روش تعیین وزن واحد و فضای خالی سنگدانه‌ها

آزمایش سنگدانه بر طبق استاندارد ملی ایران به شماره 4981 و ASTM C29-90 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.

کارﺑﺮد آزمایش سنگدانه

در این آزمایش روش تعیین وزن مخصوص متراکم و غیر متراکم مصالح سنگی و همچنین فضای خالی مصالح ریزدانه و درشت دانه با قظر حداکثر 6 اینچ (mm150)  مشخص شده است.

هدف آزمایش سنگدانه 

تعیین وزن جامد سنگدانه‌ها نسبت به حجم کل اشغال شده به منظور تعیین درصد نسبت اختلاط مصالح  بتن به نحوی که دارای بیشترین وزن مخصوص و کمترین فضای خالی بین سنگدانه‌ها برای طرح اختلاط بتن باشد.

اهمیت و کاربرد آزمایش

شناخت اثر مجموعه سنگدانه‌ها با اندازه گوناگون نسبت به کاهش حجم فضای بین دانه‌ها را می‌توان با اهمیت دانست، زیرا تولید بتن مطلوب و اقتصادی، مستلزم دانه‌ها با حجم فضای خالی کم است. همچنین در مخلوطهای پردانه، که کشش هیدرواستاتیکی به عنوان نیروی چسبنده اصلی بشمار می‌آید، مشخصاً منبسط شونده بوده و با افزایش حجم همراه است.

از جمله کاربردهای وزن مخصوص انبوهی را می‌توان بصورت زیر خلاصه کرد

الف) تعیین نسبت‌های اجزای طرح اختلاط

ب) تبدیل کمیت جرم به حجم و بر عکس

پ) تعیین مقایسه‌ای نمونه از حیث فضای خالی بین سنگدانه‌ها

وسایل آزمایش سنگدانه

1-ترازو با دقت 0.1 گرم
2- میله فولادی : یک میله فولادی به قطر 16 میلی متر و طول تقریبی 600 میلی متر انتخاب شود بطوریکه سر آن بصورت نیم کره‌ای به قطر میله درآمده باشد.
3-آون : باید قادر به تولید دمای یکنواخت 5±105 باشد.
4-پیمانه : یک ظرف استوانه‌ای دسته دار طوریکه آب بندی شده و بتواند در مقابل ضربه‌های وارده بر مصالح سنگی مقاوم باشد، ارتفاع و قطر استوانه‌ها حدود یکدیگر باشد. بر حسب بزرگترین اندازه دانه‌های سنگی، حجم پیمانه از جدول زیر تبعیت کند.
5- دماسنج بادقت 0.1 درجه سانتی گراد

روش انجام آزمایش سنگدانه

این آزمایش روش تعیین وزن واحد و فضای خالی سنگدانه ها به دو حالت متراکم و غیرمتراکم انجام  که 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 باید معرف کل دپوی مورد آزمایش باشد و همواره مقدار بیشتری برداشته شده و به روش چهار قسمتی آنرا کم کرد و یا از وسیله تقسیم کن برای کم کردن مقدار نمونه استفاده کرد.

این نمونه برداری باید به گونه‌ای انجام شود که از جداشدگی سنگدانه‌ها جلوگیری به عمل آید.

تعیین حجم پیمانه

1. : M₁ وزن پیمانه خالی را با ترازو با دقت 0.1 تعیین کنید
2. M₂ : 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.
3. :M₂-M₁  وزن آب موجود در پیمانه را به کمک ترازو تعیین کنید.
4. γ_w : حال با توجه به جدول زیر و همچنین دمای آب می‌توان وزن مخصوص آب را بدست آورد.

    5.در نهایت با استفاده از فرمول زیر می‌توان حجم پیمانه را محاسبه نمود.

روش آزمایش: 

این آزمایش به حالت متراکم و غیر متراکم صورت می گیرد، در اغلب موارد وزن واحد متراکم مورد استفاده قرار می گیرد.
نمونه برداشت شده از دپو بوسیله تقسیم کن مجزا می شود، وزن نمونه مورد آزمایش حداقل 1.5 برابر مقدار لازم برای آزمایش می باشد.

• روش غیرمتراکم

پیمانه را یک مرتبه از مصالح سنگی پر کنید. (تخلیه مصالح در پیمانه 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 (کوبیدن با میله):

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.

یک سوم پیمانه را از مصالح پر نمایید، با 25 ضربه توسط میله تمام سطح را بطور یکنواخت بکوبید، آنگاه یک سوم دیگر از پیمانه را پر کرده و عمل کوبیدن را تکرار کنید و بالاخره همین عمل را در مورد بقیه ظرف انجام دهید، عمل صاف کردن سطح مصالح را طبق روشی که گفته شد انجام دهید.

• فقط در مواردی که به طور خاص قید شده باشد باید برای تعیین وزن واحد غیر متراکم از روش غیر متراکم استفاده شود. در موارد دیگر وزن واحد متراکم باید به وسیله کوبیدن و یا لرزندان مصالح سنگی تعیین شود. برای مصالحی که حداکثر اندازه اسمی دانه‌های آن 1.5 اینچ (میلی متر 37.5) یا کمتر باشد از کوبیدن به وسیله میله تراکم و برای مصالحی که حداکثر اندازه اسمی دانه‌های آن بیش از 1.5 اینچ (37.5 میلی متر) و کمتر از 6 اینچ (150 میلی متر) باشد باید از لرزندان استفاده کرد.

• در روش لرزاندن مانند روش متراکم و در سه لایه پیمانه را پر کرده و بعد برای هر لایه پیمانه را بر روی یک سطح صاف و محکم مانند یک سطح بتنی قرار داده و طرفهای مقابل آنرا به طور متناوب به اندازه 5 سانتی متر از زمین بلند کنید و به طور آزاد آنرا رها کنید. این عمل را در هر سه لایه تکرار کنید و هر لایه را 50 بار بلرزانید (هر طرف 25 بار). عمل صاف کردن سطح مصالح مانند حالت روش غیرمتراکم، صورت می‌گیرد.

تذکر 1: شدت کوبیدن هر مرحله بایستی به نحوی صورت گیرد که میله حداکثر در لایه مربوطه فرو رود همچنین در کوبیدن اولین لایه، میله نبایستی به شدت به کف ظرف برخورد کند.
در مورد سنگدانه‌های خیلی درشت به خصوص زاویه دار ممکن است عدم نفوذ میله مانع تراکم دانه‌ها گردد در این صورت باید ضربات محکمتری را وادار نمود.

محاسبات آزمایش سنگدانه

وزن مخصوص سنگدانه

γ_c : 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.

γ_c : وزن مخصوص واحد مصالح سنگی بر حسب کیلوگرم بر مترمکعب

گزارش 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) طبق فرم خام ارائه شده تکمیل و گزارش شود.

منابع

ASTM C29

ISIRI 4981