آزمایش دانه بندی شن با الک چیست و چرا انجام می شود؟

آزمایش دانه بندی شن با الک، روشی است برای تعیین توزیع اندازه ذرات موجود در نمونه شن. در این آزمایش، نمونه‌ای از شن از یک سری الک با اندازه‌های چشمه‌های مختلف عبور داده می‌شود. میزان شن باقی مانده روی هر الک وزن شده و درصد وزنی آن نسبت به کل نمونه محاسبه می‌گردد.

چرا آزمایش دانه بندی شن انجام می‌شود؟

آزمایش دانه بندی شن به دلایل متعددی از اهمیت بالایی برخوردار است، به ویژه در صنعت ساخت و ساز و تولید بتن:

1. تعیین کیفیت مصالح: دانه بندی مناسب شن یکی از عوامل کلیدی در تعیین کیفیت آن به عنوان مصالح ساختمانی است. شن با دانه بندی خوب، فضای خالی کمتری دارد و در نتیجه به سیمان و آب کمتری برای تولید بتن با کیفیت نیاز است.
2. طراحی مخلوط بتن: دانه بندی شن تأثیر مستقیمی بر کارایی، روانی، مقاومت و دوام بتن دارد. مهندسان از نتایج این آزمایش برای طراحی مخلوط بتن با نسبت‌های مناسب مواد و دستیابی به خواص مطلوب استفاده می‌کنند.
3. کنترل کیفیت: انجام آزمایش دانه بندی به صورت دوره‌ای به اطمینان از یکنواختی کیفیت شن مورد استفاده در پروژه‌ها کمک می‌کند و از بروز مشکلات ناشی از تغییرات دانه بندی جلوگیری می‌کند.
4. اقتصاد: استفاده از شن با دانه بندی مناسب می‌تواند منجر به کاهش مصرف سیمان (که گران‌ترین جزء بتن است) و در نتیجه کاهش هزینه نهایی بتن شود.
5. کارایی بتن: دانه بندی مناسب شن باعث بهبود کارایی بتن تازه می‌شود، به این معنی که بتن راحت‌تر مخلوط، حمل، ریخته و متراکم می‌شود.
6. مقاومت بتن: وجود ذرات با اندازه‌های مختلف در شن (دانه بندی پیوسته) باعث پر شدن فضاهای خالی بین ذرات درشت‌تر توسط ذرات ریزتر می‌شود و در نتیجه بتن متراکم‌تر و مقاوم‌تری حاصل می‌گردد.
7. دوام بتن: دانه بندی مناسب به کاهش نفوذ آب و مواد مضر به داخل بتن کمک کرده و در نتیجه دوام آن را افزایش می‌دهد.
8. تطابق با استانداردها: مشخصات دانه بندی شن برای مصارف مختلف ساختمانی در استانداردها تعیین شده است. انجام این آزمایش به اطمینان از تطابق مصالح با این استانداردها کمک می‌کند.

به طور خلاصه، آزمایش دانه بندی شن با الک یک ابزار ضروری برای ارزیابی کیفیت شن، طراحی مخلوط بتن بهینه، کنترل کیفیت مصالح و دستیابی به بتن با خواص مطلوب و پایدار است. نتایج این آزمایش به صورت یک منحنی دانه بندی نمایش داده می‌شود که توزیع اندازه‌های مختلف ذرات شن را نشان می‌دهد و با منحنی‌های استاندارد مقایسه می‌گردد.

انواع الک آزمایشگاهی برای آزمایش دانه بندی شن

برای آزمایش دانه بندی شن، از مجموعه‌ای از الک‌های آزمایشگاهی با اندازه‌های چشمه‌های متفاوت و دقیق استفاده می‌شود. این الک‌ها به طور استاندارد طراحی و ساخته می‌شوند تا نتایج آزمایش قابل اعتماد و تکرارپذیر باشند. انواع اصلی الک‌های آزمایشگاهی مورد استفاده برای دانه بندی شن عبارتند از:

۱. الک‌های با فریم استاندارد:

• این الک‌ها معمولاً دارای فریم‌های دایره‌ای شکل از جنس استیل ضد زنگ یا برنج هستند.
• قطر فریم‌ها معمولاً ۸ اینچ (۲۰۳ میلی‌متر) یا ۱۲ اینچ (۳۰۵ میلی‌متر) است، اما اندازه‌های دیگر نیز موجود است.
• ارتفاع فریم‌ها نیز می‌تواند متفاوت باشد (معمولاً بین ۱ تا ۳ اینچ).
• فریم‌های استاندارد به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به خوبی روی هم قرار بگیرند و از هدر رفتن مواد جلوگیری شود.

۲. الک‌های با توری فلزی بافته شده:

• قسمت اصلی الک که ذرات شن را جدا می‌کند، توری فلزی بافته شده با چشمه‌های دقیق و یکنواخت است.
• اندازه چشمه‌های این توری‌ها بر اساس استانداردها (مانند ASTM E11 یا ISO 3310-1) تعیین می‌شود و با اندازه اسمی چشمه (Nominal Aperture Size) مشخص می‌گردد که معمولاً بر حسب میلی‌متر یا میکرون بیان می‌شود.
• همچنین، اندازه چشمه‌ها ممکن است با شماره مش (Mesh Number) نیز مشخص شود که نشان دهنده تعداد چشمه‌ها در یک اینچ خطی از توری است (برای الک‌های ریزتر).

۳. سری الک‌های استاندارد:

• برای انجام آزمایش دانه بندی، معمولاً از یک سری الک استفاده می‌شود که شامل الک‌هایی با اندازه‌های چشمه‌های کاهشی است.
• این سری الک‌ها به ترتیب از الک با بزرگترین چشمه در بالا تا الک با کوچکترین چشمه در پایین روی هم قرار می‌گیرند.
• ترتیب و اندازه‌های الک‌های مورد استفاده در سری، بسته به محدوده اندازه ذرات مورد انتظار در نمونه شن و استانداردهای مورد نظر برای آزمایش تعیین می‌شود.

اندازه‌های معمول چشمه‌های الک برای آزمایش دانه بندی شن:

اندازه چشمه‌های الک‌های مورد استفاده برای شن معمولاً در محدوده بزرگتر از ۴.۷۵ میلی‌متر (الک شماره ۴) قرار می‌گیرد. برخی از اندازه‌های معمول عبارتند از:

• ۷۵ میلی‌متر (۳ اینچ)
• ۶۳ میلی‌متر (۲.۵ اینچ)
• ۵۰ میلی‌متر (۲ اینچ)
• ۳۷.۵ میلی‌متر (۱.۵ اینچ)
• ۲۵ میلی‌متر (۱ اینچ)
• ۱۹ میلی‌متر (¾ اینچ)
• ۱۲.۵ میلی‌متر (½ اینچ)
• ۹.۵ میلی‌متر (⅜ اینچ)
• ۴.۷۵ میلی‌متر (شماره ۴)

علاوه بر این الک‌های اصلی، ممکن است از یک کفه (Pan) در زیر پایین‌ترین الک برای جمع‌آوری ذرات ریز عبور کرده و یک درپوش (Lid) در بالای بالاترین الک برای جلوگیری از هدر رفتن نمونه در حین الک کردن استفاده شود.

نکات مهم در انتخاب و استفاده از الک‌ها:

• استاندارد بودن: اطمینان از اینکه الک‌ها مطابق با استانداردهای معتبر (مانند ASTM یا ISO) ساخته شده‌اند برای دقت نتایج ضروری است.
• کالیبراسیون: در صورت نیاز به دقت بسیار بالا، الک‌ها باید به صورت دوره‌ای کالیبره شوند.
• تمیزی: الک‌ها باید قبل از هر آزمایش کاملاً تمیز باشند تا از گرفتگی چشمه‌ها و تأثیر بر نتایج جلوگیری شود.
• سالم بودن: توری الک‌ها نباید دچار پارگی، تغییر شکل یا خوردگی باشند.

با استفاده از یک سری الک استاندارد با اندازه‌های مناسب، می‌توان توزیع اندازه ذرات شن را به دقت تعیین کرده و از آن برای اهداف مختلف مهندسی استفاده کرد.