مهندسین مشاور خاک و پی آزما

آزمایشگاه فنی مکانیک خاک،بتن و آسفالت


تعیین ارزش ماسه ای

Tuesday 23rd of September 2014
laboratory-stress-testing
laboratory-stress-testing
laboratory-stress-testing
laboratory-stress-testing
laboratory-stress-testing
آزمایش ارزش ماسه ای در ایران که به اختصار به آن SE نیز می گویند در اکثر کارگاههایی که با بتن و آسفالت سرو کار دارند مطرح است . این آزمایش که به عنوان پارامتر کنترل کننده تمیزی و کثیفی ماسه از آن یاد می کنند از سالیان پیش ( ۶۵ سال ) مورد استفاده بوده است و تا حال نیز استفاده می شود. آنچه که در این میان مهم است این است که آیا آزمایش فوق می تواند ملاک مناسبی برای پذیرش یا عدم پذیرش ماسه برای بتن باشد یا خیر؟ به همین منظور آزمایشهایی در مورد ماسه مورد استفاده در بتن انجام شده که شرح روش و نتایج این آزمایشات در ادامه بحث آمده است . همچنین در انتها به دلایل خطاهای موجود در آزمایش SE نیز پرداخته ایم.
نقش SE در نسبت آب به سیمان:
برای آنکه بتوانیم نقش ماسه با SEهای مختلف را در کیفیت بتن خصوصا تغییر نسبت آب به سیمان بسنجیم ماسه با SE و Passing های مختلف را در بتن تست کردیم که شرح روش و نتایج آن به شرح ذیل می باشد:
۱٫ ابتدا برای این منظور ماسه با ارزش ماسه ای و Passing های مختلف را در معدن شن و ماسه
ساختیم .
SE=75% SE = 75% SE = 40%
Passing = 5% Passing= 3% Passing = 3%
(۱) (۲) (۳)
SE = 75% SE=87%
Passing = 10% Passing =3%
(۴) (۵)
سپس با مشخصات ثابت و طرح اختلاط زیر مخلوطهای آزمایش مورد نظر را ساختیم :
MSA=20 mm C=400 kg/m 3 (استوانه ایی)=۲۵۰ fc اسلامپ هدف ۸ cm
همچنین در این آزمایش برای آنکه درصد مصالح گذشته از الک ۲۰۰ کاملا مشخص باشد تمامی مصالح سنگی درشت دانه کاملا با آب شسته شده وپس از خشک کردن به طرح اضافه شد.
بدیهی ست با توجه به ماسه های فوق ، پنج طرح اختلاط ساخته شد، همان طور که مشخص است در تمامی طرحهای فوق برای محاسبه نسبت آب به سیمان به طرح تا حدی آب افزوده شد تا به اسلامپ هدف (۸cm ) برسیم. همچنین برای تمامی طرحهای فوق آزمایش مقاومت فشاری در سنین۷،۳ و ۲۸ روزه انجام شدکه شرح نتایج این آزمایشات در جداول زیر آمده است:
همانطور که از نتایج آزمایش مشخص است آب مورد نیاز در طرحهای فوق بسیار وابسته به درصد گذشته از الک ۲۰۰ و مدول نرمی ماسه دارند و هیچگونه ارتباطی با ارزش ماسه ای (SE )ندارد. برای مثال در طرحهای فوق با افزایش passing 200 نسبت آب به سیمان افزایش یافته و به منزله آن مقاومت نیز کاهش محسوس یافته است. اما با کاهش SE هیچ تفاوت محسوسی در نسبت آب به سیمان مشاهده نشده است ، حتی مشاهده شده است که SE های پایین مقاومت و کارایی بهتری نسبت به ماسه با SE های بالاتر داشته اند. آنچه که درمورد ماسه با SE های بالاتر قابل توجه است ، کارایی پایین آنها خصوصا برای ماسه های شکسته میباشد که دلیل آن را میتوان به شستشوی بیش از حد ماسه در معادن برای رسیدن به ارزش ماسه ای بالا (۷۵%) دانست. برای مثال ماسه ساخته شده در یک معدن که در ابتدا FM=3.81 و PASSING=3% داشته و دارای SE=65 بوده است، پس از اصلاح SE به ۸۰ FM=4.1 و PASSING=2.4% دست یافته ایم.که نشانگر افزایش مدول نرمی ماسه می باشد .
همچنین در یک بررسی در مورد ماسه های ساخته شده از ۳معدن در طول ۲ سال مشخص شد که با افزایش SE به مقدار ۱۰% مدل نرمی ماسه نیز ۰٫۲ تا ۰٫۳ افزایش می یابد. که این امر سبب استفاده بیشتر ماسه در طرح اختلاطها و کارایی پایین بتن می شود.
در ادامه برای آنکه ببینیم ماسه با مدول نرمی و Passing های مختلف چگونه بر آزمایش SE تاثیر گذار می باشد. ماسه ای با FM و Passing مختلف تهیه کردیم . برای تهیه ماسه باFM و Passing های مشخص از سنگدانه هایی با سایز ۶-۱۲ میلیمتر استفاده کردیم . سنگدانه های فوق را پس از شست وشو آسیاب کرده و پس از الک کردن به نسبتهای معین مخلوط و تبدیل به ماسه استاندارد کردیم. ازمزایای این ماسه می توان به عادی بودن ذرات ماسه از مواد آلی و هموسی نام برد که خطاهای آزمایش SE را کاهش می دهد ، همچنین مهمترین امتیاز این روش را میتوان به ثابت بودن مدول نرمی (FM ) نمونه جهت تست ارزش ماسه ای دانست. زیرا جهت تهیه ۱۰۰ تا ۱۲۰ گرم ماسه با FMثابت مصالح مورد نظر بر روی هر الک را به مقدار لازم توزین کرده و در ظرف مورد نظر SE مخلوط می کنیم مشخص است با این روش هیچگونه خطایی در تهیه نمونه آزمایش فوق انجام نمیشود.
نتایج و مشخصات ماسه های مختلف در شیت های زیر آمده است:
همانطور که از نمودار ماسه و SE های بدست آمده مشخص است ماسه هایی که درصد گذشته از الک ۲۰۰ آنها ثابت می باشد به ازایSE بالاتر، دارای FM بیشتری می باشند که از محدوده مجاز و استاندارد خارج می باشند . همچنین کاهش SE سبب زیاد شدن Passing در بیشتر موارد شده است .
خطاهای تاثیر گذار در آزمایش SE :
با توجه به اینکه احتمال خطا در این آزمایش بسیار بالا می باشد به طوری که در نمونه گیری انجام شده از یک ماسه توسط سه آزمایشگاه در منطقه پارس جنوبی انجام دادند اختلاف نتایج به دست آمده به بیش از ۲۰ رسید.
SE=56 آزمایشگاهC SE=71 آزمایشگاه B SE=77 آزمایشگاه A
برای اینکه بتوانیم دلایل اختلاف در نتایج بدست آمده را چک کنیم آزمایشات زیر را انجام دادیم.
۱٫ تاثیر دمای ماسه و محلول در آزمایش :
در ادامه آزمایشات از یک ماسه با FM و Passing مشخص ۶ بار نمونه برداری به عمل آمده و آزمایش SE را با دمای (۲۵و۳۵و۴۵) برای ماسه انجام دادیم که نتایج زیر بدست آمد.
نتایج آزمایش در دمای ۲۵= ۸۱ , ۷۱ ,۷۳
نتایج آزمایش در دمای ۳۵= ۷۴, ۶۸ ,۷۹
نتایج آزمایش در دمای ۴۵= ۵۹, ۶۲, ۶۱
از نتایج فوق مشخص است چنانچه دمای ماسه و یا محلول آزمایش بالا باشد نتایج به طور محسوس افت می کنند.
۲٫ تاثیر نمونه برداری از ماسه :
در این آزمایش ابتدا از معدن نمونه گیری به عمل آمد و سپس مدول نرمی و passing برای نمونه مشخص شد . FM=3.81 و Passing =3.1 سپس نمونه را به دو قسمت تقسیم و به روش مرطوب و کاملا خشک مجددا دانه بندی کردیم.
۲-۱٫ روش خشک :
در این روش پس از آنکه نمونه ها در اون خشک شد بیرون آورده و با ظرف مخصوص توزین SE ، ۶۰ نمونه جدا کردیم و سپس هر کدام را جداگانه دانه بندی کردیم که نتایج زیر بدست آمد.
{ FM =4.02 , Passing = 2.8 } {FM=3.74 , Passing =4.3 }
(۱) (۲)
{FM=4.11 , Passing =2.7 } {FM=3.93 , Passing =2.9 }
(۳) (۴)
{ FM = 4.13 , Passing = 1.9 } { FM=4.08 , Passing =2.3 }
(۵) (۶)
۲-۲ . روش تر:
در این آزمایش پس از نمونه گیری از معدن ماسه مرطوب را در ظرف توزین SE وزن کرده و نمونه های آزمایش SE را به صورت مرطوب انجام دادیم سپس تمامی نمونه ها را جداگانه در اون قرار دادیم و پس از خروج آزمایش دانه بندی را انجام دادیم که نتایج ـن به شرح زیر است.
{FM=3.9 , Passing=3.4 } {FM = 3.74 , Passing =2.7 }
(۱) (۲)
{FM = 3.83 , Passing=3.1 } {FM =3.92 , Passing=2.9 }
(۳) (۴)
{FM= 3.83 , Passing=3.4 } , Passing=2.9 } {FM= 3.83
(۵) (۶)
همانطور که از نتایج این دو روش مشاهده می شود خطاهای نمونه گیری در روش خشک بیشتر از روش تر می باشد. و معمولا پراکندگی نتایج SE نیز به علت متغیر بودن نمونه گیری به روش خشک می باشد . در صورتیکه در روش تر دانه بندی ها به واقعیت نزدیکتر می باشد.
خطا در روش انجام آزمایش:
با توجه به روش استاندارد پیشنهاد شده ASTMD 2419 این استاندارد صریحتا ذکر کرده است که در هنگام انجام آزمایش استوانه های محلول و ماسه را در حالی عمودی پر از محلول کنیم . که متاسفانه در اکثر آزمایشات این کار انجام نمی شود. و لوله را برای شستشوی کامل به صورت مورب نگه می دارند. همچنین برای اینکه با خطاهای دیگر این آزمایش آشنا بشویم به چندین آزمایشگاه در منطقه پارس جنوبی رفته و خطاهای آنها را در جدول زیر ثبت کردیم.
نتیجه گیری آماری از آزمایش SE :
با توجه به انجام بیش از ۱۳۶۰ آزمایش ارزش ماسه ای در طول ۳ سال فعالیت این آزمایشگاه از ۵ معدن میتوان نتایج آزمایش را جداگانه بررسی کرد. از آنجا که در هر آزمایش ۲ تا ۳ لوله برای آزمایش انجام شده است اختلاف و تلورانس هر استوانه آزمایش ۱۱% ثبت شده است .همچنین در نمونه گیری های مشترک بین دو آزمایشگاه ( آزمایشگاه پیمانکار و کارفرما) اختلاف عمودی بیش از ۱۵% بوده است . همچنین SE های بدست آمده از یک معدن در یک سال ( به ازای ۲۰۰ بار نمونه گیری ) تلورانس بالایی بین ۴۱ تا ۹۴ بوده است. همچنین انحراف معیار برای آزمایش SE بیشتر از ۳۸ بوده است.
نتیجه گیری کلی:
آنچه از آزمایشاتی که در این مورد انجام شده و همچنین آزمایشات ارزش ماسه ای در طول ۳ سال اخیر دست یافتیم می توان به موارد زیر اشاره کرد :
۱٫ با توجه به نتایج طرح اختلاط و مقایسه PASSING و SE پارامتر PASSING به طور کاملا محسوس بر روی نسبت آب به سیمان (W/C ) تاثیر گذار می باشد در صورتی که SE هیچگونه تاثیری نداشته و حتی مشاهده شده SE های پایین تر مقاومت های بهتری داده اند.