אגרגטים לתערובות בטון ואספלטיות

כמו אגרגטים משמשים בעיקר חומרי מילוי והם זולים יחסית, חשוב שהם תופסים נפח רב ככל האפשר כדי למזער את נפח הדבק. במקרה של תערובות בטון, יש להשיג התפלגות גודל מתאימה על מנת למזער את נפח ההדבקה. התפלגות אחידה (חלקיקים בגדלים דומים) תדרוש יותר הדבק כדי למלא את החללים מאשר צבירה מדורגת כראוי (חלקיקים בגדלים רבים). צבירה מדורגת כראוי מכילה חלקיקים בכל הגדלים כך שמעט מאוד מקום צריך להיות מלא על ידי הדבק. בנוסף, התפלגות הגודל של חלקיקים תהיה השפעה רבה על המאפיינים של בטון טרי, כולל יכולת הזרימה שלה, או את היכולת להיות ממוקם בקלות בצורות, יכולת גימור, או את היכולת להשיג משטח שטוח עם מאפייני לבישים טובים.

באמצעות שנים רבות של ניסיון בשטח ובדיקות מעבדה, פותחו עקומות דירוג כטווחים מומלצים לדירוג אגרגטים גסים ועדינים כאחד. בעקומות אלה, הציר האופקי מתייחס לגודל החלקיקים, כאשר אגרגטים עדינים או חולות הם בצד שמאל וצבירה גסה (או סלעים) מימין. הציר האנכי מייצג את האחוז המצטבר של החלקיקים הקטנים מהגודל הנתון. מסיבות מעשיות, ההתפלגות האופטימלית מצוינת כטווחים. לדוגמה, חול דק מאוד חייב להיות לכל היותר 85% מהחלקיקים שלו עם גודל מס '16 (1.118 מ"מ) ומטה, בעוד חול גס מאוד חייב להיות לכל היותר 55% מהחלקיקים שלו מתחת לגודל זה. תערובות מצטברות מעשיות יהיו כ-55% עד 85% מחלקיקיה העוברים את מסננת ה-1.18 מ"מ.

עבור שני סוגי האגרגטים, טווחים אלה מוגדרים על ידי הפעלת בדיקות מסננת עם מסננות בגדלים סטנדרטיים שצוינו ובסדר יורד של פתחי מסננת על מנת לקבוע את כמויות הצבירה של גודל נתון ואת ההתפלגות המצטברת שלהם. מסננת קטנה שדרכו כל כמות המעברים המצרפיים נקראת הגודל המרבי של הצבירה, בעוד מסננת שדרכו 95% מהמעברים המצרפיים מעניקה את ה- siz e המקסימלי הנומינלישל הצבירה. קשר חשוב החבוי בתוך עקומות הדירוג הוא כי שטח הפנים הכולל של האגרגטים יצטרך להיות מצופה במים במהלך ערבוב כדי להשיג יכולת עבודה נכונה. אם יש יותר מדי חלקיקים עדינים, שטח הפנים יהיה גבוה והרבה מים ישמשו עד ציפוי החלקיקים, וכתוצאה מכך תערובת בטון נוקשה יותר שקשה יותר למקם.

עבור אגרגטים עדינים, מודולוס עדינות (FM) מחושב לעתים קרובות. מודולוס העדינות מוגדר כסיכום האחוזים שנשמרו לפי משקל ממס ' 4 למס ' 100, חלקי 100. ערכים אופייניים עבור מודולוס העדינות נעים בין 2.3 ל -3.1, כאשר הראשון מורכב יותר מחלקיקים עדינים והאחרון של חלקיקים גסים. FM יכול להשתנות מאוד עם היישום. לדוגמה, ה- FM עשוי להיות נמוך כמו 1.8 לשימוש במרגמות בנייה, אשר אינם מכילים צבירה גסה ואשר דורשים יכולת גימור גדולה יותר.

עיצובים תערובת בטון רגישים מאוד לתוכן המים, ומכיוון אגרגטים גסים ועדינים מאוחסנים בדרך כלל בשטח הפתוח וחשופים לרוח וגשם, יש צורך להסביר אפילו כמויות זעירות של מים הקיימים במצטבר. ארבעה תנאים סביבתיים מוכרים בדרך כלל. מצב יובש בתנור, כפי שהשם מרמז, מתרחש לאחר הצבירה הוכנס לתנור במשך זמן רב מספיק וטמפרטורה גבוהה, כך שכל המים התאדו. מצב יובש אוויר מתעורר כאשר חלק, אבל לא כל הנקבוביות הפנימיות מלאים. מצב פני השטח הרווי יבש (SSD) מתעורר כאשר כל הנקבוביות הפנימיות רוויות, אך פני השטח יבשים. מצב SSD הוא זה המשמש כהתייחסות לעיצוב תערובת ומושג על ידי טבילת האגרגטים במים עד שכל הנקבוביות הפנימיות רוויות ולאחר מכן ייבוש פני השטח של כל החלקיקים. זה יכול להיעשות עם קצת מאמץ עבור צבירה גסה אבל קשה מאוד לעשות עבור אגרגטים עדינים כפי שאי אפשר לקבל את פני השטח של כל חלקיקי החול יבש מבלי למשוך את המים מן הנקבוביות הפנימיות. לחלופין, ניתן למדוד את SSD לצבירה עדינה באמצעות בדיקת השפל, כמתואר בסעיף הפרוטוקול. בשביל זה, עובש חרוט מלא בחול או צבירה, ולאחר מכן ארוז. התבנית מתהפכת ומסרה. אם זה צונח מעט, זה במצב SSD. אם התבנית מחזיקה את צורתה, הצבירה במצב לח או רטוב. המצב לח או רטוב מתרחש לאחר הצבירה כבר שקוע במים במשך זמן רב מספיק, כי כל הנקבוביות הפנימיות רוויות, ואת פני השטח רטוב. בפועל, האגרגטים יהיו רטובים (יותר מדי מים) או יבשים באוויר (מעט מדי מים) ביחס למצב ה- SSD העיצובי. לכן, לפני ערבוב, כמות המים צריך להיות מותאם.

למרות שמגוון תכולת הלחות מהתנור יבש ועד רטוב הוא קטן (בעיקר בטווח של 4% עד 6%), כמות האגרגטים בתערובת בטון טיפוסית גדולה בהרבה מזו של המים, לעתים קרובות בטווח של 25 עד 1. לכן, אפילו הבדל קטן בתכולת המים באחוזים של האגרגטים יכול להשפיע השפעה עצומה על סך המים שיש להוסיף כדי לשמור על יחס מים-מלט מסוים, המשתנה העיקרי המשמש לשליטה על חוזק ועמידות של תערובות בטון. יכולת הקליטה של צבירה מוגדרת כ:

(א"ק 1)

תכולת הלחות של דגימת משקל W מוגדרת כ:

(א"ק 2)

הכבידה הספציפית בתפזורת מוגדרת כיחס בין המסה של נפח יחידה של צבירה, כולל המים בחללים, למסה של נפח שווה של מים מזוקקים ללא גז בטמפרטורה המוצהרת. זאת בניגוד לכוח המשיכה הספציפי לכאורה, בעל הגדרה דומה אך אינו כולל את נפח המים בחללים. כוח המשיכה הספציפי בתפזורת הוא מאפיין מצטבר חשוב מכיוון שתערובות מפורטות לעתים קרובות על ידי נפח או משקל של הבוחרים, ולכן זה קריטי להיות מסוגל לעבור מסט אחד של אמצעים לשני. ערכים של כוח משיכה ספציפי מוזכרים כמי שנמצאים במצב יבש בתנור או במצב היבש של פני השטח הרוויים. במקרה הקודם, הכבידה הספציפית בתפזורת היא המסה היבשה בתנור חלקי המסה של נפח מים השווה לנפח הצבירה של SSD. במקרה האחרון, הכבידה הספציפית בתפזורת SSD היא המסה הרוויה היבשה חלקי המסה של נפח מים השווה לנפח המצטבר של SSD. לרוב האגרגטים יש SSD כבידה ספציפי בתפזורת בין 2.3 ל-3.0.

מאפיינים מרכזיים אחרים המשפיעים על הבחירה של מקורות מצטברים הם אינרטיות כימית והתנגדות ללבוש. אינרציות כימית רצויה כדי למנוע בעיות כגון התקפת גופרית ותגובות אלקלי-סיליקט, אשר גרמו לאובדן משמעותי בעבר, שכן הם בעיות שצצות שנים רבות לאחר שהיבוש הבטון. עמידות ללבוש מתייחסת ליכולתם של החלקיקים המצרפיים להתנגד להידרדרות מתנועת הולכי הרגל והרכב ללא בלאי או רקבון מיותרים. בדיקות למאפיינים אלה הן מעבר להיקף המעבדה ולא יידונו.

תכולת לחות וכוח משיכה ספציפי (לצבירה עדינה)

1. יש להשיג כ-1 ק"ג צבירה עדינה ויבשה (חול) ומניחים אותו במחבת מתכת שטוחה. החול היה צריך להיות מיובש בתנור בטמפרטורות מעל 220 מעלות צלזיוס לפחות 24 שעות כדי לאדות את כל המים.
2. הביאו את הצבירה העדינות למצב SSD על ידי התזת כמה טיפות מים על החול היבש באוויר וערבוב יסודי.
3. מחזיקים תבנית חרוט בחוזקה על מחבת המתכת השטוחה עם הקוטר הגדול כלפי מטה.
4. מניחים חלק מהחול באופן רופף בתבנית על ידי מילויו עד לנקודת הגלישה, ואז עורימים חול נוסף מעל החלק העליון של התבנית.
5. מטמפים קלות את החול לתוך התבנית עם 25 טיפות קלות של מוט האילוף. התחל כל טיפה על 0.2 פנימה מעל החלק העליון של החול. אפשר למוט ליפול בחופשיות על כל טיפה. התאימו את הגובה ההתחלתי לגובה פני השטח החדש לאחר כל טיפה והפיצו את הטיפות באופן שווה על פני השטח.
6. נקה חול רופף מסביב לבסיס והסיר את התבנית על ידי הרמתה אנכית. כאשר החול צונח מעט הוא מציין כי הוא הגיע למצב יבש משטח רווי. אם החרוט שומר על צורת העובש שלו, החול עדיין במצב רטוב ויש לחזור על התהליך באמצעות פחות מים. זהו הליך ניסוי וטעייה.
7. יש ליטול כ-400 גרם של צבירה של SSD. הקלט משקל מדויק של דגימת SSD (D).
8. מלא בקבוקון עם מים 500 מ"ל ולתעד את משקל המים ואת הבקבוקון בגרמים (B). טמפרטורת המים צריכה להיות כ 73 ± 3^oF (23 ± 1.5^oC).
9. רוקנו את המים מהבקבוק והוסיפו את כל דגימת חול ה-SSD לבקבוקון. ממלאים את הבקבוקון במים לכ-1/2 אינץ' מעל הצבירה. החל ואקום ופעולה מתגלגלת כדי לחסל את האוויר לכוד במצטבר. פעולה זו תימשך לפחות 5 דקות.
10. ממלאים את הבקבוקון במים עד 500 מ"ל. להקליט את המשקל הכולל (בגרמים) של הבקבוקון בתוספת המים בתוספת הצבירה (C).
11. חשב את כוח המשיכה הספציפי בצובר (SSD) בהתבסס על המשקלים B, C, D והשווה את הערך המחושב לערך הטיפוסי כדי להבטיח שהנתונים המתקבלים מדויקים.
12. יוצקים את כל תכולת הבקבוקון למחבת ומכניסים לתנור. מי ברז נוספים עשויים לשמש לפי הצורך כדי לשטוף את כל הצבירה מתוך הבקבוקון. לאחר 24 שעות, לחזור ולמדוד את המשקל של צבירה יבש תנור (A).

ניתוח מסננת (לצבירה עדינה)

1. להשיג את המשקל הנכון של צבירה יבשה. לצבירה עדינה, יש להשתמש בכ-400 גרם.
2. להרכיב 8" קוטר גודל sieves בסדר הבא: #4, #8, #16, #30, #50, #100, מחבת.
3. מניחים את האגרגטים בחלק העליון של מחסנית מסננת ומכסים במכסה. אבטחו כראוי את המסינים בשייקר המכני והדליקו את השייקר למשך חמש דקות.
4. שקול את החומרים שנשמרים על כל אחת מהמסנונים, כולל המשקל שנשמר במחבת, ורשום בגליון הנתונים. אם סכום משקולות אלה אינו בטווח של 0.1% ממספר מסננות המשמשות (0.6%) ממשקל המדגם המקורי, יש לחזור על ההליך. אחרת, השתמש בסכום המשקל שנשמר במחבת כדי לחשב את האחוז שנשמר בכל מסננת.
5. חשב את האחוז המצטבר שנשמר ב ואת האחוז העובר כל מסננת. התווה את עקומות הדירוג עבור האגרגטים העדינים מהניסוי בתרשים הדירוג כפי שמוצג להלן בעלילה לדוגמה שלהלן.
6. לחשב את מודולוס העדינות לצבירה העדינות.

טבלה 1: נתוני בדיקת לחות מצטברת עדינה

מהנתונים לעיל (טבלה 1), ערכי הכבידה והספיגה הספציפיים מחושבים כדלקמן (טבלה 2):
כוח משיכה ספציפי לכאורה (יבש) = A / (B + A-C)
כבידה ספציפית בתפזורת (יבשה) = A / (B +D-C)
כבידה ספציפית בתפזורת (SSD) = D / (B +D-C)
ספיגה = ((D-A) / A) x 100%

טבלה 2: סיכום תוצאות בדיקת הלחות

טבלה 3 ממחישה את חישוב מודולוס העדינות. פרשנות של מודולוס העדינות עשויה להיות שהיא מייצגת את מסננת הממוצע (המשוקלל) של הקבוצה שעליה נשמר החומר, מס '100 להיות הראשון, מס '50 השני, וכו '. לכן, עבור חול עם FM של 3.00, מסננת מס '30 (מסננת שלישית) יהיה גודל מסננת הממוצע שבו הצבירה נשמרת. במקרה שלנו, מודולוס עדינות של 2.92 מצביע על כך שיש הרבה חלקיקים עדינים במדגם המצרפי שלנו, כמו מודולוס עדינות גבוהה מציין כי חלקיקים רבים נלכדו מסננת קטנה יותר.

טבלה 3: חישוב מדגם בקביעת מודולוס עדינות

עדינות מודולוס החול = מצטבר % נשמר/100
= (12.2+28.5+40.7+54.9+73.2+93.5)/100 = 3.02
* מסננת #200 לא צריכה להיכלל בחישוב FM.

בתרגיל מעבדה זה נבדקו שלושה מאפיינים חשובים של אגרגטים המשמשים בתערובות בטון. הראשון הוא תכולת הלחות ויכולת הקליטה. כמויות אלה נדרשות כדי לקבוע כראוי את כמות המים שיש להוסיף לתערובת בטון. המאפיין השני הוא כוח המשיכה הספציפי. ערך זה נחוץ מכיוון שלעתים יש צורך לעבור מנפחים למשקולות ולהיפך בתערובות בטון אצווה. המאפיין השלישי הוא התפלגות הגודל או הדירוג. דירוג מתאים של צבירה בתערובת בטון מלט פורטלנד רצוי על מנת להבטיח את יכולת העבודה של תערובת הבטון והכלכלה בשימוש במלט. עבור בטון אספלט, דירוג מתאים לא רק ישפיע על יכולת העבודה של התערובת והכלכלה בשימוש באספלט, אלא גם ישפיע באופן משמעותי על הכוח ועל תכונות אינטגרליות אחרות.

בעיצוב של תערובות בטון ואספלטי, רצוי תמיד למקסם את השימוש אגרגטים עדינים גסים, שכן הם המרכיב הזול ביותר של תערובות אלה. תערובות בטון משמשות בפרויקטי בנייה רבים, החל מבניית גשרים ועד תחנות כוח ומתקני תעשייה. שימוש הולם בדירוג, בתכולת הלחות ובמודולוס העדינות יביאו לפרויקטי תשתית עמידים ויעילים.