علاوه بر خصوصیات سنگ شناسی سنگدانه ها، ویژگی های بیرونی ذرات به ویژه شکل و بافت سطحی آنها نیز حائز اهمیت می باشد. توصیف شکل اجسام سه بعدی نسبتا مشکل است، لذا تعریف پاره ای از مشخصه های این نوع اجسام آسان تر خواهد بود.

جدول 3-3: طبقه بندی شکل ذرات طبق بخش اول آیین نامه 812:1975 BS همراه با مثال ها

طبقه بندی	شرح	مثالها
گرد گوشه   نامنظم   ورقه ای گوشه دار     دراز و باریک   ورقه ای و دراز و باریک	در آب کاملا ساییده شده و یا کاملا در اثر اصطکاک و سایش شکل یافته اند به طور طبیعی نامنظم، یا قسمتی از آنها در اثر فرسایش شکل یافته و دارای لبه های گرد شده می باشند موادی که ضخامت آنها نسبت به بعد دیگرشان کوچک باشد دارای لبه های کاملا مشخص شده که در تقاطع، سطوح تقریبا مسطح به وجود آمده اند   موادی که معمولا گوشه دار بوده و طول آنها به میزان قابل ملاحظه ای بزرگتر از دو بعد دیگرشان است است موادی که طول آنها به میزان قابل ملاحظه ای بزرگ تر ازعرض آنها بوده و عرض آنها به میزان قابل ملاحظه ای بزرگ تر از ضخامت آنهاست	شن های رودخانه ای یا ساحلی: ماسه کویری، ساحلی و بادی نوع دیگر شن ها، فلینت روی زمین یا حفاری   سنگ های مطبق انواع مختلف سنگ های خرد شده سنگ دامنه کوه ها، سرباره کوره خرد شده   -   -

 

با استفاده از پارامتر گردگوشگی می توان تیزی نسبی، و یا گوشه داری لبه ها و کنج های ذرات را سنجید. میزان گردگوشگی عمدتا توسط مقاومت فشاری و مقاومت سایشی سنگ مادر کنترل می شود و به مقدار سایشی که ذرات در معرض آن قرار گرفته اند، بستگی دارد. در مورد سنگدانه های خرد شده، شکل ذرات نه تنها به ماهیت جنس سنگ مادر، بلکه به نوع سنگ شکن و ضریب خردکنندگی آن (یعنی نسبت اندازه مواد تغذیه شده به داخل سنگ شکن به اندازه ذراتی که از سنگ شکن خارج می شوند) نیز بستگی دارد. یک طبقه بندی کلی، از نظر گردگوشگی ذرات بر اساس قسمت اول آیین نامه 812:1975 BS در جدول 3-3 داده شده است. طبقه بندی ای که در بعضی مواقع در ایالات متحده به کار برده می شود به شرح زیر است:

کاملا گرد گوشه - هیچ یک از سطوح اصلی آن باقی نمانده باشند.

کاملا گرد گوشه - سطوح اولیه تقریبا محو شده باشند.

نیمه گردگوشه  - سایش قابل ملاحظه اتفاق افتاده و مساحت سطوح کاهش یافته باشد.

نیمه گوشه دار  - قدری سایش رخ داده اما سطوح دست نخورده اند.

گوشه دار         - آثار کمی از سایش وجود داشته باشد.

 

از آنجا که درجه تراکم ذرات هم اندازه به شکل آنها بستگی دارد، میزان گوشه دار بودن سنگدانه ها را می توان از میزان منافذ در نمونه ای که به روش تجویز شده ای متراکم گردیده است، تخمین زد. بخش اول آیین نامه بریتانیایی 812:1975 BS مفهوم نمره گوشه داری را به صورت ۶۷ منهای درصد حجم مواد جامد در استوانه ای که به روش استاندارد از سنگدانه پر شده، تعریف نموده است. اندازه ذرات مصرف شده در آزمایش باید در داخل محدوده باریکی کنترل گردد.

عدد ۶۷ در عبارت نمره گوشه داری، معرف درصد حجم جامد گردگوشه ترین شنها می باشد به طوری که نمره گوشه داری، درصد منافذ اضافه بر آنچه که در شن گرد گوشه وجود دارد (یعنی ۳۳) را می سنجد. هرچه این نمره بیشتر باشد سنگدانه ها گوشه دارتر خواهند بود و حدود این عدد برای سنگدانه هایی که معمولا مصرف می شوند، بین صفر و ۱۱ است. آزمایش گوشه داری به ندرت انجام می شود.

پیشرفت جدیدی که در زمینه سنجش گوشه داری سنگدانه های درشت و ریز (اما با ذرات هم اندازه) رخ داده، ضریب گوشه داری است که به صورت نسبت حجم جامد سنگدانه های غیر متراکم به حجم جامد کره های شیشه ای با دانه بندی مشخص شده، می باشد ^۴۱-۳ و بنابراین، هیچگونه تراکمی وجود ندارد و خطای عامل آزمایش کننده از بین می رود. روش های غیرمستقیم دیگری نیز برای تعیین شکل سنگدانه های ریز توسط Gaynor و ^3-6۳Meininger به صورت کاملا دقیق بررسی شده اند، اما هنوز هیچ روشی که به صورت عمومی مورد تایید قرار گرفته باشد، وجود ندارد.

مقدار منافذ سنگدانه ها را می توان از تغییر در حجم هوا، وقتی یک کاهش معینی در فشار صورت می گیرد محاسبه نمود و بنابراین حجم هوا یعنی حجم فضای بین ذرات را می توان به دست آورد ^۵2-۳.

اثبات ساده ای از وابستگی درصد منافذ به شکل ذرات را می توان در شکل ۲-۳ (بر اساس داده های Shergold^1-3) مشاهده نمود. نمونه از مخلوطی از دو نوع سنگدانه، گوشه دار و گردگوشه، در نسبت های مختلف تشکیل شده است و دیده می شود که چگونه افزایش نسبت ذرات گردگوشه درصد منافذ را کاهش می دهد. حجم منافذ بر چگالی بتنی که تولید می شود، تاثیر می گذارد.

جنبه دیگری از شکل سنگدانه های درشت، ضریب کروی بودن آنها است که به صورت تابعی از نسبت مساحت سطح دانه به حجم آن تعریف شده است. ضریب کروی بودن با لایه بندی و شکافت (کلیواژ) سنگ ما در ارتباط دارد و در صورتی که اندازه دانه به طور مصنوعی کاهش یافته باشد، تحت تاثیر نوع دستگاه سنگ شکن قرار می گیرد. دانه های با نسبت زیاد مساحت سطح به حجم مورد توجه خاص می باشند؛ زیرا این نوع دانه ها نیاز به آب مخلوط بتن را، برای کارآیی معین، افزایش می دهند.

شکی نیست که شکل ذرات سنگدانه های ریز بر خواص مخلوط تاثیر می گذارد و ذرات تیزگوشه برای حصول کارآیی معین، به آب بیشتری نیاز دارند. علی رغم کوشش های به عمل آمده برای استفاده از سنجش تصویر مساحت سطح و سایر تقریب های هندسی، هنوز روش قابل قبولی برای سنجش و بیان شکل در دسترس نمی باشد.

شکل ۲-۳: تاثیر گوشه داری سنگدانه ها بر نسبت منافذ ^1-۳

تا آنجا که به سنگدانه درشت مربوط می شود، شکلی از دانه های با ابعاد یکسان، ترجیح داده می شود، زیرا دانه هایی که شکل آنها به صورت قابل ملاحظه ای از این حالت انحراف داشته باشد، مساحت سطح بیشتری خواهند داشت و به صورت ناهمسان متراکم می شوند. دو نوع از ذرات که شکل آنها از حالت شکل هم اندازه انحراف دارد، مورد توجه می باشند: طویل و پولکی ، شکل اخير همچنین می تواند به نحو نامطلوبی بر دوام بتن اثر بگذارد زیرا دانه های پولکی تمایل به قرار گرفتن در یک جهت دارند و آبی که در اثر آب انداختن بتن به وجود می آید، و همچنین منافذ هوا، در زیر این سطوح جمع می شوند.

جرم ذرات پولکی به صورت درصدی از جرم کل نمونه، ضریب تورق نامیده می شود. به نحو مشابهی ضریب تطویل تعریف می گردد. بعضی از دانه ها هم ورقه ای و هم دراز و باریک می باشند و بنابراین در هر دو گروه قرار می گیرند. ان طبقه بندی بر اساس مقیاس ساده ای که در بخش ۱-۱۰۵ آیین نامه 812:1989 BS و بخش ۲-۱۰۵ آیین نامه 812:1990 BS توصیف شده است، به عمل می آید. تقسیم بندی بر مبنای فرض نسبتا دلخواهی صورت می گیرد، به نحوی که اگر ضخامت دانه (کمترین بعد) کمتر از ۶. اندازه متوسط الک گروه اندازه ای که دانه به آن تعلق دارد، باشد، آن را متورق در نظر می گیرند. به طور مشابه دانه ای که طول آن (بزرگ ترین بعد) بیش از 1.8 برابر اندازه متوسط الک گروه اندازهای خود باشند، سوزنی نامیده می شود. طبق تعریف، اندازه متوسط عبارت است از: متوسط عددی اندازه الکی که دانه درست روی آن باقی می ماند و اندازه الکی که دانه درست از آن عبور می کند. از آنجا که کنترل دقیق تری در اندازه لازم است، الک هایی که برای این منظور در نظر گرفته می شوند سری الکهای استاندارد سنگدانه های بتن نبوده و بلکه الکهای ۷۵٫۰، ۶۳٫۰، ۵۰.0، ۳۷٫۵، ۲۸.0، ۲۰.0، ۱۴٫۰، ۱۰.0 ، ۶٫3mm  (یا الک های ۳، 1/2 2، ۲، 1/2 1 ، 1، 3/4، 1/2، 3/8، و 1/4in ) می باشند. اگر چه آزمایش های تورق و تطويل برای ارزیابی عمومی سنگدانه ها مفید می باشند، به نحو مناسبی شکل دانه را توصیف نمی نمایند.

معمولا وجود سنگدانه های سوزنی بیش از ۱۰ تا ۱۵ درصد جرمی سنگدانه های درشت، نامطلوب تشخیص داده می شود ولیکن هیچگونه حدود مشخصی برای این منظور تعیین نشده است. آیین نامه بریتانیایی 882:1992 BS ضریب تورق سنگدانه های درشت را برای شن طبیعی به ۵۰ و برای دانه های درشت کاملا و یا بخشی خرد شده، به ۴۰ محدود می نماید. البته برای سطوح تحت سایش، مقادیر کمتری از ضریب تورق مورد نیاز می باشد.

بافت سطحی سنگدانه، به ویژه در مورد سنگدانه های ریز، بر پیوستگی آن با خمیر سیمان و همچنین بر مقدار آب لازم برای مخلوط تاثیر می گذارد.

طبقه بندی بافت سطحی بر مبنای درجه صیقلی یا مات، صاف یا خشن بودن سطوح دانه می باشند، قرار دارد، همچنین نوع ناصافی نیز باید توصیف شود. بافت سطحی به سختی، اندازه ذرات، و مشخصه های منافذ سنگ مادر (سنگ های سخت، متراکم و با بافت ریز که عموما سطح شکستی صاف دارند)، و همچنین به حدی که نیروهای عمل کننده بر سطح ذرات، آنها را صاف و یا خشن نموده باشد، بستگی خواهد داشت. تخمين عینی میزان ناصافی کاملا معتبر است، اما برای کاهش سوء تفاهم، لازم است از طبقه بندی بخش اول آیین نامه 812:1975 BS که در جدول ۴-۳ نشان داده شده پیروی شود. هیچگونه روش مشخصی برای سنجش ناصافی سطح ذرات وجود ندارد اما برخورد Wright^2-3 قابل توجه است. در این روش سطح مشترک بین دانه و صمغی که دانه در آن قرار داده شده است بزرگ نمایی می شود و اختلاف بین طول نیمرخ و طول خط شکسته ای که به صورت یک سری وتر ترسیم می شود، به دست می آید. این اختلاف را به عنوان سنجشی از ناصافی سطح دانه در نظر میگیرند. به این طریق نتایج قابل تکراری به دست می آید، اما این روش پر زحمت بوده و به میزان وسیعی مورد استفاده قرار نمی گیرد.

روش دیگر آن است که از ضریب شکل و ضرایب بافت سطحی که از روش سری های Fourier محاسبه می شود، استفاده گردد. در این روش از پیش فرض دامنه های سیستم هارمونیک و همچنین یک ضریب ناصافی اصلاح شده استفاده می شود ^{۵۳ -۳}. در اینکه این نوع برخورد بتواند در ارزیابی و مقایسه یک دامنه وسیع از شکل ها و خصوصیات بافت سطحی که در عمل وجود دارند مفید باشد، شک وجود دارد. روش های دیگری در این باره توسط Ozol بررسی شده است ^6۵-۳.

 

جدول ۴-3: بافت سنگدانه ها طبق بخش اول آیین نامه 812:1975 BS با مثالها

گروه	بافت سطحی	خصوصیات	مثالها
1 2     3   4     5   6	شیشه ای صاف     دانه دانه   خشن     بلوری   لانه زنبوری	شکستن مخروطی در آب ساییده شده یا سطح صافی که از شکستن ورقه های سنگ های مطبق یا سنگ های با بافت ریز ایجاد می شود شکست هایی که در آن کم و بیش دانه های گرد گوشه یکنواخت دیده می شوند شکستن خشن سنگ های با بافت ریز یا متوسط که حاوی بلورهایی که به آسانی مشاهده می شوند نباشند بلوری حاوی مواد بلوری که به آسانی قابل رویت هستند با منافذ و حفره های قابل رویت	فلینت سیاه، سرباره کوره شیشه ای شن ها ، چرت، سنگ لوح، مرمر، بعضی از ریولیت ها   ماسه سنگ، اولیت ( Oolite)   بازالت، فلسبت پر فیری، سنگ آهک   گرانیت، گابرو، گنایس   آجر، سنگ پا، سرباره کوره پف کرده، تفاله کوره، خاک رس منبسط شده

 

جدول ۵-3: اهمیت نسبی خواص سنگدانه ها که بر مقاومت بتن اثر می گذارند^3-3

خاصیت بتن	اثر نسبی خواص سنگدانه ها، درصد
	شکل	بافت سطحی	مدول الاستیسیته
مقاومت خمشی مقاومت فشاری	31 22	26 44	43 34

 

توجه: مقادير معرف نسبت واريانس مربوط به هر خاصیت بر کل واریانس، با محسوب نمودن سه مشخصه سنگدانه ها در آزمایش های به عمل آمده بر روی سه مخلوط ساخته شده با ۱۳ نوع سنگدانه می باشند.

چنین به نظر می رسد که شکل و بافت سطحی سنگدانه ها به میزان قابل ملاحظه ای بر مقاومت بتن اثر می گذارند. مقاومت خمشی بیش از مقاومت فشاری تحت تاثیر واقع می شود و اثرات شکل و بافت سطحی به خصوص در حالت بتن با مقاومت زیاد چشمگیر است. بعضی از داده های Kaplan^3-3 در جدول ۵-۳ منعکس شده اند، اما اینها چیزی به جز نشانه ای از نوع تاثیر عوامل به دست نمی دهند؛ زیرا ممکن است عوامل دیگر (تاثیرگذار بر مقاومت در نظر گرفته نشده باشند. نقش کامل شکل و بافت سطحی سنگدانه ها در افزایش مقاومت بتن شناخته شده نیست، اما احتمالا یک بافت سطحی خشن تر منجر به نیروی پیوستگی بیشتری بین دانه ها و خمیر سیمان خواهد شد. به همین صورت، مساحت بیشتر سطح سنگدانه های گوشه دار به این معنی است که نیروی پیوستگی بیشتری می تواند ایجاد شود.

شکل و بافت سنگدانه های ریز تاثیر چشم گیری بر آب لازم برای مخلوطی که با این مواد ساخته می شود، خواهد داشت. اگر این خواص سنگدانه های ریز توسط میزان متراکم شدن آنها یعنی به وسیله درصد منافذ در یک حالت غیر متراکم ، به صورت غیر مستقیم بیان گردند در این صورت اثر آنها بر میزان آب لازم برای مخلوط کاملا معلوم خواهد بود؟ ^۴2-۳ (به شکل ۳-۳ رجوع شود). تاثیر منافذ در سنگدانه های درشت کمتر مشخص است ^۴۲-۳.

شکل 3-3: رابطه بین مقدار منافذ ماسه در حالت غیر متراکم و میزان آب لازم برای بتن حاوی ماسه معین ^42-3

شکل ۴-3: رابطه بین ضریب گوشه داری سنگدانه و ضریب تراکم بتن حاوی آن سنگدانه معین ^۴-۳

 

در این در زمینه به طور کلی میزان تورق و شکل سنگدانه های درشت اثر قابل ملاحظه ای بر کارآیی بتن خواهند داشت. شکل ۴-۳ که از مقاله ^4-3Kaplan گرفته شده است، نمایانگر الگویی از رابطه بین گوشه داری سنگدانه های درشت و ضریب تراکم بتن ساخته شده با آنها می باشد. افزایش گوشه داری از مقدار حداقل به حداکثر، ضریب تراکم بتن را در حدود 0.09 کاهش خواهد داد، اما در عمل مسلما هیچگونه رابطه واحدی نمی تواند بین این دو عامل وجود داشته باشد؛ زیرا خواص دیگری از سنگدانه ها نیز بر کارآیی موثرند. ولیکن نتایج تجربی ^4-3Kaplan این مطلب را که بافت سطحی می تواند در این رابطه عامل موثری باشد، تایید ننموده اند.