معرفی آزمایش ارزش ماسه یا هم ارزی ماسه ای در پروژه های عمرانی

در این مقاله قصد داریم در مورد آزمایش ارزش ماسه‌ای صحبت کرده و از نزدیک با مفهوم این آزمایش، نتایج حاصل از آن و روش انجام آزمایش ارزش ماسه‌ای آشنا شویم. آزمایش ارزش ماسه‌ای که با نام آزمایش SE (Sand Equivalent Test) نیز شناخته می‌شود، ملاک و معیاری برای سنجش ارزش خرید ماسه و استفاده یا عدم استفاده از آن در پروژه‌های عمرانی است. پروژه‌های عمرانی در هر سطح و ابعادی که اجرا شوند، به‌صورت مستقیم با جان افراد در ارتباط هستند. از این رو، قبل از ساخت‌وساز بر روی خاک و اقدام به برداشتن فندانسیون، آزمایش‌های متعدد و متنوعی از خاک به عمل می‌آید تا کیفیت و کمیت مواد موجود در خاک اعم از میزان سفتی آن‌ها، میزان بزرگ یا کوچک بودن، میزان جذب آب و تورم حاصله، جنس خاک، تراکم خاک، حداکثر نیروی قابل تحمل باری وزن‌های مختلف سازه و مواردی از این نظیر به دست بیاید. ساخت‌وسازهای بزرگ و صنعتی بدون در اختیار داشتن این اعداد و اطلاعات قابل پیاده‌سازی نیستند. یکی از این آزمایش‌ها، آزمایش ارزش ماسه‌ای یا آزمایش SE است. آزمایش ارزش ماسه‌ای یک آزمایش میدانی سریع برای نشان دادن نسبت ماسه‌های ریز یا مواد رس مانند در سنگدانه‌های ریز (یا خاک‌های دانه‌ای) به نسبت کل خاک است. این آزمایش همچنین برای مشخص کردن میزان جذب آب توسط ریزدانه و حد نهایی تورم آن‌ها پس از جذب آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای آشنایی بیشتر با آزمایش خاک و ارزش ماسه‌ای پیشنهاد می‌کنیم تا انتهای این مطلب ما را همراهی کنید.

آزمایش ارزش ماسه‌ای یا آزمایش SE (Sand Equivalent Test)

اصطلاح هم ارز ماسه بیانگر این مفهوم است که آیا بیشتر سنگدانه‌های ریز مخلوطی از ذرات درشت مطلوب (مانند ماسه) و خاک رس تشکیل شده‌اند یا به‌طور کلی حجم بیشتر خاک را ریزدانه‌های پلاستیکی نامطلوب و گردوغبار تشکیل داده‌اند.

در آزمایش ارزش ماسه‌ای، نمونه‌ای از سنگدانه خاک و مقدار کمی محلول لخته ساز را در یک استوانه مدرج ریخته و به هم می‌زنند تا پوشش‌های رس مانند از ذرات ماسه شل شود. سپس نمونه با محلول لخته‌سازی اضافی ترکیب می‌شود که مواد رس مانند را در بالای ماسه انباشته می‌کند. پس از یک دوره ته‌نشینی، ارتفاع رس لخته شده و ارتفاع ماسه تعیین می‌شود و هم ارز ماسه به‌صورت نسبت ارتفاع ماسه به ارتفاع رس بیان می‌شود. مقادیر بالاتر در آزمایش ارزش ماسه‌ای نشان‌دهنده سنگدانه تمیزتر و مطلوب‌تر (گردوغبار ریز و نامطلوب کمتر یا مواد خاک رس مانند) است.

ریزگرد‌ها و گردوغبار در سنگدانه‌های آسفالت و بتن همیشه مشکل‌ساز بوده است. مقادیر نامطلوب یا ناشناخته ریزدانه‌ها چه به‌طور طبیعی رخ دهد و چه ناشی از تخریب در حین جابجایی و حمل‌ونقل باشد، می‌تواند بر عملکرد و هزینه مواد کامپوزیت در پروژه‌های عمرانی تأثیر بگذارد.

اگرچه مقادیر کنترل‌شده ریزدانه‌ها و گردوغبار می‌تواند برخی از ویژگی‌های مخلوط آسفالت یا بتن را بهبود بخشد: اما مقادیر بیش‌ازحد نیاز به‌شدت بر رفتار مواد، تأثیر منفی می‌گذارند. ریزدانه‌های بیش‌ازحد باعث افزایش سطح کل مواد جامد در بتن و کاهش کارایی و در عین حال افزایش تقاضای آب می‌شود. در آسفالت، ریزدانه‌های زیاد باعث از بین رفتن چسبندگی بین بایندر آسفالت و سنگدانه می‌شود.

بیشتر بخوانید: بهسازی خاک چیست؟

مواد و تجهیزات مورد نیاز برای انجام آزمایش ارزش ماسه‌ای

به‌عنوان یک روش تست استاندارد که در ASTM D2419 و AASHTO T 176 توضیح داده شده است، آزمایش ارزش ماسه‌ای در حال حاضر به‌طور گسترده برای اندازه‌گیری نسبت‌های نسبی ریزدانه‌های نامطلوب در سنگدانه‌ها و خاک‌های دانه‌ای استفاده می‌شود. این روش ممکن است از ابزار دقیق استفاده نکند؛ اما برای تولید نتایج دقیق و قابل تکرار نیاز به توجه دقیق به جزئیات و رویه‌ها دارد.

تجهیزات و مواد مورد نیاز (کیت تست Sand Equivalent) برای انجام آزمایش ارزش ماسه‌ای به شرح زیر است:

• سیلندر پلاستیکی درجه‌بندی شده
• درپوش لاستیکی
• لوله آبیاری و شستشو
• مجموعه میله وزن‌دار و مجموعه سیفون
• بطری ۷۸ لیتری (۱ گالن)
• چهار قلع اندازه‌گیری با قطر تقریبی ۵۷ میلی‌متر (۲ اینچ) و ظرفیت ۵ ± ۸۵ میلی‌لیتر
• قیف
• ساعت یا کرنومتر
• شیکر معادل ماسه مکانیکی
• محلول کلرید کلسیم
• الک ۷۵ میلی‌متری (نمره ۴)
• سنگدانه ریز
• محلول شستشو (استوکس) شامل کلرور کلسیم خشک، محلول فرمالین و گلیسیرین
• سنبه فولادی نشانه‌دار
• پیمانه فلزی
• دستگاه آون (گرمخانه)

بیشتر بخوانید: تراکم دینامیکی

روش انجام آزمایش ارزش ماسه‌ای

قبل از شروع آزمایش، سنگدانه‌های ریز را با عبور از الک ۴.۷۵ میلی‌متری (الک نمره ۴ استاندارد ایالات متحده)، خشک‌شده در فر و شرایط دمای اتاق و در ۴ نمونه آماده کنید. هر نمونه را کمی مرطوب کنید تا از ریزش آن جلوگیری شود. ضمناً نمونه‌ها را کاملاً مخلوط کنید. هر یک از چهار نمونه را در یک قوطی دربسته قرار دهید.

سیفون ۵۴ ± ۱۰۱.۶ میلی‌متر (۰.۱ ± ۴ اینچ) محلول کلرید کلسیم را در سیلندر پلاستیکی قرار دهید. یکی از نمونه‌های آماده‌شده را با استفاده از قیف داخل سیلندر پلاستیکی بریزید. با دست به پایین سیلندر ضربه بزنید تا هرگونه حباب هوا آزاد شود. سپس حدود ۱۰ دقیقه صبر کنید.

درپوش را روی سیلندر قرار داده و محکم تکان دهید تا مواد شل شود. سیلندر را در تکان‌دهنده معادل شن مکانیکی قرار دهید، تایمر را تنظیم کنید و اجازه دهید دستگاه به مدت ۴۵ ثانیه کار کند. سیلندر را از شیکر مکانیکی خارج کرده، درپوش را بردارید و آن را به‌صورت عمودی روی میز قرار دهید.

لوله آبیاری را داخل سیلندر قرار دهید و مواد داخل سیلندر را به‌طور همگن مرطوب و خیس کنید. این عمل ذرات ریز را در سوسپانسیون بالاتر از اندازه‌های ماسه درشت‌تر می‌کند. این روند آبیاری را تا زمانی که سیلندر تا علامت ۳۸۱ میلی‌متر (۱۵ اینچ) پر شود ادامه دهید.

اکنون اجازه دهید سیلندر به مدت ۲۰ دقیقه بدون مزاحمت بماند. بلافاصله پس از بیرون کشیدن لوله آبیاری، زمان‌بندی را شروع کنید. در پایان ته‌نشینی ۲۰ دقیقه‌ای، بالای سوسپانسیون رسی را بخوانید و ثبت کنید. این عدد را به‌عنوان پارامتر clay reading (عدد رس) یادداشت کنید. اگر در پایان دوره ۲۰ دقیقه هیچ خط مشخصی از مرزبندی ایجاد نشده باشد، اجازه دهید استوانه بدون تکان‌خوردن بماند تا زمانی که بتوان عدد پارامتر clay reading را به دست آورد.

بلافاصله سطح بالای تعلیق رسی و کل زمان تعلیق را بخوانید و ثبت کنید. اگر کل زمان ته‌نشینی بیش از ۳۰ دقیقه باشد، آزمایش را بر روی سایر نمونه‌های آماده‌شده از همان ماده مجدداً انجام دهید. ارتفاع ستون رسی نمونه‌ای که به کوتاه‌ترین دوره ته‌نشینی نیاز دارد را خوانده و ثبت کنید.

پس از خواندن پارامتر clay reading، مجموعه میله وزنه‌دار را داخل سیلندر قرار دهید و آن را به‌آرامی پایین بیاورید تا روی بالای ماسه قرار گیرد. مجموعه را به سمت درجه‌بندی‌های روی سیلندر بچرخانید تا زمانی که نشانگر دیواره داخلی سیلندر را لمس کند. ۲۵.۴ سانتی‌متر (۱۰ اینچ) از سطح نشان داده شده توسط لبه بالای نشانگر کم کنید و آن را به‌عنوان پارامتر sand reading (عدد شن) ثبت کنید. هیچ‌وقت به مجموعه فشار وارد نکنید.

نحوه محاسبه عدد نهایی در آزمایش ارزش ماسه‌ای به شرح زیر است:

SE= (عدد شن/ عدد رس)*۱۰۰% (عدد شن را بر عدد رس تقسیم کرده و حاصل را در عدد ۱۰۰ ضرب کنید). سنگدانه‌های مطلوب‌تر ارزش SE بالاتری خواهند داشت.

بیشتر بخوانید: مهار متقابل (استرات)

سخن پایانی

در این مقاله با مفهوم آزمایش ارزش ماسه‌ای و روش انجام آن آشنا شدیم. متوجه شدیم که این عدد ارزش خرید ماسه و استفاده از آن در پروژه‌های عمرانی را مشخص می‌کند و عدد SE بالاتر، ارزش خرید بالاتر ماسه را نشان می‌دهد.