مدول نرمی ماسه

امروزه بتن یکی از پرمصرف‌ترین و مهمترین مـواد در صـنعت عمرانی بشـمار میرود، همچنین علیرغم مطالعات بسـیار، تـاکنون شناختی جامع از رفتار این ماده مهم بدسـت نیامـده است، اما این پیچیدگی‌ها چیزی از ویژگی‌های منحصر به فرد این ماده پرمصرف کم نمی‌کند، بلکه تنها نیاز به تحقیقات گسترده‌تر و درک بهتر از این ماده ضرورت پیدا می‌کند، که تیم تکنولوژی بتن کپکو در بخش مدیریت دانش و تجربه در پیشبرد این هدف قدم به قدم با شما پیش می رود.

یکی از پارامترهای مهم این ماده خصوصیات و شناخت کامل مواد تشکیل‌دهنده آن می‌باشد که این شرایط را فراهم می‌سـازد تا امکان تولید بتن‌هایی با خواص مطلوب فراهم آید.

لذا با توجه به اینکه ¾ حجم بتن را مصالح سنگی (شن و ماسه) تشکیل داده است، شناخت این مصالح ما را به تولید یک بتن با کیفیت، با مقاومت و کارایی بالا نزدیک می‌کند، که طبق استاندارد ASTM D2487 مرز بین شن و ماسه الک نمره 4 (4.75 میلی‌متر) و مرز بین درشت‌دانه (ماسه) و ریزدانه (لای و رس) الک نمره 200 (0.075 میلی‌متر) می‌باشد. در این تحقیق از بین پارامترهاي تأثیرگـذار بر خواص بتن، کپکو به بررسی یکی از مهمترین خواص سنگدانه‌ها یعنی مـدول نرمـی (مدول نرمی ماسه) بر خواص فیزیکی و مکانیکی بـتن پرداخته است.

دانه بندی مصالح سنگ

عمده مصالح مورد استفاده در بتن مصالح درشت‌دانه (شن و ماسه) می‌باشد که طبق استاندارد ASTM مطابق جدول (1) مانده روی الک نمره 200 (0.075‌میلی‌متر ) است و از آنجایی که هدف اصلی ما در این تحقیق ماسه می‌باشد یعنی مانده روی الک نمره 200 (0.075‌میلی‌متر) و رد شده از الک نمره 4 (4.75‌میلی‌متر) می‌باشد.

جدول1: طبقه‌بندی سنگدانه‌ها

انواع خاک	قطر دانه ها بر حسب میلی‌متر
شن	بیشتر از 4.75
ماسه درشت	بین 2 تا 4.75
ماسه متوسط	بین 0.425 تا 2
ماسه ریز	بین 0.075 تا 0.425
لای یا رس	ریزتر از 0.075

نتایج حاصل از تحقیقات گسترده بیانگر تأثیر مسقیم مدول نرمی مصالح سنگی ریزدانه برخواص فیزیکی و مکانیکی بتن می‌باشد. به این صورت که کاهش مدول نرمی ریزدانه باعث افزایش اسلامپ و مقاومت فشاری بتن را به همراه دارد. عامل افزایش پارامترهای مکانیکی بتن را می­توان در انسجام ساختار دانه‌بندی دانست. همچنین وجود مصالح سنگی با ابعاد کوچکتر در ساختار دانه‌بندی با مدول نرمی پایین­‌تر سبب شده است تا شرایط مناسب‌­تری برای جابجایی ذرات بزرگتر فراهم آید که این امر افزایش نرخ اسلامپ را در مقابل کاهش میزان مدول نرمی به همراه داشته است. در نتیجه می‌­توان گفت نوع دانه‌بندی مصالح سنگی به منظور ایجاد یک ساختار مناسب، تأثیر بسزایی بر خواص فیزیکی و مکانیکی بتن ایفا می‌­کند.

مدول نرمی چیست؟

مطابق شکل (2) مدول نرمی به مجموع درصدهای تجمعی باقی‌مانده روی الک‌های استاندارد (منهای زیر الک) تقسیم بر صد گفته می‌شود که از دانه‌بندی بدست می‌آید، و آزمایشی جهت تعیین ریزی و درشتی دانه‌های سنگی (ماسه) مورد استفاده در بتن می‌باشد.

منظور از سری الک‌های استاندارد در بالا الک‌هایی است که اندازه هر الک دوبرابر اندازه الک قبلی باشد. مدول نرمی تعیین‌کننده ریزی و درشتی دانه‌ها است که هر چه دانه‌های سنگی درشت‌تر باشد مدول نرمی آنها بیشتر است و متعاقباً ریزدانه‌ها مدول نرمی کمتری دارند.

هدف از آزمایش مدول نرمی ماسه چیست؟

از آنجایی که حدود 3/4 حجم بتن را مصالح سنگی تشکیل میدهد، مطالعه در مورد تأثیر ویژگی‌هـاي آن از قبیـل نـوع دانه‌بندي بر پارامترهاي فیزیکی و مکانیکی بتن ضروري به نظر می‌رسد حال آنکه تحقیقات گسترده‌ای در این زمینـه انجـام نگرفتـه است. هدف از این تحقیق بررسی تأثیر مدول نرمی مصالح سنگی ریزدانه برخواص فیزیکی و مکانیکی بتن می‌باشد.

دانه‌بندی سنگدانه‌های بتن یکی از فاکتورهای مهم در طرح اختلاط بتن به شمار می‌آید که حصول نتیجه مطلوب در آن، موجب بهبود قوام و دوام بتن تولید شده خواهد بود.

روش آزمایش مدول نرمی

• برای تعیین مدول نرمی ماسه ابتدا از نمونه و دپوی تعیین شده مطابق روش استاندارد ASTM D75 یا AASHTO T2 براساس نوع بهره‌برداری نمونه‌برداری کرده و به روش های استاندارد گفته شده در ASTM C702 یا  AASHTO T248 مقدار نمونه مورد نظر جهت آزمایش جدا می‌شود.

تذکر1: نمونه خاکی که برای انجام آزمایش دانه‌بندی انتخاب می‌گردد، باید نماینده خوبی از خاک محل باشد. به طور مثال در خاکی که بزرگترین دانه آن 400 گرم است، اگر 200 گرم خاک انتخاب کنیم، نتیجه آزمایش درست نمی‌باشد.

تذکر2: بهتر است مقدار ماسه‌ای که از دپو برداشته می‌شود از چند قسمت دپو باشد تا نسبتاً یکنواخت باشد و دانه‌بندی آن متنوع باشد.

تذکر3: نمونه باید از ارتفاع متوسط توده ماسه برداشته شود بطوریکه هنگام برداشت دانه‌ها از ظرف بیرون نریزد و باید از لحاظ توزیع دانه‌ها، نماینده کل دپوی ماسه باشد.

تذکر4: کوشش شود حداقل دو برابر مقدار نیاز آزمایش نمونه برداشته شود.

• نمونه آزمایش را تا دمای 05±105 درجه سانتی‌گراد خشک کنید.
• الک‌ها را (به ترتیب اندازه الک) بچینید و نمونه را روی الک بالایی بریزید و سپس روی دستگاه لرزاننده قرار دهید یا به صورت دستی مطابق استاندارد ASTM C136 یا  AASHTO T27 عمل الک کردن انجام گیرد.

تذکر5: اگر عمل لرزاندن الکها بصورت مکانیکی انجام شود، برای اطمینان بیشتر توصیه می‌شود که قبل از توزین مصالح باقیمانده هر الک، با قرار دادن زیر الک و درپوش، مجددا آنرا توسط دست در جهات گوناگون بلرزانید و آنگاه دانه‌های عبوری را در الک بعدی ریخته به ترتیب تا آخرین الک ادامه دهید.

تذکر 6: برای خارج کردن دانه‌ها از چشمه‌های الک از فشار بیمورد با وسایل غیر مجاز خودداری کرده و حتی برس سیمی نیز استفاده نشود.

تذکر 7: باقیمانده مصالح بین هر دو الک متوالی نباید بیش از 45% وزن کل نمونه باشد.

• ·          مصالح روی هر الک را وزن کرده و در یک جدول درصد مانده تجمعی محاسبه شود.
• تمامی درصد های تجمعی الک های استاندارد 3/8 اینچ  ،4# ،8# ،16# ،30# ،50# ،100# (منهای زیر الک) جمع شود و تقسیم بر 100 شود تا مدول نرمی ماسه محاسبه شود.

پس از تکمیل کردن جدول، مدول نرمی ماسه را بدست آورده و بررسی می‌شود که آیا نمونه ماسه مورد آزمایش در محدوده مجاز برای ساخت بتن با مشخصات مورد نظر می باشد یا خیر؟

مقادیر مجاز مدول نرمی ماسه در بتن

محدوده مدول نرمی از ۰ تا ۹ متغیر است. هر چه مدول نرمی بزرگ‌تر باشد مخلوط درشت‌دانه‌تر و هرچه مدول نرمی کوچک‌تر باشد مخلوط ریزدانه‌تر است.

طبق تحقیقات انجام شده مطابق جدول (2) مناسب ترین ضریب نرمی مصالح برای بتن و بتن آرمه نباید کمتر از 2.3 و بیشتر از 3.1 باشد. اگر ضریب نرمی به میزان 0.2± اعداد داده شده تغییر یابد، در صورتی این مصالح قابل مصرف است که تغییراتی متناسب در دانه بندی مصالح سنگی بتن داده شود.

جدول2: محدوده مدول نرمی انواع ماسه‌ها

نوع ماسه	محدوده مدول نرمی
ماسه ریز	2.2−2.6
ماسه متوسط	2.6−2.9
ماسه درشت	2.9−3.2

تذکر: در صورت نیاز، ضریب نرمی باید با دقت 0.01 گزارش شود.

نتیجه گیری

نتایج بدست آمده از تحقیقات نشان می‌دهد که نوع دانه‌بندی مصالح سنگی به منظور ایجاد یک ساختار مناسب، تأثیر بسزایی بر خواص فیزیکی و مکانیکی بتن ایفا می‌کند.

همچنین وجود مصالح سنگی با ابعاد کوچکتر در ساختار دانه‌بندی با مدول نرمی پایین‌تر سبب شده است تا شرایط مناسب‌تری برای جابجایی ذرات بزرگتر فراهم آید که این امر افزایش نرخ اسلامپ را در مقابل کاهش میزان مدول نرمی به همراه داشته است.

همچنین با توجه به ماسه‌های تولیدی در خیلی از کارخانه‌ها با مدول نرمی بالا، بتن تولیدی در کارخانه‌های بتن دارای روانی پایین بتن می‌باشد، که اجرای بتن‌ریزی در خیلی از پروژه‌ها را با مشکل مواجه میکند، لذا جهت رفع این مشکل می‌توان از انواع روان کننده بتن کپکو بسته به شرایط پروژه، با مشورت کارشناسان فنی این مجموعه با شماره تلفن ۸۹۳۳۱-۰۲۱ استفاده کرد.

به عبـارتی وجـود مصـالح سـنگی بـا ابعـاد کوچکتر در ساختار دانه‌بندي سـبب پر شدن منافذ بوجود آمده بین ذرات درشت‌دانه و کـاهش تمرکز تنش مابین آنها می‌شود که در نتیجه ایـن امـر افزایش مقاومت بـتن را بـه همراه دارد.

لذا مدول نرمی ماسه که نشان‌دهنده ریزی و درشتی مصالح سنگی می‌باشد تأثیر مسقیم برخواص فیزیکی و مکانیکی بتن دارد، به این صورت که کاهش مدول نرمی ماسه، افزایش اسلامپ و مقاومت فشاری بتن را به همراه دارد که دو رکن اصلی مصرف بتن در پروژه‌ها می‌باشد.

تجربه و تحقیقات نشان داده است که ماسه بسیار ریزدانه و ماسه بسیار درشت‌دانه که باعث تغییر خصوصیات بتن می‌شود مناسب ساخت بتن نمی‌باشد، لذا استفاده از یک ماسه با مدول نرمی استاندارد 2.3 الی 3.1 مناسب ساخت بتن می‌باشد.