سنگدانه چیست؟ و آنچه باید درباره سنگدانه بدانید
سنگدانه‌ها مجموعه‌ای از ذرات ریز و درشت هستند که در ساخت و سازهای مختلف مانند جاده‌ها، راه‌آهن‌ها، سد‌ها، پل‌ها، ساختمان‌ها و غیره به عنوان مصالح، مواد اولیه و پرکننده مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این مقاله از مجله علمی و صنعتی یاب چی، ما به بررسی سنگدانه می‌پردازیم.
سنگدانه چیست؟
سنگدانه‌ها مجموعه‌ای از ذرات ریز و درشت مانند شن، ماسه، سنگ خرد شده، سرباره، ضایعات بتن، مواد پلیمری، خرده شیشه، خرده لاستیک و غیره هستند که به عنوان مصالح، مواد اولیه، پرکننده و فیلتر در سازه‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد تولید شده در دنیا، بیشترین حجم را به خود اختصاص می‌دهند. سنگدانه‌ها به صورت مستقیم (به عنوان مصالح ساختمانی) یا به صورت ترکیبی (در ترکیب با مواد دیگر مانند بتن) در پروژه‌های مختلف عمرانی استفاده می‌شوند.
تاریخچه استفاده از سنگدانه از چه زمانی آغاز شد؟
استفاده از سنگ و ماسه به منظور ساخت فونداسیون سازه‌های مختلف به هزاران سال پیش باز می‌گردد. در طول تاریخ، انسان‌ها از سنگدانه‌ها به عنوان یکی از منابع اصلی ساختمان‌سازی استفاده کرده‌اند. با پیشرفت تکنولوژی و توسعه مهندسی، استفاده از سنگدانه‌ها به شکل تخصصی و گسترده‌تر در زمان امپراتوری رم آغاز شد.
در دوران امپراتوری رم، سنگدانه‌ها جایگاه مهمی در ساخت و سازهای مختلف داشتند. آنها به منظور ساخت راه‌ها، آبگذرها و سازه‌های عمومی مورد استفاده قرار می‌گرفتند. با اختراع بتن، استفاده از سنگدانه‌ها در صنعت ساختمانی به یک مرحله جدید و مهم وارد شد. سنگدانه‌های ساختمانی به عنوان یکی از مولفه‌های اصلی سازه‌های بتنی مورد استفاده قرار گرفتند و نقش جدایی‌ناپذیری در ساختار و استحکام این سازه‌ها ایفا کردند.
کاربرد سنگدانه چیست؟
کاربرد سنگدانه‌ها در صنعت ساختمانی و عمرانی بسیار گسترده است. این مواد که بیشترین مقدار استخراج شده از معادن جهان را تشکیل می‌دهند، در طیف وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در زیر به برخی از کاربردهای مهم سنگدانه‌ها اشاره می‌شود:
۱. مصالح باربر (فونداسیون): سنگدانه‌ها به عنوان مصالح باربر در ساخت فونداسیون‌ها استفاده می‌شوند. آنها توانایی تحمل و انتقال بارهای سازه را دارا هستند.
۲. پرکننده: سنگدانه‌ها در حفریات زیرزمینی و پروژه‌های حفاری به عنوان پرکننده استفاده می‌شوند. آنها به منظور پر کردن فضاهای خالی و استحکام دادن به سازه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
۳. فیلتر و عایق: سنگدانه‌ها در سازه‌ها به عنوان فیلتر و عایق استفاده می‌شوند. آنها می‌توانند جریان آب را کنترل کرده و نفوذ آب را کاهش دهند.
۴. ساخت سازه‌های بتنی: سنگدانه‌ها در تولید بتن استفاده می‌شوند و به عنوان یکی از مولفه‌های اصلی بتن عمل می‌کنند. آنها به سازه‌های بتنی استحکام و سختی می‌بخشند.
۵. راه‌سازی: در صنعت راه‌سازی، سنگدانه‌ها در ساخت و نگهداری جاده‌ها و راه‌آهن‌ها استفاده می‌شوند. آنها به عنوان لایه پایه و آسفالت روسازی به کار می‌روند.
۶. سد و پل: سنگدانه‌ها در ساخت سد و پل‌ها به عنوان مصالح سازهای بکار می‌روند. آنها برای ایجاد استحکام و پایداری در سازه‌های بزرگ استفاده می‌شوند.
۷. سازه‌های پیش ساخته: سنگدانه‌ها در تولید سازه‌های پیش ساخته مانند بلوک‌ها و پوسترها استفاده می‌شوند.
۸. ساختمان‌های مسکونی و تجاری: سنگدانه‌ها در ساختمان‌های مسکونی و تجاری به عنوان مصالح ساختمانی استفاده می‌شوند. آنها به عنوان مواد سازهای و لایه‌های سطحی استفاده می‌ششوند.
۹. نما: سنگدانه‌ها در تزئین و ایجاد نماهای زیبا در ساختمان‌ها استفاده می‌شوند. آنها می‌توانند به عنوان سنگهای زینتی و تزئینی در نماها به کار روند.
۱۰. المان‌های تزئینی: سنگدانه‌ها در تولید المان‌های تزئینی مانند موزائیک، سنگهای قابل تراش و تزئینات دیگر استفاده می‌شوند.
۱۱. ترانشه: سنگدانه‌ها در ساخت ترانشه‌ها و مواد پایه راه‌ها به کار می‌روند. آنها به عنوان مصالح پایه و مقاوم در برابر فشار و سایش مورد استفاده قرار می‌گیرند.
۱۲. کفپوش: سنگدانه‌ها در ساخت کفپوش‌ها بکار می‌روند. آنها می‌توانند به عنوان مصالح مقاوم و دارای ظاهر زیبا در کفپوش‌های داخلی و خارجی استفاده شوند.
به طور خلاصه، سنگدانه‌ها در صنعت ساختمانی و عمرانی برای بسیاری از کاربردها از جمله ساخت بتن، روسازی راه، ساخت سد و پل، و تزئینات مورد استفاده قرار می‌گیرند. کاربردهای آنها بستگی به نوع پروژه و نیازهای سازه دارد.
انواع سنگدانه
تفاوتهای مختلفی در تقسیم بندی سنگدانه‌ها وجود دارد. این مواد معمولاً بر اساس منشا (طبیعی، مصنوعی)، شکل (گرد، نامنظم، تیز، پهن، دراز) و ابعاد ذرات (ریز یا درشت) به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. در ادامه، به معرفی هر یک از این موارد می‌پردازیم.
تقسیم بندی سنگدانه‌ها بر اساس شکل ذرات تشکیل دهنده
سنگدانه‌ها بر اساس شکل ذرات تشکیل دهنده به انواع گرد، نامنظم (نیمه گرد)، تیز (گوشه‌دار)، پهن (ورقه‌ای)، دراز و پهن دراز تقسیم می‌شوند. شکل سنگدانه‌ها ممکن است طبیعی (با نتیجه فرسایش) یا غیر طبیعی (به وسیله سنگ شکن) باشد.
سنگدانه گرد چیست؟
سنگدانه‌های گرد ذراتی هستند که به خوبی توسط فرسایش یا سایش شکل گرفته‌اند. این نوع سنگدانه‌ها فضای خالی مصالح را به حداقل می‌رسانند (۳۲ تا ۳۳ درصد) و به کارایی آنها افزوده می‌شود. به دلیل سطح ویژه و زاویه‌داری کم در سنگدانه‌های گرد، نیاز به آب و نسبت آب به سیمان (W/C) در آنها کاهش می‌یابد. این سنگدانه‌ها برای بتن با مقاومت بالا مناسب نیستند؛ زیرا جفت‌شدگی و مقاومت پیوند در آنها کم است. سنگهای درشت بستر رودخانه یا ساحل دریا از انواع سنگدانه‌های گرد هستند.
سنگدانه نامنظم چیست؟
سنگدانه نامنظم یا نیمه گرد، به طور معمول در کف گودال‌های بزرگ یافت می‌شوند. تخلخل بتن ساخته شده با استفاده از این سنگدانه‌ها حدوداً ۳۵ تا ۳۷ درصد است. به همین دلیل، کارایی آنها نسبت به سنگدانه‌های گرد کمتر است. مقاومت پیوند سنگدانه‌های نامنظم کمی بهتر از سنگدانه‌های گرد است. با این حال، این مواد نیز برای بتن با مقاومت بالا استفاده نمی‌شوند.
سنگدانه تیز چیست؟
سنگدانه تیز، از ذراتی با گوشه‌های زبر و زاویه‌دار تشکیل می‌شود. این ذرات از خرد کردن سنگ‌ها به دست می‌آیند. حضور سنگدانه‌های تیز در ترکیب بتن، تخلخل را به حداکثر (۳۸ تا ۴۵ درصد) افزایش می‌دهد. به همین دلیل، کارایی آن به میزان زیادی کاهش می‌یابد. با این حال، بهبود مقاومت پیوند بین سنگدانه‌های تیز و خمیر سیمانی باعث افزایش مقاومت فشاری بتن تا حدود ۱۰ تا ۲۰ درصد می‌شود. بنابراین، این نوع سنگدانه برای ساخت بتن با مقاومت بالا مناسب است.
سنگدانه پهن، دراز و پهن دراز چیست؟
سنگدانه‌های پهن، ضخامت نسبتاً کم و طول نسبتاً بزرگ دارند. به عبارت دیگر، کوچکترین بُعد این سنگدانه‌ها کمتر از ۶۰ درصد از میانگین ابعادشان است. در سنگدانه‌های دراز، طول ذرات از عرض و ضخامت بیشتر است. به طور کلی، اگر طول ذرات ۱۸۰ درصد از میانگین ابعادشان بیشتر باشد، آنها را به عنوان سنگدانه دراز می‌شناسند. سنگدانه‌های پهن، دراز و پهن دراز ترکیبی از دو نوع قبلی هستند. این سه نوع سنگدانه از خرد کردن نامناسب سنگ‌ها به دست می‌آیند، و به همین دلیل در مخلوط بتن از آنها استفاده نمی‌شود. نسبت این نوع سنگدانه‌ها در ترکیب بتن نباید بیشتر از ۱۰ تا ۱۵ درصد باشد.
انواع سنگدانه بر اساس منشا ذرات تشکیل دهنده
انواع سنگدانه بر اساس منشا ذرات تشکیل دهنده به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم می‌شوند.
سنگدانه طبیعی:
سنگدانه‌های طبیعی از رسوبات طبیعی شن و ماسه، معادن شن و ماسه یا از خرد کردن باطله‌های معدنی توسط سنگ شکن به دست می‌آیند. برای ساخت بتن، رسوبات رودخانه‌ای به عنوان سنگدانه‌های متداول و بهترین استفاده می‌شوند. همچنین، سنگهای آذرین، رسوبی و متامورفیک نیز به عنوان سنگدانه در نظر گرفته می‌شوند. سنگدانه‌های آذرین معمولاً دارای استحکام، دوام و چگالی بالا هستند و بافت شیشه‌ای دارند. سنگدانه‌های رسوبی خواص متنوعی دارند و می‌توانند نرم تا سخت، متخلخل تا متراکم و سبک تا سنگین باشند. سنگدانه‌های متامورفیک شکل پهن دارند و ساختار ورقه‌ای دارند.
سنگدانه مصنوعی:
سنگدانه‌های مصنوعی از منابع غیر طبیعی به دست می‌آیند. برخی از سنگدانه‌های مصنوعی شایع شامل سرباره کوره آهن‌گدازی و آجر بازیافتی (شکسته شده) هستند. برای استفاده از آجر به عنوان سنگدانه، باید اطمینان حاصل شود که آجر مورد استفاده آزاد از ملات آهکی و گچ آهک سولفاتی است. سنگدانه‌های سرباره به دلیل مقاومت خوب در برابر آتش، استفاده می‌شوند.
انواع سنگدانه بر اساس ابعاد ذرات تشکیل دهنده
سنگدانه‌ها بر اساس ابعاد ذرات تشکیل دهنده به دو دسته ریز و درشت تقسیم می‌شوند.
سنگدانه ریزدانه چیست؟
سنگدانه ریزدانه به ذراتی گفته می‌شود که از الک نمره ۴ (مش ۴.۷۶ میلی‌متری) عبور می‌کنند. در حوزه مهندسی عمران، این سنگدانه‌ها را به عنوان خاک نیز می‌شناسند. به طور کلی، ماسه طبیعی، لای و رس از جمله سنگدانه‌های ریزی هستند که مورد استفاده قرار می‌گیرند. توده‌ای نرم حاوی این مواد را به لوم می‌گویند. در جدول زیر، دسته‌بندی سنگدانه‌های ریز بر اساس ابعاد ذراتی که از الک عبور می‌کنند، نشان داده شده است.
(دسته‌بندی ابعادی به میلی‌متر)
| سنگدانه ریز | بازه ابعاد ذرات بر حسب میلی‌متر |
| ماسه درشت دانه | ۰.۵ تا ۲ |
| ماسه متوسط دانه | ۰.۲۵ تا ۰.۵ |
| ماسه ریزدانه | ۰.۰۶ تا ۰.۲۵ |
| لای | ۰.۰۰۲ تا ۰.۰۶ |
| رس | کمتر از ۰.۰۰۲ |
سنگدانه‌های ریز در استفاده به عنوان پرکننده فضای متخلخل مورد استفاده قرار می‌گیرند و توانایی بهبود کارایی و روانی مصالح را دارند. در انتخاب سنگدانه‌های ریز، باید توجه کرد که مواد مضر درصد عبوری بیش از ۵ درصد را نداشته باشند.
سنگدانه درشت دانه چیست؟
سنگدانه درشت دانه به ذراتی گفته می‌شود که از الک نمره ۴ عبور نمی‌کنند. انواع سنگ، قلوه سنگ و تخته سنگ (بولدر) از جمله سنگدانه‌های درشت هستند. حداکثر ابعاد سنگدانه‌های درشت دانه بستگی به استفاده و خواص مورد نظر دارد. جدول زیر بازه ابعاد ذرات این نوع سنگدانه‌ها را نمایش می‌دهد.
(دسته‌بندی ابعادی به میلی‌متر)
| سنگدانه درشت | بازه ابعاد ذرات بر حسب میلی‌متر |
| شن ریزدانه | ۴ تا ۸ |
| شن متوسط دانه | ۸ تا ۱۶ |
| شن درشت دانه | ۱۶ تا ۶۴ |
| قلوه سنگ | ۶۴ تا ۲۵۶ |
| بولدر | بزرگتر از ۲۵۶ |
به طور کلی، در ساخت بتن با مقاومت معمولی از سنگدانه‌های ۴۰ میلی‌متری و در ساخت بتن با مقاومت بالا از سنگدانه‌های ۲۰ میلی‌متری استفاده می‌شود.
انواع سنگدانه بر اساس وزن مخصوص ذرات تشکیل دهنده
سنگدانه‌ها بر اساس چگالی ذرات تشکیل دهنده به سه دسته سبک، معمولی و سنگین تقسیم‌بندی می‌شوند. هر کدام از این دسته‌ها در کاربری‌های خاص خود استفاده می‌شوند. در اینجا، دسته‌بندی وزن مخصوص سنگدانه‌ها برای ساخت بتن را بررسی خواهیم کرد.
سنگدانه سبک چیست؟
سنگدانه‌های سبک، ذراتی با حداکثر چگالی ۱۲۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب هستند. این سنگدانه‌ها از مواد طبیعی مانند سنگ پا، دیاتومیت، خاک‌اره، پوشته برنج، خاکستر آتشفشانی و پوکه معدنی، یا مواد مصنوعی مانند فوم سرباره، خاکستر بادی تف جوشی، رس متورم شده و ذغال کک ساخته می‌شوند. استفاده از سنگدانه‌های سبک منجر به کاهش وزن سازه می‌شود و همچنین خواص عایق حرارتی و مقاومت در برابر آتش‌سوزی را بهبود می‌بخشد.
سنگدانه معمولی چیست؟
سنگدانه‌های معمولی دارای چگالی بین ۲۵۰۰ تا ۲۷۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب هستند. این سنگدانه‌ها در ساخت بتن معمولی با مقاومت ۲۳ تا ۲۶ مگاپاسکال استفاده می‌شوند. معمولاً شن، ماسه و سنگهای خرد شده مانند گرانیت، بازالت، کوارتز، ماسه سنگ و سنگ آهک جزء سنگدانه‌های معمولی هستند.
سنگدانه سنگین چیست؟
سنگدانه‌های سنگین، ذراتی با چگالی بیشتر از ۳۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب هستند. این سنگدانه‌ها عموماً در ساخت بتن با مقاومت بالای ۳۰ مگاپاسکال و سازه‌های خاص مانند نیروگاه‌های هسته‌ای استفادسنگدانه‌های سنگین، ذراتی با چگالی بیشتر از ۳۰۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب هستند. این سنگدانه‌ها به‌طور عمده در ساخت بتن با مقاومت بالای ۳۰ مگاپاسکال و سازه‌های مخصوص مانند نیروگاه‌های هسته‌ای استفاده می‌شوند. سنگ‌هایی همچون مگنتیت، باریت و آهن بازیافتی از جمله سنگدانه‌های سنگینی هستند که برای ساخت بتن استفاده می‌شوند.
