شن چیست؟ — انواع، کاربردها، ویژگی ها و آزمایش سنگدانه درشت | به زبان ساده

شن یا سنگدانه درشت، مجموعه ذرات نسبتا بزرگ حاصل از هوازدگی یا خردایش سنگ است که به عنوان مصالح در پروژه‌های مختلف ساختمانی، راه‌سازی، زهکشی، تصفیه و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. شن‌ها از مهم‌ترین و پرکاربردترین مواد مهندسی به حساب می‌آیند. به دلیل به کارگیری این مواد در احجام بالا، ویژگی‌های آن‌ها به طور مستقیم بر روی عملکرد سازه تاثیر می‌گذارند. در این مقاله، به معرفی انواع، ویژگی‌ها، کاربردها، نحوه تولید، الزامات نگهداری، استانداردها و آزمایش‌های سنگدانه درشت می‌پردازیم.

سنگدانه چیست؟

سنگدانه، مجموعه‌ای از ذرات ریز و درشت طبیعی و مصنوعی است که به عنوان مصالح، ماده اولیه، پرکننده و فیلتر برای مصارف مختلف عمرانی، صنعتی و معدنی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بیشترین مواد استخراجی در دنیا، سنگدانه‌ها هستند. دلیل این امر، فراوانی این مواد و کاربردهای گسترده آن‌ها در حوزه‌های مختلف است.

معیارهای زیادی نظیر شکل ذرات، منشا، ابعاد، وزن مخصوص و کاربری برای تقسیم‌بندی انواع سنگدانه وجود دارد. با این حال، اکثر استانداردهای بین‌المللی، سنگدانه‌ها را بر اساس ابعاد به انواع زیر تقسیم‌بندی می‌کنند:

• شن: ذراتی با ابعاد 2 تا 63 میلی‌متر
• ماسه: ذراتی با ابعاد 0.063 تا 2 میلی‌متر
• لای: ذراتی با ابعاد 0.002 تا 0.063 میلی‌متر
• رس: ذراتی کوچک‌تر از 0.002 میلی‌متر

شن چیست؟

سنگدانه درشت یا اصطلاحا «شن» (Gravel)، یکی از انواع سنگدانه‌های پرکاربرد در پروژه‌های مهندسی است. بر اساس استاندارد ISO 14688، سنگدانه‌هایی با ابعاد بین 2 تا 63 میلی‌متر به عنوان شن در نظر گرفته می‌شوند.

شن‌ها معمولا در ساخت بتن، آسفالت، اجرای بستر، زیرسازی، روسازی، پرکردن فضاهای خالی، زهکشی، فیلتراسیون و پوشش بام مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تشخیص شن چگونه انجام می‌شود؟

تشخیص سنگدانه‌های درشت، توسط آزمایش‌های دانه‌بندی (الک کردن) و تعیین توزیع ابعاد ذرات انجام می‌شود. با وجود یکسان بودن روش‌های تعیین دانه بندی شن، بازه تغییرات ابعاد ذرات سنگدانه‌های درشت در استانداردهای مختلف متفاوت است. ابعاد شن‌ها مطابق با برخی از استانداردها و طبقه‌بندی‌های معتبر عبارت هستند از:

• استاندارد انجمن بزرگراه‌ها و حمل و نقل ایالتی امریکا (AASHTO) و سیستم طبقه‌بندی اداره کشاورزی ایالات متحده (USDA): ۲ تا 75 میلی‌متر
• استاندارد انجمن مواد و آزمون آمریکا (ASTM) و سیستم طبقه‌بندی متحد (USCS): 4.75 تا 75 میلی‌متر
• سازمان بین‌المللی استانداردسازی (ISO): ۲ تا 63 میلی‌متر
• مقایس ونت ورث: ۲ تا ۶۴ میلی‌متر

در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، شن‌های مورد استفاده در ساخت بتن بر اساس ابعاد به صورت زیر دسته‌بندی می‌شوند.

همان طور که مشاهده می‌کنید، بازه دقیق و مشترکی برای تشخیص ابعاد سنگدانه‌های درشت وجود ندارد. علاوه بر این، نحوه نمایش دسته‌بندی‌های شن‌ها نیز در استانداردهای مختلف با یکدیگر متفاوت است. به عنوان مثال، استاندارد AASHTO از کدگذاری عددی برای نمایش بازه ذرات شن استفاده می‌کند. در این استاندارد سنگدانه 10# به عنوان ریزترین و سنگدانه 1# به عنوان درشت‌ترین شن‌های مورد استفاده در راه‌سازی در نظر گرفته می‌شود.

شن چگونه تشکیل می‌شود؟

هوازدگی و فرسایش سنگ، فرآیند طبیعی تشکیل ذخایر شن است. با این وجود، در اغلب موارد، تولید سنگدانه‌های درشت با شکستن باطله‌های استخراج شده از معادن یا ذخایر شن و ماسه انجام می‌گیرد. ذخایر بزرگ شن به عنوان یکی از مشخصات زمین‌شناسی منطقه در نظر گرفته می‌شوند. این ذخایر، بیانگر هوازدگی و فرسایش زیاد سنگ‌های منطقه هستند.

جریان رودخانه و باد، حجم بزرگی از ذرات شن را در کنار یکدیگر جمع‌آوری می‌کند. این فرآیند، در برخی از موارد منجر به متراکم شدن ذرات و تشکیل نوع خاصی از سنگ‌های رسوبی به نام کنگلومرا می‌شود.

شن از چه سنگی استخراج می‌شود؟

در مواقعی که امکان دسترسی به منابع طبیعی وجود نداشته یا منابع موجود برای اجرای پروژه کافی نباشند، شن از استخراج سنگ‌های بادوامی نظیر کوارتز، ماسه‌سنگ، سنگ آهک یا بازالت و خردایش آن‌ها تولید می‌شود. به کانسارهای قابل استخراج شن، معدن شن می‌گویند.

معدن شن چیست؟

معدن شن، یک کانسار سطحی است که استخراج مواد آن به روش روباز انجام می‌گیرد. معادن شن معمولا در دره‌های رودخانه‌ای با سطح آب زیرزمینی بالا تشکیل می‌شوند.

از این‌رو، احتمال پر شدن طبیعی این معادن با آب و تشکیل تالاب یا دریاچه بر روی آن‌ها وجود دارد. ایران از ذخایر شن و ماسه بزرگی بهره می‌برد.

انواع شن کدام هستند؟

سنگدانه‌های درشت معمولا بر اساس منشا، ابعاد، شکل و وزن مخصوص به انواع مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند. در این بخش، به معرفی انواع شن‌ها می‌پردازیم.

انواع شن بر اساس منشا زمین شناسی کدام هستند؟

سنگدانه درشت بر اساس منشا زمین شناسی به دو نوع طبیعی و مصنوعی تقسیم می‌شود.

شن طبیعی چیست؟

سنگدانه درشت طبیعی، ذراتی هستند که از هوازدگی طبیعی یا خردایش سنگ‌های معدنی به دست می‌آیند. منشا اغلب شن‌های طبیعی یافت شده در کنار رودخانه‌ها، کوارتز (فراوان‌ترین سنگ موجود در طبیعت) است. هوازدگی سنگ‌های گرانیتی، باعث تشکیل ذرات کواتز می‌شود. جریان آب رود و رودخانه، ذرات مستحکم کوارتز را به نواحی دیگر منتقل کرده و در محل مناسب جمع‌آوری می‌کند.

شن‌های طبیعی از خردایش سنگ‌هایی نظیر سنگ آهک، گرانیت، ماسه سنگ، کوارتزیت، دولومیت، مرمر، اسلیت (سنگ لوح)، داسیت و پوکه معدنی نیز به دست می‌آیند. از بین این موارد، خردایش سنگ آهک و دولومیت برای تولید شن و ماسه از رواج بیشتری برخوردار است.

شن مصنوعی چیست؟

سنگدانه درشت طبیعی، ذراتی هستند که از محصولات جانبی فرآیندهای صنعتی یا خردایش مصالح بازیافتی تشکیل می‌شوند. از انواع شن‌های مصنوعی پرکاربرد می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• بتن و آجر خرد شده: مناسب برای بتن‌ریزی‌های حجیم نظیر فونداسیون‌ها
• سرباره کوره آهن‌گدازی: مناسب برای محصولات پیش ساخته بتنی و مقاوم در برابر آتش
• مواد مصنوعی (رس و شیل متورم شده توسط فرآیندهای حرارتی): مناسب برای ساخت بتن سبک

شن‌های مصنوعی معمولا برای ساخت بتن‌های مسلح مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.

انواع شن بر اساس اندازه کدام هستند؟

شن‌ها بر اساس اندازه به انواع ریز، متوسط و درشت تقسیم‌بندی می‌شوند. هر یک از این شن‌ها برای کاربری‌های مخصوص به خود مورد استفاده قرار می‌گیرد. استاندارد AASHTO، به عنوان یکی از معتبرترین استانداردهای راه‌سازی، ابعاد شن را بر اساس کدهای عددی مشخص می‌کند. در ادامه به معرفی انواع شن بر اساس اندازه و مطابق با سیستم کدبندی این استاندارد می‌پردازیم.

شن ریز چیست و چه کاربردی دارد؟

کوچک‌ترین ذرات شن، معمولا پس از عبور از تمام الک‌ها بر روی الک نمره 10 (شبکه ۲ میلی‌متری) باقی می‌ماند. مطابق با استاندارد AASHTO، شن‌های ریز با نمره ۱۰ نمایش داده می‌شوند. شکل و ابعاد ذرات این شن‌ها مشابه به ماسه درشت است. شن‌های ریز اغلب به عنوان بستر آجر، سنگ فرش و موارد مشابه مورد استفاده قرار می‌گیرند. در برخی از موارد، از این سنگدانه‌ها برای پر کردن فضای خالی بین سنگ‌های درشت چیده شده بر روی هم (مانند دیوار حایل گابیون) و جلوگیری از لغزش آن‌ها به کار برده می‌شود. متداول‌ترین سنگ مورد استفاده برای شن ریز، سنگ آهک است.

از دیگر شن‌های ریز پرکاربرد بر اساس استاندارد AASHTO، می‌توان به شن‌های نمره 67 با ابعادی نزدیک به شن‌ ریز و نمره 5 با ابعاد کمی بزرگ‌تر از شن ریز اشاره کرد. سنگدانه نمره 67 معمولا برای زیرسازی جاده و دال بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاربرد سنگدانه نمره 5 نیز در درزبندی روسازی‌ها و پر کردن شکاف بین مصالح درشت است.

شن متوسط چیست و چه کاربردی دارد؟

سنگدانه نمره ۵۷ (ترکیبی از سنگدانه‌های نمره 5 و 7)، متداول‌ترین شن‌ متوسط دانه است. ابعاد این سنگدانه تقریبا در بازه 19 تا 25 میلی‌متر قرار دارد. شن‌های متوسط معمولا برای روسازی پیاده‌رو و جاده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. ابعاد آن‌ها، امکان رفت و آمد بدون مشکل را برای انسان و وسایل نقلیه فراهم می‌کند. با وجود کاربردهای فراوان این سنگدانه، استفاده از آن در محیط‌های مستعد گل و لای مناسب نیست.

شن‌های متوسط دیگری نیز وجود دارند که اغلب برای کاربری‌های خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. از این شن‌ها می‌توان به سنگدانه نمره ۳ با ابعاد تقریبی 38 تا 50 میلی‌متر و سنگدانه نمره 8 با ابعاد تقریبی 10 تا 12 میلی‌متر اشاره کرد. سنگدانه نمره ۳، بهترین گزینه برای زهکشی اطراف ساختمان‌های مسکونی است. سنگدانه نمره 8 نیز، کاربرد گسترده‌ای در ساخت آسفالت و بتن دارد. سنگدانه نمره ۴۱۱، مخلوطی از سنگدانه نمره 57 و خاک سنگ (محصول جانبی سنگ شکن) است که برای ترمیم چاله‌ها و درزبندی سازه‌هایی نظیر دیوار حائل مورد استفاده قرار می‌گیرد.

شن درشت چیست و چه کاربردی دارد؟

شن‌های درشت در استاندارد AASHTO با سنگدانه‌های نمره ۱ نمایش داده می‌شوند. ابعاد این سنگدانه‌ها بین 63 میلی‌متر تا 100 میلی‌متر است. به کارگیری این شن‌ها به دلیل عدم امکان جابجایی مناسب با بیل و جابجایی در احجام بالا، دشوار است. این شن‌ها نیز مانند دیگر سنگدانه‌های درشت اغلب به منظور ساخت المان‌های تزئینی و واش بتن مورد استفاده قرار می‌گیرند. شن‌های درشت معمولا در بستر رودخانه، سرباره کوره آهن گدازی یا نواحی دارای سنگ آهک یافت می‌شوند.

انوع شن بر اساس شکل کدام هستند؟

شکل ذرات شن به نحوه تشکیل یا تولید آن بستگی دارد. شن‌های طبیعی معمولا دارای شکل گرد و شن‌های خرد شده دارای گوشه‌های تیز هستند. به طور کلی، انواع سنگدانه‌های درشت بر اساس شکل عبارت هستند از:

• گرد
• نیمه گرد یا نامنظم
• تیز
• پهن و یا کشیده

انواع شن بر اساس چگالی کدام هستند؟

سنگدانه‌های درشت بر اساس چگالی به سه نوع سبک (1200 کیلوگرم بر متر مکعب)، معمولی (بین 2500 تا 2700 کیلوگرم بر متر مکعب) و سنگین (بیشتر از 3000 کیلوگرم بر متر مکعب) تقسیم‌بندی می‌شوند. میزان چگالی سنگدانه به منشا و ماده سازنده آن بستگی دارد. به عنوان مثال، چگالی سنگدانه‌های درشت طبیعی معمولا بین 2400 تا 2900 کیلوگرم بر متر مکعب است. چگالی، یکی از معیارهای تعیین کننده کاربری سنگدانه‌ها است.

انواع شن‌های رایج کدام هستند؟

در این بخش، به معرفی برخی از شناخته‌‌شده‌ترین شن‌های مورد استفاده در پروژه‌های مختلف از نظر عنوان، ابعاد، ماده سازنده و منشا تشکیل می‌پردازیم.

سنگ شکسته یا شن شکسته چیست؟

شن شکسته یا «سنگ شکسته» (Crushed Stone)، یکی از سنگدانه‌های پرکاربرد و اصلی‌ترین جایگزین شن طبیعی است. این نوع شن، از خرد کردن سنگ‌های استخراج شده از معادن (گرانیت، آهک، دولومیت و غیره) توسط سنگ‌شکن تولید می‌شود. در صورتی که امکان دسترسی به شن طبیعی وجود نداشته باشد، سنگ‌های شکسته گزینه مناسبی خواهند بود. شن‌های شکسته دارای بافت زبر و گوشه‌های تیز هستند.

شن‌های شکسته به طور گسترده برای راه‌سازی و ساخت بتن مورد استفاده قرار می‌گیرند. جفت‌شدگی مناسب بین ذرات این سنگدانه‌ها، مقاومت آن‌ها را به میزان زیادی افزایش می‌دهد. شن‌های شکسته، به عنوان بهترین گزینه برای ساخت بتن‌هایی با مقاومت بالا در نظر گرفته می‌شوند. از دیگر کاربردهای این مصالح می‌توان به پر کردن سنگ‌چینی سواحل، بالاست راه‌آهن، فیلتر و ساخت آسفالت اشاره کرد.

شن شسته چیست؟

اکثر سنگدانه‌های درشت، دارای بافتی زبر به همراه مواد ریز نظیر رس یا گرد و خاک حاصل از فرآیند سنگ‌شکنی هستند. وجود مواد ریز بر روی عملکرد شن تاثیر منفی می‌گذارد. به منظور تولید سنگدانه‌های باکیفیت و تمیز، آن‌ها را طی یک فرآیند دقیق شسشو می‌دهند. به سنگدانه‌های حاصل از این فرآیند،«شن شسته» (Washed Gravel) می‌گویند.

شن‌های شسته از محبوبیت زیادی برخوردار هستند؛ چراکه این مصالح باعث بهبود عملکرد سازه می‌شوند. به عنوان مثال، استفاده از شن‌های شسته در ساخت بتن، احتمال رخ دادن ترک‌های ناشی از جمع‌شدگی را کاهش می‌دهد. به علاوه، به کارگیری این سنگدانه‌ها به منظور عملکرد صحیح سیستم‌های زهکشی و تصفیه فاضلاب ضروری است. عدم استفاده از شن‌های شسته در این موارد، گرفتگی محیط و اختلال در سیستم را به همراه خواهد داشت.

شن دوبار شور چیست؟

شن‌های دوبار شور، دو مرتبه در معرض فرآیند شستشو قرار می‌گیرند. در این سنگدانه‌ها، میزان نرمه و ذرات ریز تقریبا به صفر می‌رسد. شستشوی دوباره سنگدانه‌های درشت معمولا بر روی ذخایر طبیعی استخراج شده از بستر رودخانه یا معادن با درصد ریزدانه‌های زیاد انجام می‌گیرد.

شن نخودی چیست؟

«شن نخودی» (Pea Gravel)، یکی از انواع سنگدانه‌های گرد و ریز با بافت نرم و صاف است که معمولا بر اثر هوازدگی سنگ‌های اطراف رودخانه‌ها تشکیل می‌شود. به این نوع شن، سنگ نخودی و سنگ‌ریزه نیز می‌گویند. ابعاد شن‌های نخودی کمی بیشتر از نخود است. رنگ آن‌ها نیز مانند تمام سنگدانه‌های دیگر به سنگ مادر بستگی دارد.

بافت و ابعاد شن نخودی، راه رفتن بر روی آن را لذت‌بخش می‌کند. به همین دلیل، این سنگدانه معمولا به منظور محوطه‌سازی کف حیاط، پیاده‌رو و زمین بازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته شن‌های نخودی برای ساخت بتن و المان‌های تزئینی اطراف فضاهای سبز یا سازه‌ها (اجرای واش بتن) نیز کاربرد دارد.

شن بادامی چیست؟

شن بادامی، یکی دیگر از انواع سنگدانه‌های درشت است که از منابع طبیعی مانند معادن یا بستر رودخانه استخراج و فرآوری می‌شود. نخودی یا بادمی، عناوینی هستند که برای مشخص کردن ابعاد سنگدانه‌های درشت مورد استفاده قرار می‌گیرند. ابعاد شن‌های بادامی بین 12 تا 25 میلی‌متر است.

خاک سنگ چیست؟

«خاک سنگ» (Stone Dust)، یکی از محصولات جانبی خردایش سنگ در حین فرآیند سنگ‌شکنی است. در فرآیند سرند کردن، سنگ‌های درشت بر روی سرند باقی می‌مانند و گرد و غبار حاصل از آن‌ها به همراه سنگدانه‌های ریز در زیر یکی از سرندها جمع‌آوری می‌شود. این نوع شن، بافت ریزدانه و پودری دارد. در گذشته، خاک سنگ به عنوان باطله فرآیند سنگ‌شکنی در نظر گرفته می‌شد. بررسی بر روی خواص این ماده نشان داد که خاک سنگ، گزینه بسیار مناسبی برای اجرای اساس/زیراساس و یا بستر روسازی‌های سنگی است.

ساختار مسطح و نرم خاک سنگ به همراه ظرفیت باربری بسیار بالای آن، از خصوصیات ویژه این نوع شن برای زیرسازی است. علاوه بر این، خاک سنگ به عنوان ماده پرکننده و مسطح کننده نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

شن فوم شیشه ای چیست؟

«شن فوم شیشه ای» (Foam Glass Gravel)، یک سنگدانه ساخته شده توسط شیشه بازیافتی تمیز است. وزن سبک، دوام بالا، غیر قابل اشتعال بودن، مقاومت در برابر پیر شدگی، pH خنثی و مقاومت در برابر حشرات، از ویژگی‌های مخصوص این نوع شن است. علاوه بر این، این سنگدانه از مقاومت فشاری و خاصیت عایق بالایی بهره می‌برد.

شن فوم شیشه‌ای، کاربردهای گسترده‌ای در پروژه‌های ساختمانی، عمرانی و محوطه‌سازی دارد. این ماده به عنوان سنگدانه اساس کف‌های صلب و سنگدانه عایق زیر صفحه ستون نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

شن کوهپایه ای چیست؟

«شن کوهپایه ای» (Piedmont Gravel)، سنگدانه‌های درشتی هستند که توسط جریان آب از ارتفاعات بالا به دامنه کوه منتقل شده و ذخیره‌ای را در زمین نسبتا صاف (با جریان آب کم) تشکیل داده‌اند.

شن فلاتی چیست؟

«شن فلاتی» (Plateau Gravel)، لایه‌ای از ذرات شن در یک فلات (نواحی تخت و هموار کوهستانی) یا نواحی بالاتر از سطح دریا با اثر جریان آب است.

شن زردار چیست؟

سنگ زردار، خاک زردار، رسوب زردار یا «شن زردار» (Pay Gravel)، یکی از انواع سنگدانه‌های درشت با درصد بالای طلا یا دیگر فلزات گران‌بها است. ذخایر شن‌های زردار به عنوان معادن پلاسری در نظر گرفته شده و معمولا به روش سنگ‌جوری استخراج می‌شوند.

شن رنگی چیست؟

رنگ، یکی از ویژگی‌های فیزیکی شن‌ها است که با توجه سنگ منشا آن‌ها تعیین می‌شود. شن‌های رنگی، ذرات نسبتا درشتی هستند که برای مصارف تزئینی، محوطه‌سازی و ساخت انواع بتن‌ٰهای معماری مانند واش بتن و بتن اکسپوز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

استخراج و فرآوری شن چگونه انجام می‌شود؟

نحوه استخراج سنگدانه‌های درشت به محل ذخیره آن‌ها بستگی دارد. اگر این سنگدانه‌ها در بستر رودخانه یا دریاچه قرار گرفته باشند، استخراج آن‌ها توسط ماشین‌آلات لایروبی صورت می‌گیرد. سنگدانه‌های معدنی، با استفاده از ماشین‌آلات حفاری یا طی عملیات‌های حفاری و انفجار استخراج می‌شوند. وظیفه ترابری نیز معمولا بر عهده کامیون و دیگر ماشین‌آلات باربری است.

در مرحله بعد، مواد استخراجی برای خردایش، سرند کردن، جدایش، شستشو و غیره به واحد فرآوری یا اصطلاحا کارخانه تولید شن و ماسه منتقل می‌شوند. مراحل تولید سنگدانه‌های درشت در کارخانه فرآوری عبارت هستند از:

• پیش فرآوری: خردایش اولیه مواد بزرگ و جدایش موادی که برای خردایش مناسب نیستند. جدایش مغناطیسی باطله‌های فلزی نیز در این مرحله صورت می‌گیرد.
• خردایش یا سنگ شکنی: فیدرهای ارتعاشی، مواد را به ورودی سنگ شکن فکی منتقل می‌کنند. فک سنگ شکنی با اعمال ضربه و فشار باعث کاهش ابعاد ذرات ورودی می‌شود. انتقال مواد به مرحله بعد توسط نوار نقاله صورت می‌گیرد.
• سرند اولیه: سرند لرزان چرخشی، ذرات درشت را از دیگر ذرات جدا می‌کند.
• خردایش ثانویه و سرند ثانویه: آسیاب گلوله‌ای برای کاهش بیشتر ابعاد ذرات و سرند ثانویه برای جدایش ذرات کوچکتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

خواص شن چه هستند؟

مهم‌ترین مشخصات تاثیرگذار در انتخاب شن مناسب برای کاربری مورد نظر عبارت هستند از:

• اندازه
• شکل
• بافت: میزان صیقلی یا زبری سطح ذرات
• جذب آب: قابلیت جذب رطوبت توسط حفره‌های دورن توده
• سلامت و دوام: مقاومت در برابر عوامل شیمیایی و شرایط جوی مخرب
• وزن مخصوص: نسبت وزن به حجم ذرات
• چگالی توده: وزن سنگدانه‌های مورد نیاز برای پر کردن محفظه‌ای با حجم واحد
• چسبندگی: پیوند سنگدانه‌ها با اجزای دیگر ترکیب و عدم جدا شدن در حضور آب
• ضریب خوردشدگی: مقاومت در برابر خرد شدن تحت فشار تدریجی
• سختی: مقاومت سنگدانه در برابر سایش و فرسایش
• چقرمگی: جذب انرژی ناشی از اعمال بارگذاری ضربه‌ای

هر یک از ویژگی‌های بالا، در عملکرد المان‌های ساخته شده توسط سنگدانه‌های درشت تاثیر می‌گذارد. در بخش بعدی، به معرفی کاربردهای سنگدانه‌های درشت و ویژگی‌های شن‌های مناسب برای کاربری‌های مورد نظر می‌پردازیم.

کاربرد شن چیست؟

سنگدانه‌های درشت از مصالح پرکاربردی هستند که برای ساخت بتن، فونداسیون (بسترسازی)، راه‌سازی (زیر سازی و روسازی)، محوطه‌سازی، زهکشی، پرکنندگی، پوشش بام، تصفیه آب، پرداخت و آماده‌سازی سطوح مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاربرد شن در ساخت بتن چیست؟

بتن، ماده‌ای است که از ترکیب سیمان، آب و سنگدانه تشکیل می‌شود. سنگدانه‌های مورد استفاده در ترکیب بتن معمولا دارای توزیع دانه‌بندی مخصوصی هستند. البته این توزیع برای انواع بتن از جمله بتن معمولی، بتن سبک (فوم بتن، بتن اتوکلاو)، بتن غلتکی، واش بتن و غیره تغییر می‌کند.

به عنوان مثال، بتن معمولی از حدود 40 درصد سنگدانه درشت تشکیل می‌شود. میزان سنگدانه درشت مورد استفاده در واش بتن، مقداری بیشتر از بتن معمولی است. این مقادیر، نسبت و اهمیت بالای شن در ترکیب بتن را نمایش می‌دهند.

تاثیر شن بر روی بتن چیست؟

سنگدانه‌های درشت و به طور کلی سنگدانه‌ها، درصد زیادی از ترکیب بتن را به خود اختصاص می‌دهند. از این‌رو، عملکرد بتن به میزان زیادی تحت تاثیر خواص این مواد قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، رنگ، تخلخل، اسلامپ، چگالی و ضریب انبساط حرارتی بتن، به سنگدانه‌های موجود در آن بستگی دارد. علاوه بر این، مقاومت شن (مخصوصا سنگدانه‌هایی با منشا گرانیتی یا سیلیسی)، بخش زیادی از مقاومت فشاری بتن را تعیین می‌کند. در نتیجه، انتخاب شن مناسب و متناسب با کاربری مورد نظر، باعث بهبود عملکرد سازه بتنی و دستیابی به نتایج رضایت‌بخش می‌شود.

بهترین شن برای بتن کدام است؟

ویژگی‌های فیزیکی و توزیع دانه‌بندی سنگدانه‌های بزرگ، تاثیر قابل توجهی بر عملکرد بتن دارند. این سنگدانه‌ها، حجم زیادی از مخلوط سیمانی را به خود اختصاص می‌دهند. بهترین شن‌های قابل استفاده برای بتن دارای ویژگی‌های زیر هستند:

• بافت زبر و غیر شیشه‌ای به منظور ایجاد پیوند مناسب با خمیر سیمانی
• شکل گرد (بتن‌های معمولی)، نیمه گرد و تیز (بتن‌های مقاوم)
• ابعاد ریز تا متوسط (بین 4.75 تا 18 میلی‌متر) و حداکثر ابعاد 40 میلی‌متر
• دانه‌بندی خوب برای اطمینان از تراکم کافی، افزایش چگالی و تخلخل پایین
• ترکیب شن‌های 20 و 10 میلی‌متر با نسبت 70 به 30 یا 60 به 40 برای دستیابی به تراکم مناسب
• عدم جذب آب بیش از 10 درصد وزنی پس از 24 ساعت غوطه وری

کاربرد شن در فونداسیون چیست؟

یکی از کاربردهای گسترده سنگدانه‌های درشت، استفاده از آن‌ها به عنوان عایق رطوبت و بخار در زیر دال بتنی فونداسیون است. در دال متکی بر زمین، به منظور جلوگیری از نفوذ رطوبت اضافی به ترکیب بتن تازه، لایه‌ای از ذرات شن یا سنگ‌های خرد شده زیر دال ریخته می‌شود.

سپس، بتن ریزی دال بر روی این سنگدانه‌ها انجام می‌گیرد. سنگدانه‌های درشت به دلیل ساختار متخلخل، رطوبت موجود در زمین را به درون حفره‌های خود جذب کرده و از نفوذ آن به لایه‌های بالایی جلوگیری می‌کنند.

علاوه بر دال متکی بر زمین، شن‌ها به عنوان فونداسیون سازه‌های کوچک (آلونک، انبار)، بستر پیاده‌رو (سنگ‌فرش)، لوله‌های انتقال یا تاسیسات زیرزمینی، زیرسازی جاده و راه‌آهن نیز کاربرد دارند.

کاربرد شن در راه‌سازی چیست؟

سنگدانه‌های درشت، از مصالح پرکاربرد در زیرسازی و روسازی راه و راه‌آهن هستند. در ادامه به نقش این مواد در راه‌سازی اشاره می‌کنیم.

زیرسازی

در سازه‌هایی نظیر جاده و راه‌آهن که تحت بارگذاری ضربه‌ای و تکراری قرار دارند، توزیع مناسب بار اهمیت بالایی پیدا می‌کند. سنگدانه‌های درشت، این کار را بهترین شکل ممکن انجام می‌دهند. در زیرسازی جاده و راه‌‌آهن، همیشه لایه‌ای حاوی ذرات شن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این لایه در راه‌آهن با عنوان بالاست و در راه‌سازی با عنوان بستر، زیراساس و اساس شناخته می‌شود. سنگدانه‌های درشت، علاوه بر توزیع مناسب نیرو و کاهش اثر خزش بر روی روسازه، به عنوان فیلتر و زهکش نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد، با عبور دادن آب از خود و جلوگیری تجمیع آن در سطح راه یا راه‌آهن، از رشد گیاهان، بند آمدن راه و تخریب روسازی جلوگیری می‌کنند.

روسازی

روسازی اکثر جاده‌ها با استفاده از آسفالت یا رویه‌های بتنی اجرا می‌شود. سنگدانه‌های درشت نظیر شن، سنگ خرد شده و ذرات مخلوط، که درصد زیادی از ترکیب آسفالت را تشکیل می‌دهند. البته به غیر از آسفالت و بتن، شن‌ها به طور مستقیم نیز در روسازی جاده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این کاربرد در اکثر مواقع به عنوان یک راه‌حل موقتی برای جاده‌سازی و عبور وسایل نقلیه در نظر گرفته می‌شود. البته، اجرای روسازی مسیرهای داخلی فضاهای سبز، زمین‌های بازی و برخی از مکان‌های عمومی نیز با به کارگیری مستقیم سنگدانه‌های درشت انجام می‌گیرد.

بهترین شن برای روسازی جاده

از بهترین شن‌های قابل استفاده برای جاده‌سازی می‌توان به شن خرد شده، مخلوط سنگ‌شکن و نخودی اشاره کرد. سنگدانه‌های مورد استفاده در راه‌سازی بر خلاف سنگدانه‌های بتن، باید از قابلیت نفوذپذیری و زهکشی خوبی برخوردار باشند. از دیگر ویژگی‌های شن‌های مناسب برای راه‌سازی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• شکل گرد، تیز و به مقدار کمی پهن و کشیده
• مقاومت کافی در برابر خرد شدن
• سختی مناسب در برابر سایش وسایل نقلیه
• چقرمگی خوب
• دوام بالا در مقابل عوامل جوی و شیمیایی
• چسبندگی کافی با آسفالت

کاربرد شن در زهکشی سازه‌ها چیست؟

همان طور در بخش‌های قبلی نیز اشاره کردیم، توده ذرات شن از تخلخل و نفوذپذیری بالایی برخوردار است. این ویژگی در برخی از موارد به عنوان یک عیب در نظر گرفته می‌شود. با این وجود، در صورت نیاز به زهکشی و هدایت جریان آب در یک مسیر مشخص، نفوذپذیری شن به عنوان یک مزیت در نظر گرفته خواهد شد. این ویژگی، به طور گسترده برای زهکشی اطراف ساختمان‌ها، سیستم‌های فاصلاب و دیوار حائل مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کاربرد شن به عنوان پرکننده چیست؟

سنگدانه‌های درشت، به عنوان اقتصادی‌ترین و متدوال‌ترین گزینه برای پر کردن فضاهای خالی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به منظور پر کردن پشت دیوارهای حائل، معمولا از شن‌هایی با ابعاد 6 تا 38 میلی‌متر استفاده می‌شود. هنگام استخراج معادن زیرزمینی نیز، در صورت ضعیف بودن سنگ بستر و احتمال نشست سطح زمین، باطله‌های خرد شده، به عنوان مواد پر کننده مورد استفاده قرار می‌گیرند. کاربرد شن در تونل‌ها و دیگر فضاهای زیرزمینی بلااستفاده نیز به همین صورت است.

علاوه بر پر کردن فضاهای خالی، سنگدانه‌های درشت و سبک در ترکیب تبن‌های سبکدانه مورد استفاده قرار می‌گیرند. در اینجا، هدف از به کارگیری شن، کاهش وزن مخصوص بتن بوده و افزایش مقاومت بتن مد نظر نیست.

کاربرد شن در پوشش بام چیست؟

یکی از خواص منحصر به فرد شن، مقاومت آن در برابر اشعه فرابنفش است. هنگام اجرای پوشش‌های نهایی بام‌های مسطح، لایه‌ای از شن بر روی آسفالت ریخته می‌شود. این لایه، از لایه‌های زیرین در برابر اشعه فرابنفش و شرایط جوی محافظت می‌کند. به علاوه، وجود سنگدانه‌های درشت باعث یکپارچگی لایه‌ها و جلوگیری از تداخل رسوبات در زهکشی آب می‌شود.

کاربرد شن در تصفیه آب چیست؟

یکی دیگر از کاربردهای شن، استفاده از آن به عنوان یک محیط فیلتراسیون طبیعی است. در این کاربری، شن، از عبور آلودگی‌ها و ذرات هم اندازه با ماسه جلوگیری می‌کند و فقط آب را از درون محیط خود عبور می‌دهد.

کاربرد شن در پرداخت سطوح چیست؟

ابعاد سنگدانه‌های درشت باعث تاثیر مستقیم آن‌ها بر ظاهر مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند. از این‌رو، این سنگدانه‌ها برای ساخت اجسام تزئینی با پرداخت واش بتن نیز به کار برده می‌شوند.

کاربرد شن به عنوان ساینده چیست؟

برخی از شن‌های ریز با منشا سنگ‌های سخت، به عنوان مواد ساینده برای آماده‌سازی سطح مورد استفاده قرار می‌گیرند. نحوه به کارگیری این مواد مشابه فرآیند سندبلاست است.

قیمت شن چقدر است؟

قیمت خرید شن به نوع (طبیعی، شکسته، شسته، نخودی، دوبار شور) و فاصله حمل بستگی دارد. قیمت این سنگدانه‌ها متغیر است و با توجه به مصوبات سازمان صنعت، معدن و تجارت تعیین می‌شود. طبق مصوبات ابتدای سال ۱۴۰۰، قیمت هر تن شن و ماسه بین 60 تا 100 هزار تومان است.

شرایط نگهداری از شن چگونه است؟

مطابق با مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش 1392، بند 9-3-4-1 (ضوابط حمل و نقل، تحویل و نگهداری سنگدانه‌های مصرفی در بتن)، رعایت نکات زیر در مورد سنگدانه‌های درشت مورد استفاده در ساخت سازه‌های بتنی الزامی است:

• به طور کلی، شرایط نگهداری شن‌ها باید به گونه‌ای باشد که ذرات ریز و درشت از یکدیگر جدا نشوند.
• شن‌های با حداکثر اندازه 38 میلی‌متر یا کمتر باید در دو گروه کوچک‌تر و بزرگ‌تر از 19 میلی‌متر نگهداری شوند. این کار، امکان جدا شدن ذرات از یکدیگر را کاهش می‌دهد.
• شیب مخروط دپوی شن، نباید زیاد باشد. شیب زیاد باعث جدا شدن دانه‌های ریز و درشت از یکدیگر می‌شود.
• در محل دپوی شن، همیشه باید امکان تخلیه آب اضافی درون ذرات وجود داشته باشد.

باقی الزامات مربوط به نگهداری از سنگدانه‌ها بین شن‌ها و ماسه‌ها یکسان است. به همین دلیل در این بخش به آن‌ها اشاره نمی‌کنیم. برای مطالعه این الزامات می‌توانید به مبحث نهم مقررات ملی ساختمان مراجعه کنید.

استاندارد شن چیست؟

انتخاب سنگدانه‌های مناسب برای هر کاربردی، مطابق با آیین‌نامه‌ها و استانداردها انجام می‌گیرد. استاندادرهای کلی سنگدانه‌های درشت عبارت هستند از:

• مبحث نهم مقررات ملی ساختمان: طرح و اجرای سازه‌های بتن آرمه، ویرایش 1392، بند 9-3-3 (سنگدانه یا مصالح سنگی)
• نشریه شماره 101 معاونت برنامه‌ریزی: مشخصات فنی عمومی راه
• نشریه 55 معاونت برنامه‌ریزی: مشخصات فنی عمومی کارهای ساختمانی، تجدید نظر دوم، 1383، بند 2-4 (مصالح سنگی برای بتن)

از استانداردهای مخصوص ویژگی‌ها و طبقه‌بندی شن‌ها می‌توان به استاندارد 302 (بتن)، استاندارد 14422 (بتن عایق)، استاندارد 1-14875 (پرکننده سبک بتن)، استاندارد 17514 (ملات بنایی)، استاندارد 18967 (پوشش بام)، استاندارد 7823 (بزرگراه)، استاندارد 11-10447 (سنگدانه درشت بازیافتی) و استاندارد 13765 (فرآوری و تحویل) اشاره کرد.

آزمایش شن چیست؟

به منظور اطمینان از مناسب بودن سنگدانه‌های درشت انتخاب برای کاربری مورد نظر، باید ویژگی‌های آن‌ها را مطابق با استانداردهای ملی و بین‌المللی موجود بررسی کرد. برخی از مهم‌ترین استانداردهای ملی آزمایش سنگدانه‌های درشت عبارت هستند از:

• استاندارد 11267: نمونه‌برداری از سنگدانه‌های ریز و درشت
• استاندارد 448: آزمایش لس آنجلس برای تعیین مقاومت سایش و ضربه ذرات کوچکتر از 37.5 میلی‌متر
• استاندارد 8874: آزمایش لس آنجلس برای تعیین مقاومت سایش و ضربه ذرات بزرگتر از 19 میلی‌متر
• استاندارد 4977: توزیع دانه‌بندی
• استاندارد 4982: چگالی نسبی و جذب آب
• استاندارد 6-10447: ضریب جریان
• استاندارد 11568: ضریب شکستگی
• استاندارد 1-14874: مقاومت سایش بالاست
• استاندارد 8-14874: عددی صیقلی شدن در روسازی راه
• استاندارد 449: سلامت

استاندارد بین‌المللی IS 2386 برای تعیین شکل سنگدانه‌های درشت و EN 12697 برای تعیین چسبندگی سنگدانه‌ها در آسفالت مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تفاوت شن و ماسه در چیست؟

شن و ماسه از سنگدانه‌های پرکاربرد در پروژه‌های مختلف مهندسی هستند. این دو ماده معمولا در کنار یکدیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. به علاوه، منابع طبیعی و روش‌های تولید شن و ماسه مشابه یکدیگر است. به عبارت دیگر، این سنگدانه‌ها از محصولات یک فرآیند هستند. با این وجود، شن و ماسه در ابعاد، منشا و کاربری با یکدیگر تفاوت دارند.

با وجود ارتباط بسیار نزدیک شن و ماسه، تفاوت‌هایی بین آن‌ها وجود دارد که در ادامه به معرفی آن‌ها می‌پردازیم:

• ابعاد: در اکثر استاندادرهای طبقه‌بندی خاک، ماسه به عنوان سنگدانه‌های ریزدانه با ابعاد بین 0.06 تا 4 میلی‌متر در نظر گرفته می‌شود. در حالی، که ابعاد شن‌ها به عنوان سنگدانه‌های درشت‌دانه تقریبا بین 4 تا 64 میلی‌متر است.
• منشا: ماسه‌ها اغلب از منابع طبیعی استخراج و تولید می‌شوند. در طرف مقابل، امکان تولید طبیعی و مصنوعی شن‌ها وجود دارد.
• کاربری: با وجود به کارگیری همزمان شن و ماسه در نسبت‌های مختلف برای کاربری‌ها مختلف، هدف از به کارگیری آن‌ها متفاوت است. به علاوه، امکان استفاده از این مواد به صورت جداگانه برای کاربری‌های مخصوص نیز وجود دارد.