مقدمه
این آزمایش سنگدانه بر طبق استاندارد ملی ایران به شماره 4981 شامل روش تعیین وزن مخصوص مصالح سنگی متراکم یا عادی (غیر متراکم) و همچنین محاسبه فضای خالی مصالح ریز دانه، درشت دانه یا مصالح مخلوط می‌شود. این آزمایش برای سنگدانه‌هایی است که حداکثر اندازه اسمی آنها از 150 میلیمتر بیشتر نباشد، کاربرد دارد.
کاربرد آزمایش تعیین وزن واحد و فضای خالی سنگدانه‌ها
برای تولید بتنی مطلوب و اقتصادی، باید سنگدانه‌ها که هفتاد تا هشتاد درصد حجم بتن را تشکیل می‌دهند، دارای حجم فضای خالی کمی باشند. به همین دلیل آگاهی از اثری که مجموعه سنگدانه‌ها با اندازه گوناگون بر کاهش حجم فضای خالی بین دانه‌ها می‌گذارند، بسیار با اهمیت خواهد بود.
فضای خالی بین سنگدانه‌ها در مخلوط بتنی توسط سنگدانه‌های ریزتر و دوغاب سیمان پر می‌شود. به همین خاطر اینکه سنگدانه‌ها در بتن چگونه کنار هم قرار می‌گیرند را می‌توان به وضعیتی که سنگدانه‌ها در این آزمایش دارند، شبیه دانست و به تبع آن نتایجش را برای تعیین وزن ظاهری خشک درشت دانه در واحد حجم بتن به کار برد.
هدف آزمایش سنگدانه
همانطور که می‌دانید مقاومت فشاری در مخلوط بتنی به عوامل متعددی از جمله نسبت سیمان، سنگدانه درشت و ریز، آب، افزودنی‌ها و … بستگی دارد. اما در بسیاری از مواقع فقط نسبت آب به سیمان را به عنوان مهمترین عامل در تعیین مقاومت فشاری درنظر می‌گیرند.
اما عامل دیگری که در مقاومت فشاری بتن تاثیرگذار است و در این آزمایش سنگدانه به آن توجه ویژه‌ای می‌شود، درجه پوکی یا به عبارت دیگر وزن مخصوص واحد سنگدانه‌ها است.
هدف این آزمایش سنگدانه تعیین درصد اختلاطی است که دارای بیشترین وزن مخصوص و کمترین فضای خالی بین سنگدانه‌ها برای بهترین طرح اختلاط بتن است.
چگالی و وزن مخصوص
در دستگاه متریک، مقدار چگالی یک ماده از نظر عددی مساوی وزن مخصوص آن است. اما وزن مخصوص صرفا یک نسبت است و واحد ندارد اما چگالی با واحد کیلوگرم بر متر مکعب (یا لیتر) بیان می‌شود.
نکته مهمی که در این بین باید به خاطر داشت این است که در کارهای بتنی معمولا برای وزن مخصوص نیز از واحد کیلوگرم بر مترمکعب استفاده می‌شود.
تجهیزات مورد نیاز
- ترازو (با دقت 0.1 درصد بار مورد آزمایش)
- تخماق (یک میله فولادی به قطر 16 میلی متر است که طول تقریبی آن 600 میلی متر می باشد و سر آن به صورت نیمکره ای به قطر خود میله در آمده است.)
- دماسنج با دقت 0.1 درجه سانتیگراد
- سرتاس (یک با اندازه مناسب برای پر کردن پیمانه با مصالح سنگی)
- پیمانه (مطابق جدول زیر)
| بزرگترین اندازه اسمی دانه ها | حجم پیمانه | ||
| میلیمتر | اینچ | لیتر | فوت مکعب |
| 12.5 | 0.5 | 2.8 | 0.1 |
| 25 | 1 | 9.3 | 0.33 |
| 37.5 | 1.5 | 14 | 0.5 |
| 75 | 3 | 28 | 1 |
| 112 | 4.5 | 70 | 2.5 |
| 150 | 6 | 100 | 3.5 |
روش انجام آزمایش سنگدانه
این آزمایش روش تعیین وزن واحد و فضای خالی سنگدانه ها به دو حالت متراکم و غیرمتراکم انجام و در اغلب موارد وزن واحد متراکم مورد استفاده قرار می‌گیرد.
نسبت چگالی انبوهی غیرمتراکم به چگالی انبوهی متراکم معمولا در محدوده 0.87 تا 0.96 قرار می‌گیرد.
نحوه نمونه برداری برای آزمایش سنگدانه
نمونه‌های برداشته شده برای این ازمایش باید معرف کل دپوی مورد آزمایش باشد و همواره باید مقدار بیشتری حدود 1.25 تا 2 برابر مقداری که برای پرکردن پیمانه‌ها نیاز است، برداشته شود.
این نمونه برداری باید به گونه‌ای انجام شود که از جداشدگی سنگدانه‌ها جلوگیری به عمل آید.
تعیین حجم پیمانه
- وزن پیمانه خالی را با ترازو با دقت 0.1 تعیین کنید. M1
- پیمانه را با آبی که دمای آن با دمای اتاق یکسان است پر کنید و با قرار دادن یک صفحه شیشه‌ای روی آن، حباب های مواد اضافی را از پیمانه خارج کنید. M2
- وزن آب موجود در پیمانه را به کمک ترازو تعیین کنید. M2-M1
- حال با توجه به جدول زیر و همچنین دمای آب می‌توان وزن مخصوص آب را بدست آورد. γw
- در نهایت با استفاده از فرمول زیر می‌توان حجم پیمانه را محاسبه نمود.
روش غیرمتراکم
پیمانه را یک مرتبه از مصالح سنگی پر کنید و سپس تخلیه مصالح را از ارتفاعی کمتر از حدود 5 سانتی متر از بالای ظرف انجام دهید، طوریکه دانه بندی تغییری نکند.
سطح مصالح را به وسیله یک تیغه، همتراز لبه پیمانه کنید و طوریکه برآمدگی‌های جزئی درشت دانه‌ها تقریبا هم اندازه فضاهای خالی موجود در سطح پیمانه باشد.
جرم پیمانه حاوی مصالح M3 و جرم پیمانه خالی تمیزشده M1 را با دقت یک گرم تعیین کنید. در نهایت وزن واحد در حالت غیرتراکم از رابطه زیر بدست می‌آید:
روش متراکم
برای تعیین وزن واحد متراکم سنگدانه ها باید حداکثر اندازه اسمی 37.5 میلیمتر یا کمتر از روش میله زنی و برای سنگدانه هایی که اندازه آنها بیشتر از 37.5 میلیمتر و کمتر از 150 میلیمتر هستند از روش ویبره کردن (لرزاندن – تکان دادن) استفاده می شود.
روش کوبیدن
در این روش آزمایش سنگدانه نمونه ی ما در طی سه مرحله ریخته می شود (در هرمرحله 1/3 آن) و در هر مرحله به وسیله ی تخماق با 25 ضربه نمونه را متراکم می کنیم (باید توجه داشته باشیم که در مرحله ی اول تخماق به ته ظرف بر خورد نداشته باشد و در دو مرحله ی دیگر حداقل ورود را به لایه ی زیرین داشته باشد)
مقدار اضافه را که از ظرف بیرون زده را حذف کرده بطوریکه میزان فرو رفتگی ها و برآمدگی سنگدانه ها از ظرف یکسان باشند سپس وزن پیمانه را با دقت اندازه گیری می کنیم.
روش لرزاندن
در این روش آزمایش سنگدانه هم مانند روش کوبیدن با توضیحات گفته شده نمونه را در سه مرحله وارد پیمانه می کنیم اما بجای تخماق در هر مرحله 50 دفعه پیمانه را از فاصله ی 50mm بر سطح سختی رها می کنیم.
سپس سطح قابل مشاهده را یکنواخت می کنیم به شکلی که میزان فرو رفتگی ها و برآمدگی سنگدانه ها از ظرف یکسان باشند سپس وزن پیمانه را با دقت اندازه گیری می کنیم.
محاسبات آزمایش سنگدانه
وزن مخصوص سنگدانه
γc: وزن مخصوص واحد مصالح سنگی بر حسب کیلوگرم بر مترمکعب
G: وزن پیمانه همراه نمونه برحسب کیلوگرم
M1: وزن پیمانه ی خالی برحسب کیلوگرم
در صورتی که سنگدانه ها دارای رطوبت باشند
A: درصد رطوبت سنگدانه
فضای خالی سنگدانه
S: چگالی سنگدانه
W: چگالی آب که برابر با 998 کیلوگرم بر متعرمکعب است.
γc: وزن مخصوص واحد مصالح سنگی بر حسب کیلوگرم بر مترمکعب
گزارش آزمایش آزمایش روش تعیین وزن واحد و فضای خالی سنگدانه ها
نتایج بدست آمده برای وزن مخصوص باید با دقت 1 پوند بر فوت مکعب (10 کیلوگرم بر متر مکعب) به صورت زیر گزارش شود.
وزن مخصوص به روش کوبیدن
وزن مخصوص به روش لرزاندن
فضای خالی سنگدانه
منابع
ISIRI 4981
کتاب تکنولوژی بتن و آزمایشگاه نوشته مهندس فرهاد مصباح ایراندوست