدانه ها بیش از حد معینی در ماسه وجود داشته باشند، موجب معایب زیر می گردند:
اولاً مانند فیلم نازکی دور سنگدانه را گرفته و مانع از چسبیدن کامل خمیر سیمان به آنها می شوند. ثانیاً بعلت دارا بودن سطح جانبی زیاد، آب زیادی از مخلوط جذب کرده و میزان آب لازم برای تر نمودن کلیه سنگدانه ها را افزایش می دهند. ثالثاً اگر از جنس رس باشند، با مکیدن آب متورم شده و پس از خشک شدن وانقباض، باعث ایجاد ترک در بتن می شوند.

ارزش ماسه ای یک نسبت حجمی است که برابر است با حجم ماسه بخش بر حجم کل مصالح (شامل ماسه و ریزدانه های ناخواسته) ضربدر صد.
توجه داشته باشید که ارزش ماسه ای مناسب برای کاربردهای مختلف، متفاوت است. برای ساخت بتن حد پایین آن بین ۷۵% تا ۸۵% و حد بالای آن کمتر از ۱۰۰% توصیه می شود. علت توصیه این حد بالا برای ارزش ماسه ای این است که اگر ماسه حاوی مقدار کمی ذرات ریزدانه (زیر الک No.200) باشد، برای پر کردن قدری از تخلخل خمیر سیمان مناسب خواهد بود.

مراحل آزمایش
۱- مقدار ۴±۰۱in محلول استوک را داخل استوانه مدرج مخصوص آزمایش بریزید. (علت استفاده از محلول استوک، تسریع در زمان ته نشینی ذرات درشت تر ماسه، و معلق نگه داشتن ذرات ریزدانه است. برای تهیه محلول استوک پایه، gr454 کلرور کلسیم بی آب را در lit 89/1 آب مقطر حل کرده، بعد از سرد شدن و عبور از کاغذ صافی، gr 2050 گلیسیرین و gr47 فرم آلدئید (۴۰% حجمی) به

آن اضافه نموده خوب بهم می زنند و سپس با آب آن را تا حجم lit 80/3 رقیق می نمایند. اکنون cc 5 ± ۸۵ از این محلول پایه را مجدداً در lit 80/3 آب رقیق نموده تا محلول استوک کاری بدست آید)
۲- به اندازه cc 80 یا gr 110 ماسه رد شده از الک No.4 (که ترجیحاً کمی مرطوب بوده و به روش کوارتر تهیه شده باشد) را با دقت داخل استوانه مدرج محتوی محلول استوک، اضافه نمایید.

۳- چند بار با کف دست، به پایین استوانه مدرج ضربه بزنید تا حباب های هوای محبوس خارج شده و نمونه بتواند به طور کامل به محلول آغشته شود.
۴- اجازه دهید تا استوانه مدرج بهمراه محتویات آن برای مدت min 1 ± ۱۰ ساکن بمانند تا محلول استوک دانه های ماسه را کاملا تر کند.

۵- در پایان فاصله زمانی ده دقیقه، با یک چوب پنبه مناسب سر استوانه را ببندید و ماسه چسبیده به پایین استوانه مدرج را از طریق معکوس کردن نسبی استوانه و تکان دادن همزمان آن) آزاد کنید.
۶- بمنظور جداسازی ذرات ریزدانه از سطح دانه های ماسه و باز کردن کلوخه های رسی موجود در مخلوط استوانه مدرج و محتویات آن را به یکی از روش های زیر تکان دهید:

روش شیکر مکانیکی: استوانه مدرج – که سر آن توسط چوب پنبه بسته شده است – را روی لرزاننده مخصوص آزمایش ارزش ماسه ای قرار داده، پیچ آن را محکم کنید و با تنظیم تایمر آن sec 1 ± ۴ استوانه و محتویات آن را تکان دهید.
روش دستی: استوانه مدرج را در وضعیت افقی نگاه دارید و در امتداد طول استوانه بشدت تکان دهدی، اینکار را ۹۰ بار، در مدت حدوداً سی ثانیه، بطوری که استوانه در خط افق بمیزان mm3±۲۳ حرکت کند، تکرار کنید (هر بار شامل یک رفت و برگشت می باشد). برای تکان دادن بطور صحیح با این سرعت، لازم است بدن و شانه ها در وضعیت راحتی بوده و تکان دادن فقط توسط ساعد انجام گیرد.

پس از اتمام عمل لرزاندن، استوانه را بصورت ایستاده روی میز قرار دهید و چوب پنبه را از سر استوانه بردارید.
۷- اکنون باید ماسه شستشو گردد تا ریز دانه ها از لابلای دانه های ماسه خارج شوند. در حین عمل شستشو، استوانه را بصورت عمودی و کف آن را در تماس با میز کار نگه دارید. لوله شستشو دهنده متصل به مخزن محلول استوک را از بالای استوانه وارد کرده، گیره فنری عبور محلول را آزاد کرده تا محلول استوک با فشار از انتهای آن خارج شود و در حالیکه لوله شستشو به پایین استوانه

هدایت می شود، مصالح چسبیده به دیواره داخلی استوانه را آبکشی نمایید. وقتی انتهای لوله به سطح ماسه رسید، در حالیکه محلول از آن خارج می شود، با اعمال کمی نیرو و چرخاندن و تکان دادن، آن را تا پایین استوانه و زیر ماسه هدایت کنید. این عمل باعث خروج ریز دانه ها از لابلای ماسه بطرف بالا و تعلیق آنها در بالای دانه های درشتر ماسه می شود.

۸- در حالیکه ریزدانه ها به طرف بالا رانده می شوند، عمل چرخاندن و تکان دادن را ادامه دهید تا استوانه تا درجه in 15 از محلول پر شود. سپس لوله شستشو دهنده را بدون قطع جریان محلول، به آرامی بالا آورده و خارج کنید تا سطح محلول در حدود in 115 نگه داشته شود.
۹- اجازه دهید استوانه و محتویات آن برای مدت Sec 15 ± min 20 ساکن بمانند. شروع این زمان را درست پس از خارج کردن لوله شستشو دهنده از استوانه در نظر بگیرید.

۱۰- در پایان بیست دقیقه زمان ته نشینی، سطح بالای ریزدانه های معلق مانده را قرائت و یادداشت کنید. این سطح «قرائت ریزدانه» خوانده می شود. اگر در این فاصله زمانی، سطح مشخصی از ریزدانه ها تشکیل نشد، اجازه دهید استوانه تا زمانی که مرز مشخصی از ریزدانه ها تشکیل شود، ساکن بماند. اگر این زمان بیش از سی دقیقه شد، آزمایش باید با سه نمونه تکرار گردد و قرائت ریزدانه مربوط به نمونه ایی که کمترین زمان تشکیل سطح مشخص ریزدانه ها را داشت، ملاک قرار گیرد.

۱۱—بعد از قرائت سطح ریزدانه های معلق مانده، سنبه مخصوص آزمایش را از بالا وارد استوانه کنید و به آرامی پایین آورده تا نشیمن گاه پایینی آن روی سطح ماسه بنشیند (سنبه را روی ماسه فشار ندهید). بر روی سنبه، یک زائده پلاستیکی وجود دارد که فاصله آن تا نشیمن گاه سنبه in 10 است. عدد منطبق بر این زائده را روی استوانه قرائت و یادداشت کنید. واضح است که اگر از این عدد، ده واحد کم کنید، سطح بالای ماسه ته نشین شده بدست می آید. این سطح «قرائت ماسه» خوانده می شود.

نتایج حاصله
ارزش ماسه ای برابر است با
حجم ماسه بخش بر حجم کل مصالح ضربدر صد
۱۰۰ (قرائت ریزدانه / قرائت ماسه) = S.E

آزمایش مقاومت فشاری سنگدانه ها
(Compressive Strength of Aggregates)
[BS812-P110]

مقدمه:
سنگدانه ها در بتن حدود ۶۵% تا ۷۵% حجم آنرا تشکیل می دهند، لذا طبیعتاً خصوصیات سنگدانه ها در خصوصیات بتن ساخته شده با آنها، تاثیر گذار است. از بین خصوصیات مختلف سنگدانه ها، در این آزمایش توجه خود را به مقاومت فشاری آنها معطوف می کنیم.

مسلم است که مقاومت فشاری بتن، نمی تواند به میزان قابل توجهی از مقاومت قسمت عمده سنگدانه هایی که در آن قرار دارند، بیشتر باشد. حتی مشخص شده است که مقاومت لازم برای سنگدانه ها، به میزان قابل توجهی بیشتر از حدود مقاومت های معمولی بتن می باشد: زیرا تنش های واقعی اعمال شده در فصل مشترک هر یک از ذرات در داخل بتن، ممکن است خیلی بیشتر از تنش فشاری اسمی اعمال شده به بتن باشد.

اگر سنگدانه های تحت آزمایش، سبب ایجاد مقاومت فشاری کمتر بتن گردند و به ویژه اگر پس از خرد شدن نمونه بتن، تعداد زیای از سنگدانه ها شکسته شده باشند، در اینصورت مقاومت سنگدانه ها کمتر از مقاومت فشاری اسمی مخلوط بتن ساخته شده با آنها خواهد بود. بطور کلی مقاومت و الاستیسیته سنگدانه ها به ترکیبات، بافت و ساختار آنها بستگی دارد. مقاومت کم سنگدانه ها ممکن است ناشی از ضعیف بودن ذرات تشکیل دهنده آنها باشد و یا اینکه ذرات مقاومت کافی داشته باشند ولی خوب به یکدیگر بافته نشده و بهم نچسبیده باشند.

از طرفی آن دسته از سنگدانه ها که مقاومت و مدول الاستیسیته آنها متوسط یا کم است، می توانند به لحاظ حفظ یکپارچگی بتن با ارزش باشند. تراکم پذیری سنگدانه ها از فشار داخلی خواهد کاست. در حالی که ممکن است سنگدانه های سخت و صلب، سبب ترک برداشتن خمیر سیمانی که آنها را احاطه نموده است، گردند. ناسازگاری فاحش بین مدول الاستیسیته سنگدانه ها و خمیر سیمان هیدراته شده، بطور نامطلوبی سبب افزایش ترک های مویینه در فصل مشترک خمیر و سنگدانه می گردد.

بهترین راه برای پی بردن به عملکرد و مقاومت نوع خاصی از سنگدانه ها در بتن، ساخت نمونه های آزمایش بتن با آنهاست. در این آزمایش، درصد خرد شدگی سنگدانه ها در اثر اعمال نیروی فشاری مشخص در زمان معین بدست می آید و با استناد به تجربیات موجود در این زمینه، مقاومت فشاری سنگدانه ها از درصد خردشدگی آنها بدست می آید. بنابراین، آزمایش مقاومت فشاری سنگدانه ها، یک آزمایش غیر مستقیم و تقریبی است.

مراحل آزمایش
۱- gr 3000 سنگدانه، با اندازه دانه های بین mm 10 تا ۲۰ یا mm 20 تا ۴۰ تهیه نمایید.
۲- سنگدانه ها را از فاصله معینی داخل سیلندر فولادی mm150 150 ریخته، پیستون مخصوص را داخل سیلندر و بر روی سنگدانه ها قرار داده و مجموعه را داخل ماشین فشار قرار دهید.
۳- دستگاه را روشن کنید تا بعد از مدتی، اعمال نیرو به سنگدانه ها آغاز شود. وقتی مقدار نیرو به KN 210 رسید، دستگاه را خاموش کنید. از لحظه شروع اعمال نیرو تا رسیدن به مقدار KN 210 باید حدود ۵/۲ دقیقه طول بکشد.

۴- سنگدانه ها را از داخل سیلندر خارج کنید. اگر سنگدانه های اولیه بین mm 10 تا ۲۰ بوده اند، آنها را از الک (mm36/2) No.8 و اگر بین mm 20 تا ۴۰ بوده اند، آنها را از الک (mm 75/4) No.4 عبور دهید. مصالح عبور کرده را در آون خشک نمایید و سپس انها را وزن کنید.
۵- با تقسیم وزن مصالح عبور کرده از الک بر وزن اولیه مصالح، درصد خردشدگی سنگدانه ها را محاسبه کنید و با استفاده از جدول ضمیمه، مقاومت فشاری سنگدانه ها را تخمین بزنید.

طرح اختلاط بتن
(Concrete Mix Design)
[ACI 211.1]
مقدمه:
مسئله طرح اختلاط بتن، اساساً عبارتست از انتخاب مقادیر مناسب سیمان، سنگدانه های ریز (ماسه)، سنگدانه های درشت (شن)، و آب، برای ساخت بتنی با خواص معین که اقتصادی نیز باشد (این مقادیر معمولاً بر حسب وزن اجزا در واحد حجم بتن بیان می شوند). در بسیاری از مواقع مواد دیگری نیز بعنوان مواد افزودنی بکار می روند.

مهمترین خواصی که معمولاً از بتن انتظار می رود عبارتند از:
۱- کارایی بتن تازه ، ۲- مقاومت فشاری بتن سخت شده و ۳- دوام (پایایی) بتن سخت شده. (همچنین وزن مخصوص، مدول الاستیسیته، مقاومت کششی و 😉
دوام کافی برای هر بتن به شرایط محیطی که بتن در معرض آن قرار خواهد گرفت بستگی خواهد داشت. در یک طرح مخلوط مناسب، تاثیر هر یک از عوامل مخرب محیطی در جای مناسب در نظر گرفته شده و تدابیر مناسب جهت تامین دوام کافی اتخاذ خواهد گردید. این تدابیر معمولا با مشخص کردن حداکثر نسبت آب به سیمان (حداقل سیمان مصرفی) و در بعضی مواقع با محدود کردن نوع مصالح مصرفی انجام می شود.

مقاومت فشاری بتن در بین خواص فوق شاید مهمترین باشد و معمولا توسط طراح سازه، با توجه به نیازهای سازه ایی و شرایط اجرایی و کارگاهی تعیین می شود و مجری کار (پیمانکار) نیز موظف به تامین این مقاومت خواهد بود. با توجه به اینکه آیین نامه بتن ایران، کاربرد بتن با مقاومت فشاری نمونه استوانه ایی ۲۸ روزه کمتر از Mpa 16 را برای بتن مسلح مجاز نمی داند، در کارهای عملی معمولی و کم اهمیت، مقاومت فشاری بتن Mpa 20 تا Mpa 25 و در کارهای مهمتر تا Mpa 40 در نظر گرفته می شود.

کارایی به سهولت در حمل و ریختن بتن در قالب، تراکم و پرداخت سطح آن (بدون ایجاد جدا شدگی) اطلاق می شود و معمولاً توسط مجری کار تعیین می شود. میزان کارایی لازم مخلوط با در نظر گرفتن شرایط کار ساختمانی از جمله سطح قطعه بتنی، میزان میل گرد موجود در قطعه، وسایل موجود برای تراکم، و ; انتخاب می شود؛ یعنی مثلا یک کارایی مناسب برای بتن حجیم، الزاماً برای مقطع نازک، غیرقابل دسترسی و یا با میلگرد زیاد کافی نخواهد بود.

مراحل طرح اختلاط
موسسه بتن آمریکا (ACI) روشی را برای انتخاب نسبت های مخلوط بتن حاوی سیمان پرتلند به تنهایی و یا همراه سایر مواد سیمانی و همچنین حاوی مواد افزودنی توصیف نموده است. لازم به تاکید است که این روش، تقریب اولیه ای از نسبت های مصالح است که باید در تهیه مخلوط های آزمایشی بکار روند. مخلوط های آزمایشی پس از تهیه، باید اصلاح شوند تا طرح مورد نظر حاصل شود.

گام اول: تعیین خواص بتن و مشخصات مصالح مصرفی. حداقل داده های زیر را جمع آوری کنید:
اسلامپ : اگر اسلامپ تعیین نشده است، مقدار مناسب برای کار مورد نظر را می توان از جدول ۱ انتخاب کرد. از مخلوط های با کمترین اسلامپ، یعنی کمترین روانی، که می توان بدون جداشدگی آن را جایگذاری و متراکم کرد باید استفاده شود.

مقاومت فشاری ۲۸ روزه. با توجه به نیازهای سازه ایی و شرایط اجرایی تعیین می شود.
اندازه حداکثر سنگدانه. بطور کلی حداکثر اندازه سنگدانه درشت (شن)، باید بزرگترین اندازه ایی باشد که موجود و اقتصادی است و با ابعاد سازه نیز مطابقت داشته باشد. در هیچ صورتی اندازه حداکثر سنگدانه نباید از یک پنجم کوچکترین بعد بین طرفین قالب ها، یک سوم ضخامت دال ها، یا سه چهارم حداقل فاصله آزاد بین میلگردها بیشتر باشد.

مدول نرومی ماسه. با انجام آزمایش، مدول نرمی ماسه مورد استفاده را بدست آورید.
چگالی انبوهی شن. با انجام آزمایش، چگالی انبوهی شن خشک میله خورده را بدست آورید (شن خشک را در سه لایه درون پیمانه مخصوص بریزید و هر لایه را با ۲۵ ضربه کوبه استاندارد متراکم کنید. حاصل تقسیم جرم شن درون پیمانه بر حجم پیمانه ، چگالی است).
گام دوم:
تخمین آب مخلوط و مقدار هوا. آب در مخلوط بتن، به سه دلیل مصرف می شود: ۱) برای هیدراته شدن سیمان و تولید خمیر چسباننده ۲) مرطوب کردن سطح خارجی سنگدانه ها (به اصطلاح روغنکاری سنگدانه ها) تا به راحتی روی همدیگر بلغزند. ۳) روان کردن مخلوط بتن، مقدار آب مورد

نیاز برای هر واحد حجم بتن، که اسلامپ مورد نظر را تولید کند، تابع حداکثر اندازه، شکل و دانه بندی سنگدانه ها و همچنین مقدار حباب هوای وارد شده است. تخمین اولیه آب مصرفی مخلوط برای بتن بدون حباب هوا و بتن با حباب هوا را از جدول ۲ می توان بدست آورد. در این جدول، همچنین مقدار تقریبی هوای غیرعمدی محبوس در بتن بدون ماده حباب زا، و نیز مقدار کل هوای توصیه شده (عمدی ± غیرعمدی) برای شرایط محیطی مختلف در بتن دارای ماده حباب زا، داده شده است.

گام سوم: انتخاب نسبت آب به سیمان و محاسبه مقدار سیمان. مقاومت بتن، اساساً تحت تاثیر نسبت آب به سیمان مخلوط قرار دارد؛ هرچند که تاثیر مشخصات سنگدانه ها و نوع سیمان را نباید از نظر دور داشت. مقادیر تقریبی و نسبتاً محافظه کارانه نسبت آب به سیمان را، برای بتن ساخته شده از سیمان پرتلند تیپ I ، می توان از جدول ۳ استخراج نمود. از آنجا که نسبت آب به سیمان انتخاب شده باید هر دو معیار مقاومت و دوام را تأمین کند، مقادیر بدست آمده از جدول ممکن

است بسته به شرایط خاص قرارگیری در معرض محیط کاهش داده شود. با تعیین نسبت آب به سیمان و معلوم بودن مقدار آب مصرفی از گام قبل، مقدار سیمان مصرفی قابل تعیین است.
گام چهارم : تخمین مقدار سنگدانه درشت (شن). برای اینکه مخلوط بتن اقتصادی باشد، باید حجم سنگدانه های درشت در واحد حجم بتن، حداکثر ممکن باشد. آزمایشات نشان داده اند که برای مصالحی که به طور مناسب دانه بندی شده اند، با استفاده از ماسه ریزتر و اندازه بزرگتر دانه های شن، به حجم سنگدانه های درشت افزوده شده و امکان تولید مخلوط بتن با کارایی مطلوب فراهم

می گردد. طبق جدول ۴ حجم انبوهی سنگدانه های درشت در واحد حجم بتن (VGB) تابعی از حداکثر اندازه آن و مدول نرمی سنگدانه های ریز (ماسه) می باشد. با ضرب نمودن چگالی انبوهی سنگدانه های درشت در نسبت حجمی بدست آمده از جدول، جرم شن مصرفی بدست می آید.
گام پنجم: تخمین مقدار سنگدانه ریز (ماسه). تا این گام تمام اجزای بتن غیر از ماسه تخمین زده شده اند. مقدار ماسه در این گام بر اساس «روش وزنی» یا «روش حجمی» تعیین می شود.
در روش وزنی، از این واقعیت استفاده می شود که مجموع اجرام اجزای تشکیل دهنده بتن یعنی آب، سیمان، شن و ماسه برابر چگالی بتن تازه (PD) تعیین می شود.

چگالی بتن تازه = mv+mc+mG+ms
در روش حجمی از این واقعیت استفاده شود که مجموع احجام اجزای تشکیل دهنده بتن یعنی آب، سیمان، شن و ماسه (و هوا) برابر واحد است، یعنی:
VW+VC+VG+VS+VA=1

برای استفاده از روش وزنی، باید چگالی (جرم واحد حجم) بتن تازه معلوم باشد. تخمین اولیه چگالی بتن تازه را در صورت نداشتن تجربیات قبلی، می توان از جدول ۵ بدست آورد. برای استفاده از روش حجمی، باید چگالی مصالح معلوم باشد تا بتوان حجم مصالح را از روی جرم آنها بدست آورد. از هر روش که استفاده شود، تنها مجهول رابطه مقدار ماسه است که براحتی تعیین می شود.

گام ششم: تنظیم آب مصرفی، مقدار آب محاسبه شده در گام دوم و همچنین مقادیر شن و ماسه در گامهای چهارم و پنجم، بر اساس این فرض مهم قرار دارد که سنگدانه ها از نظر رطوبتی در حالت SSD (اشباع با سطح خشک) قرار دارند. یعنی سنگدانه ها نه آبی از مخلوط جذب می کنند و نه آبی به مخلوط اضافه می نمایند. در عمل تقریبا هیچوقت سنگدانه ها در حالت SSD نیستند.

اگر سنگدانه ها کمتر از حالت SSD رطوبت داشته باشند، مقداری از آب مخلوط را جذب می کنند و لذا آب محاسبه شده در گام دوم باید برای رساندن سنگدانه ها به حالت SSD افزایش و مقادیر شن و ماسه در گام های پنجم و ششم کاهش یابند. اگر سنگدانه ها بیشتر از حالت SSD مرطوب باشند، آب اضافی خود را به مخلوط می دهند و لذا آب محاسبه شده در گام دوم باید کاهش و

مقادیر شن و ماسه در گام های پنجم و ششم افزایش یابند. برای انجام این تنظیمات، درصد رطوبت موجود در سنگدانه ها و همچنین درصد رطوبت نظیر حالت SSD آنها باید معلوم باشند.

جداول طرح اختلاط بتن
(ACI 211.1)

جدول ۱ . اسلامپ های پیشنهادی
نوع سازه بتنی اسلامپ (mm)
حداقل حداکثر
شالوده ها و شالوده دیوارهای بتن مسلح ۳۰ ۸۰
شالوده ها، شمع ها و دیوارهای بتن غیر مسلح ۳۰ ۸۰
تیرها، ستون ها و دیوارهای بتن مسلح ۳۰ ۱۰۰
روسازی ها و دال ها ۳۰ ۸۰
بتن حجیم ۳۰ ۵۰
تذکر: می توان مقادیر فوق را در مورد تراکم با وسایل دستی، mm20 افزایش داد.

جدول ۲ . تخمین مقدار آب و حباب هوا
اسلامپ (mm) آب مصرفی، کیلوگرم در یک مترمکعب بتن، با توجه به حداکثر اندازه سنگدانه ها (mm)
۱۰ ۵/۱۲ ۲۰ ۲۵ ۴۰ ۵۰ ۷۰ ۱۵۰
۳۰ 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 هوای 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 کل هوای توصیه شده (درصد) برای شرایط محیطی ملایم 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
شدید ۵/۷ ۰/۷ ۰/۶ ۰/۶ ۵/۵ ۰/۵ ۵/۴ ۰/۴

تذکر ۱: برای سنگدانه های گوشه دار با شکل مناسب و دانه بندی خوب، می توان ارقام فوق را به عنوان حداکثر در نظر گرفت.
تذکر ۲: مقادیر اسلامپ برای سنگدانه های بزرگتر از mm40 بر مبنای آزمایش اسلامپ بعد از جدا کردن سنگدانه های بزرگتر از mm40 به وسیله الک می باشد.
جدول ۳ انتخاب نسب آب به سیمان
مقاومت فشاری متوسط ۲۸ روزه نمونه
استوانه ای استاندارد بتن (MPa) حداکثر مجاز نسبت جرمی اب به سیمان
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 تخمین مقدار سنگدانه درشت (شن)
حداکثر اندازه سنگدانه ها
(mm) حجم شن خشک میله خورده، در واحد حجم بتن،
با توجه به مدول نرمی 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 تخمین اولیه جرم واحد حجم بتن تازه
حداکثر اندازه سنگدانه ها
(mm) تخمین اولیه چگالی 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

آزمایشات کارایی بتن تازه
(Fresh Concrete Workability Tests)

مقدمه:
کارایی یکی از خصوصیات بسیار مهم بتن تازه است. با توجه به پیچیدگی مفهوم آن، تعاریف زیادی برای آن در ادبیات فنی ارائه شده است که در اینجا به تعدادی از آنها اشاره می شود.
تعریف اول: کارایی یعنی سهولت در حمل و ریختن بتن در قالب، تراکم و پرداخت سطح آن بدون ایجاد جدا شدگی.
تعریف دوم: کارایی عبارتست از مقدار کار مفید داخلی لازم، برای ایجاد تراکم کامل در بتن. (تراکم یعنی حذف نمودن هوای محبوس در بتن، از طریق غلبه بر اصطکاک بین ذرات آن)
تعریف سوم: کارایی یک خاصیت مرکب بتن، با حداقل دو جزء اصلی است.
روانی یا قوام که میزان سهولت جریان یافتن بتن را مشخص می کند.
چسبندگی که تمایل بتن به آب انداختگی و جداشدگی را مشخص می کند.

بتن باید به حد کافی کارایی داشته باشد، زیرا حصول مقاومت متناظر با یک نسبت آب به سیمان معین، احتیاج به تراکم کامل دارد و این امر را فقط می توان با مخلوطی که به حد کافی کارایی داشته باشد، حاصل نمود لذا لازم است مخلوطی تولید گردد که با مقدار آب، مقدار سیمان، خصوصیات مصالح سنگی، و مواد افزدونی.
از بین آزمایشات مختلف طراحی شده برای اندازه گیری کارایی، هیچیک نمی تواند مستقیماً کارایی را مطابق تعاریف فوق اندازه بگیرد. چهار آزمایش اسلامپ، میز روانی، فاکتور تراکم، و وی – بی که در اینجا تشریح می شوند هر یک می توانند تنها معیار و اطلاعات مفیدی از کارایی بتن ارائه نمایند.

مراحل آزمایش
(I آزمایش اسلامپ [ASTM-C143]
این آزمایش که در آمریکا توسعه یافته، به دلیل سادگی، به میزان وسیع در کارگاه های ساختمانی تمام دنیا بکار برده می شود. آزمایش اسلامپ، کارایی بتن را نمی سنجد، ولی می توان آن را بصورت سنجشی از روانی بتن توصیف کرد و برای پی بردن به تغییرات در یکنواختی مخلوط بتن با

نسبت های اسمی معین، بسیار مفید است. در این آزمایش یک قالب به شکل مخروط ناقص به ارتفاع mm300، قطر mm 100 در بالا و قطر mm 200 در پایین با بتن پر می شود. سپس قالب به آهستگی بلند می گردد. مخروط بتنی بدون حایل، بر اثر وزن خود نشست پیدا می کند.

مقدار این نشست موسوم به اسلامپ بتن است. کارایی بتن های دارای اسلامپ mm 25-0 خیلی کم، mm 50-25 کم، mm 100-50 متوسط و mm 175-100 زیاد توصیف می شود.
۱- بر روی دو قطعه فلزی زیرپایی متصل به مخروط اسلامپ بایستید، این کار به منظور محکم نگه داشتن مخروط بر روی صفحه زیرین، در طی مراحل ۱ تا ۴ صورت می گیرد. یک سوم حجم مخروط را از نمونه بتن پر کنید. برای این کار، بتن را تا ارتفاع حدود mm 70 در داخل مخروط بریزید. سپس آن را با ۲۵ ضربه یک میله استاندارد بکوبید. ضربات وارده از میله به سطح بتن باید به صورت یکنواخت بر

روی مقطع آن در هر لایه وارد آید. در لایه زیرین (همین لایه). این امر مستلزم آن است که میله را کمی بصورت مایل گرفته و حدود نیمی از ضربات را نیز در حوالی نزدیک دور نمونه و در نزدیکی لبه های مخروط وارد کنید و سپس به تدریج که کار پیش می رود، میله را بصورت قائم درآورده و با طی یک مسیر مارپیچی، محل اعمال آن را به سمت مرکز مخروط هدایت کنید.

۲- یک سوم دیگر حجم قالب را از نمونه بتن پر کنید. در این حال، ارتفاع بتن به نیمه ارتفاع مخروط می رسد. لایه بتن جدید را مجدداً با ۲۵ ضربه میله استاندارد بکوبید. این ضربات باید به گونه ای باشد که میله تمام ضخامت لایه جدید را طی کرده و حداکثر mm 25 داخل لایه زیرین نفوذ نماید.
۳- بقیه قالب (یک سوم نهایی) را به گونه ایی از بتن پر کنید که بتن از لبه آن سرریز کند. لایه بتن جدید را مجدداً با ۲۵ ضربه میله استاندارد بکوبید. این ضربات باید به گونه ای باشد که میله تمام ضخامت لایه آخر را طی کرده و حداکثر mm 25 داخل لایه وسط نفوذ نماید.
۴- به کمک حرکات برشی میله مزبور، بتن اضافی را از سطح فوقانی مخروط بردارید، طوری که مخروط به صورت کاملاً پر، و سطح فوقانی بصورت کاملاً صاف درآید. بتن اضافی را از پای قالب مخروطی شکل جمع آوری کرده و دور بریزید.
۵- پس از اتمام مرحله ۴، در حالیکه هنوز بر روی مخروط ایستاده اند، دستان خود را بر روی دستگیره های قالب مخروطی قرار داده و آن را به پایین فشار دهید تا مخروط حرکت نکند، آنگاه پای خود را از دو قطعه زیرپایی بردارید و قالب مخروطی را با سرعت متوسطی در ظرف مدت sec 2 ± ۵ به صورت قائم به بالا کشید و از روی بتن بردارید. بلند کردن قالب باید بصورتی یکنواخت انجام شود و همراه با هیچگونه حرکت جانبی یا چرخشی وارد بر بتن نباشد. کل مراحل انجام کار، از پر کردن

قالب تا برداشتن آن، باید بدون وقفه صورت گیرد و در ظرف مدت حداکثر دو دقیقه انجام گیرد.
۶- حال قالب را به صورت وارونه بر روی صفحه زیرین قرار داده و میله فوق الذکر را به گونه ای به صورت افقی بر روی آن قرار دهید که انتهای آن تا روی بتن که اکنون کمی افت ارتفاع پیدا کرده است، ادامه پیدا کند. سپس فاصله قائم بین سطح تحتانی میله فولادی تا وسط نمونه نشست

کرده بتن را اندازه گیری و یادداشت کنید. عدد بدست آمده اسلامپ بتن می باشد. در صورتیکه نمونه بتن پس از برداشتن قالب از یک طرف افتادگی پیدا کرده بود و یا اینکه یک طرف آن و یا بخشی از توده بتن دچار برش شده بود، آزمایش غیرقابل قبول خواهد بود و باید آزمایش، مجدداً بر روی نمونه دیگری از بتن تکرار شود.

(II آزمایش میز جریان [BS1881-P105]
این آزمایش در آلمان توسعه یافته است و بیشتر برای بتن های با کارایی زیاد و خیلی زیاد که اسلامپ ریزشی می دهند، مناسب است. آزمایش میز جریان، نشانه ای از روانی و میل به جداشدگی بتن را از طریق سنجش میزان پخش انباشته ای از بتن، بر روی میزی که ضربه وارد می آورد، بدست می دهد. حداکثر قطر بتن پخش شده سنجیده می شود که معرف روانی بتن است. کارایی بتن های دارای میز جریان mm 400-300 کم، mm 500-400 متوسط، mm600-500 زیاد و mm 700-600 خیلی زیاد توصیف می شود.

۱- ابزار آزمایش را روی زمین قرار دهید و رویه فلزی آن را مرطوب نمایید. (ابزار آزمایش میز مربعی است به ابعاد mm 700 که در یک امتداد خود به تخته زیرین لولا شده است و لبه مقابل آن آزاد بوده و می تواند حداکثر تا ارتفاع mm 40 بلند شود. جرم این مجموعه Kg 16 است).
۲- قالب مخروطی مخصوص این آزمایش را (که دارای ارتفاع mm 200، قطر پایین mm 200، و قطر بالا mm 130 می باشد) پس از مرطوب کردن جدا داخلی آن در وسط میز قرار دهید و با دو دست دستگیره های آن را گرفته و به میز فشار دهید تا در طول آزمایش تکان نخورد.

۳- نصف حجم قالب مخروطی را از بتن پر کرده و مشابه آزمایش اسلامپ، آن را با ۲۵ ضربه یک میله استاندارد بکوبید.
۴- نیمه فوقانی قالب مخروطی را بصورت لبریز از بتن پر کرده و مشابه آزمایش اسلامپ، آن را با ۲۵ ضربه یک میله استاندارد بکوبید، به طوریکه میله از ضخامت لایه فوقانی عبور کرده و حداکثر mm 25 در لایه زیرین نفوذ نماید.