مسلما مقاومت فشاری بتن نمی تواند به میزان قابل توجهی از مقاومت قسمت عمده سنگدانه هایی که در آن قرار دارند، تجاوز نماید. گو اینکه تعیین مقاومت ذرات سنگدانه جداگانه به سهولت امکان پذیر نیست، در واقع آزمایش مقاومت خرد شدگی ذرات سنگدانه به تنهایی مشکل است و اطلاعات لازم را معمولا باید از آزمایش های غیر مستقیم مانند ضریب خرد شدگی انبوه سنگدانه، نیروی لازم برای متراکم کردن انبوه سنگدانه و عملکرد سنگدانه در بتن به دست آورد.

آزمایش اخیر به سادگی یا به معنی تجربه قبلی بر روی سنگدانه های معین و یا مصرف آزمایشی آنها در مخلوطی از بتن که مقاومت مشخصی را با سنگدانه هایی که قبلا به تایید رسیده ایجاد می کند، خواهد بود. اگر سنگدانه های تحت آزمایش سبب ایجاد مقاومت فشاری کمتر بتن گردند و به ویژه اگر پس از خرد شدن نمونه بتن، تعداد زیادی از سنگدانه ها شکسته شده باشند، در این صورت مقاومت سنگدانه ها کمتر از مقاومت فشاری اسمی مخلوط بتن ساخته شده با این سنگدانه خواهد بود. واضح است که این نوع سنگدانه ها را فقط می توان در بتن های با مقاومت کمتر به کار برد. برای مثال در مورد Laterite که در آفریقا، جنوب آسیا و آمریکای جنوبی بسیار فراوان است و به ندرت می توان با آن بتنی با مقاومت بیش از ۱۰MPa تولید نمود، این موضوع کاملا صادق است.

عدم کفایت مقاومت سنگدانه ها معرف حالت محدود کننده می باشد؛ زیرا خواص سنگدانه ها بر مقاومت بتن (حتی وقتی که سنگدانه ها به خودی خود قدرت کافی دارند تا به صورت زودرس شکسته نشوند) تاثیر خواهد داشت. اگر بتن های ساخته شده با سنگدانه های مختلف با یکدیگر مقایسه شوند، می توان ملاحظه نمود که تاثیر سنگدانه بر مقاومت بتن با نسبت های مخلوط مختلف از لحاظ کیفی یکسان است و صرف نظر از اینکه بتن در فشار و یا کشش مورد آزمایش قرار گیرد، این تاثیر ثابت خواهد بوده^5-۳. امکان دارد که تاثیر سنگدانه ها بر مقاومت بتن نه تنها ناشی از مقاومت مکانیکی آنها باشد، بلکه ممکن است تا حد قابل ملاحظه ای به جذب آب و خصوصیات چسبندگی سنگدانه ها نیز بستگی داشته باشد.

به طور کلی مقاومت و الاستیسیته سنگدانه ها به ترکیبات، بافت و ساختار آنها بستگی دارد. بنابراین مقاومت کم سنگدانه ها ممکن است ناشی از ضعیف بودن ذرات تشکیل دهنده آنها باشد و یا اینکه ممکن است ذرات مقاومت کافی داشته باشند ولی خوب به یکدیگر بافته نشده و به هم نچسبیده باشند.

مدول الاستیسیته سنگدانه ها به ندرت تعیین می شود ولیکن این مدول پارامتر بی اهمیتی نمی باشد؛ زیرا به طور کلی هر چه مدول الاستیسیته سنگدانه ها بیشتر باشد مدول بتن نیز زیادتر خواهد شد، اما مدول بتن به عوامل دیگری نیز بستگی دارد. مدول الاستیسیته سنگدانه ها همچنین بر میزان خزش و جمع شدگی که می تواند در بتن به وجود آید، تاثیر خواهد داشت. ناسازگاری فاحش بين مدول های الاستیسیته سنگدانه ها و خمیر سیمان هیدراته شده به طور نامطلوبی سبب افزایش ترک های مویینه در فصل مشترک خمیر و سنگدانه می گردد.

یک مقدار متوسط خوب مقاومت خرد شدگی سنگدانه ها در حدود 200MPa می باشد، ولیکن مقاومت بسیاری از سنگدانه های عالی تا حد پایین ۸۰MPa می باشد. یکی از زیادترین مقادیری که به ثبت رسیده است برابر ۵۳۰MPa می باشد که متعلق به نوعی کوارتزیت است. مقادیر مربوط به سنگ های دیگر در جدول ۶-۳ داده شده اند ^6-۳. لازم به تذکر است که مقاومت لازم برای سنگدانه ها به میزان قابل توجهی بیشتر از حدود مقاومت های معمولی بتن می باشد؛ زیرا تنش های واقعی ایجاد شده در فصل مشترک هر یک از ذرات در داخل بتن ممکن است خیلی بیش از تنش فشاری اسمی اعمال شده باشد.

از طرف دیگر، آن دسته از سنگدانه ها که مقاومت و مدول الاستیسیته آنها متوسط یا کم است، می توانند به لحاظ حفظ یکپارچگی بتن با ارزش باشند. وقتی که سنگدانه ها تراکم پذیر باشند تغییرات حجمی بتن، (ناشی از دلایل رطوبتی یا حرارتی) منجر به تنش کمتری در خمیر سیمان هیدراته شده خواهد شد. بنابراین تراکم پذیری سنگدانه ها از فشار داخلی خواهد کاست، در حالی که ممکن است سنگدانه های سخت و صلب، سبب ترک برداشتن خمیر سیمانی که آنها را احاطه نموده است، گردند.

می توان متذکر شد که هیچ گونه رابطه کلی بین مقاومت و مدول الاستیسیته سنگدانه های مختلف وجود ندارد ۳-۳. برای مثال نتایج نشان داده اند که مدول الاستیسیته بعضی از گرانیتها برابر ۴۵GPa و بعضی از گابروها و دیابازها برابر 85.5GPa می باشد. مقاومت کلیه این سنگ ها در دامنه بین ۱۴۵ و ۱۷۰MPa قرار می گیرد. مقادیر بیشتر از ۱۶۰GPa نیز برای مدول الاستیسیته سنگدانه ها گزارش شده اند.

 

جدول 6-3: مقاومت فشاری سنگ های آمریکایی که معمولا به عنوان سنگدانه در بتن مصرف می شوند^6-3

نوع سنگ	تعداد نمونه ها*	مقاومت فشاری
			پس از حذف مقادیر کرانه ها▼
		میانگین┼ MPa	حداکثر MPa	حداقل MPa
گرانیت فلسیت زینه سنگ (Trap) سنگ آهک ماسه سنگ مرمر کوارتزیت گنایس شیست	278 12 59 241 79 34 26 36 31	181 324 283 159 131 117 252 147 170	257 526 377 241 240 244 423 235 297	114 120 201 93 44 51 124 94 91

* برای اغلب نمونه ها مقاومت فشاری مقدار متوسط، برای 3 تا 15 نمونه می باشد.

┼ میانگین همه نمونه ها

▼ 10 درصد کلبه نمونه های آزمایش شده با بیشترین و یا کمترین مقادیر، به عنوان نمونه غیر معرف حذف گردیده اند.

قبلا آزمایشی برای سنجش مقاومت فشاری مغزه های تهیه شده از سنگ همواره تجویز می شد، ولیکن نتایج چنین آزمایش هایی تحت تاثیر وجود صفحه های ضعیف سنگ قرار می گیرد، اما تاثیر این صفحه ها پس از خرد شدن سنگ به اندازه هایی که قابل مصرف در بتن باشند، ممکن است حائز اهمیت نباشد. در حقیقت آزمایش مقاومت خردشدگی، به جای آنکه سنجشی از کیفیت سنگدانه مصرفی در بتن باشد، کیفیت سنگ مادر را می سنجد و به همین دلیل از این آزمایش به ندرت استفاده می شود.

گاهی مقاومت نمونه ای از سنگ مرطوب و همچنین نمونه ای از سنگ خشک تعیین می گردد. نسبت مقاومت های نمونه مرطوب به نمونه خشک، سنجشی از قابلیت نرم شدن سنگ است، و وقتی که این نسبت زیاد باشد، می توان به کم دوامی سنگ مظنون شد.

در بخش ۱۱۰ آیین نامه 812:1990 BS آزمایشی برای تعیین خواص خرد شدن مجموعه سنگدانه ها، که آزمایش ارزش خرد شدن نامیده شده و سنجشی بر مقاومت در برابر پودر شدن سنگدانه ها می باشد، آمده است ^۳۸-۳. ارزش خرد شدن درباره سنگدانه هایی که عملکرد ناشناخته دارند، به ویژه وقتی که مظنون به داشتن مقاومت کمتری باشند، راهنمای مفیدی خواهد بود. هیچگونه رابطه فیزیکی مشخصی بین ضریب خرد شدن و مقاومت فشاری وجود ندارد، اما نتایج این دو آزمایش معمولا در توافق با یکدیگرند^۷۵-۳.

 

مصالحی که در آزمایش ارزش خرد شدن مصرف می شوند باید از الک 14.0 mm (1/2 in) بگذرند و بر روی الک 10.0 mm  (8/3 in) باقی بمانند. ولی وقتی که این اندازه از سنگدانه ها در دسترس نباشد ممکن است اندازه های دیگری از آنها به کار رود، اما به طور کلی ذراتی که اندازه آنها از حد استاندارد بزرگ تر باشد، در آزمایش ارزش خرد شدن مقدار بیشتری از خود نشان می دهند، و ذرات کوچک تر از استاندارد مقدار کمتری از وقتی که همان سنگدانه ها و با اندازه استاندارد به کار برده می شوند، به دست می دهند. نمونه مورد آزمایش باید به مدت ۴ ساعت در گرمچال با حرارت ۱۰۰ تا ۱۱۰°C خشک شود و سپس در قالب استوانه ای ریخته شده و به روش توصیه شده کوبیده شود. پیستونی بر بالای سنگدانه ها قرار می گیرد، کل مجموعه در دستگاه آزمایش فشار قرار داده می شود و بار ۴۰۰ kN (۴۰) تن بر روی سطح کل پیستون وارد می آید. بار باید به تدریج و در طول زمان ده دقیقه وارد آید. پس از برداشتن بار از روی پیستون، سنگدانه ها از قالب خارج می گردند و در حالتی که اندازه دانه های نمونه در حد استاندارد 14.0 تا 10.0mm ( 1/2 تا 3/8in) باشد از الک نمره 2.36mm (نمره 8 ASTM) عبور داده می شوند. برای نمونه های با سایر اندازه ها، اندازه الک لازم در بخش ۱۱۰ آیین نامه812:1990 BS تجویز شده است. نسبت جرم موادی که از الک کوچک تر میگذرند به جرم کل نمونه را ارزش خرد شدن می نامند. کوششهایی برای ابداع آزمایشی برای سبکدانه ها، مشابه آزمایش ارزش خرد شدن که در بالا توضیح داده شد، به عمل آمده است اما هیچ آزمایشی استاندارد نشده است.

آزمایش ارزش خرد شدن نسبت به تغییرات مقاومت مصالح كم قدرت (یعنی با ارزش خرد شدن حدود بیش از ۲۵) حساسیت کافی را ندارد؛ علت این امر آن است که پس از خرد شدن و قبل از وارد آمدن بار کامل ۴۰۰kN (۴۰ تن) ذرات ضعیف تر متراکم می شوند و لذا مقدار خرد شدن در خلال مراحل بعدی آزمایش کاهش می یابد. به طور مشابه ذرات متورق ارزش خرد شدن را افزایش می دهند ^۳۸-۳. به این دلایل آزمایش ارزش ده درصد ریز دانه ابداع شده و در بخش ۱۱۱ آیین نامه 812:1990 BS آمده است. در این آزمایش، دستگاه استاندارد آزمایش خرد شدن به کار گرفته می شود تا بار لازم جهت ایجاد ۱۰ درصد ریز دانه از ذراتی که اندازه آنها بین 14.0 تا 10.0mm (1/2 تا 3/8in ) است و در استوانه متراکم شده اند، تعیین گردد. این کمیت را با افزودن تدریجی بار بر روی پیستون تا اینکه در ظرف ده دقیقه نفوذی در حدود مقادیر زیر بنماید، به دست می آورند.

۱۵mm برای سنگدانه های گرد گوشه.

۲۰ mm برای سنگدانه های خرد شده، و

۲۴ mm برای سنگدانه های متخلخل (مانند سنگ رسی منبسط شده و یا سرباره پف کرده).

 

مقادیر نفوذ باید منجر به 7.5 تا 12.5 درصد مواد ریز دانه که از الک 2.36mm (نمره 8 ASTM) میگذرند، گردد. اگر برابر درصد واقعی مواد ریز دانه در اثر حداکثر بار رتن باشد، در این صورت بار لازم برای ایجاد ده درصد ریز دانه از رابطه (4+y) 14x به دست می آید. لازم به تذکر است که در این آزمایش بر خلاف آزمایش استاندارد شده ارزش خرد شدن، یک نتیجه عددی زیادتر، معرف مقاومت بیشتر سنگدانه ها می باشد. آیین نامه بریتانیایی 882:1992 BS حداقل مقدار ۱۰ درصد ریزدانه ها برابر KN۱۵۰ (۵ تن) را برای مصرف در کفهای قوی، و KN۱0۰ (10 تن) را برای بتن هایی که در معرض سایش قرار دارند، و KN۵۰ (۵ تن) را برای وقتی که در انواع دیگر بتن مصرف می شوند، تجویز نموده است.

برای سنگدانه های پر قدرت، آزمایش «ارزش ده درصد ریز دانه» رابطه نسبتا خوبی با آزمایش استاندارد شده «ارزش خرد شدن» نشان می دهد، در حالی که برای سنگدانه های ضعیف تر آزمایش ارزش ده درصد ریز دانه حساس تر بوده و تصویر حقیقی تری از تفاوت های بین نمونه های کم و بیش ضعیف را ایجاد می نماید. به همین دلیل از این آزمایش برای ارزیابی سبکدانه ها استفاده می کنند، اما هیچگونه رابطه ساده ای بین نتیجه این آزمایش و حد فوقانی مقاومت بتن ساخته شده با سنگدانه های مورد آزمایش وجود ندارد.