به طور کلی برای ساخت بتن، در کارگاه‌ها باید از روش وزنی استفاده شود. به عبارت دیگر برای پیمانه کردن اجزای مخلوط باید توسط ترازوی مناسب و یا توسط مخلوط‌کن‌های مجهز به دستگاه توزین، مقادیر اجزای بتن وزن شوند.

اما تحت شرایط خاص می‌توان از روش حجمی برای اندازه‌گیری اجزای بتن نیز استفاده نمود. منظور از شرایط خاص، عدم دسترس به تجهیزات مورد نیاز برای توزین مصالح، حجم کم بتن مورد نیاز و اهمیت کم سازه است. استفاده از روش حجمی وقتی مجاز است که نکات زیر رعایت گردد:

برای بتن‌هایی که مقاومت مشخصه آنها مساوی و یا کمتر از 25 MPa (C25) است.

کنترل کیفیت بتن تازه، بر اساس اندازه‌گیری اسلامپ انجام شود.

کنترل کیفیت بتن سخت شده بر اساس اندازه‌گیری مقاومت فشاری نمونه‌های استاندارد اعمال می‌گردد.

تمام دستورالعمل‌های ارائه شده در این فصل رعایت شود.

1-2- تجهیزات مورد نیاز برای روش حجمی

برای تبدیل نسبت‌های وزنی به حجمی باید از یک پیمانه با اندازه مشخص استفاده شود. در انتخاب پیمانه و استفاده از آن باید نکات زیر رعایت گردد:

الف - انتخاب ابعاد این پیمانه اختیاری است، ولی با توجه به حجم یک پاکت سیمان 50 کیلوگرمی که حدوداً 38 تا 42 لیتر است توصیه می‌شود از یک ظرف با ابعاد 30×30 سانتی‌متر و 45 سانتیمتر ارتفاع استفاده گردد (شکل 1). ظرف پیمانه می‌تواند دارای کف و یا بدون کف باشد.

ب - جنس ظرف پیمانه باید از موادی باشد که اولاً آب زیادی جذب نکند و به مرور زمان دچار زنگ‌زدگی یا پوسیدگی نشود، ثانیاً ابعاد آن بر اثر استفاده تغییر نکند. به هر حال، استفاده از ظرف پیمانه چوبی با رعایت نکات فوق بلامانع است.

شکل 1- ظرف مخصوص اندازه‌گیری حجمی مصالح

پ - نحوه پرکردن مصالح داخل ظرف پیمانه در هر نوبت یکسان باشد. به طور مثال می‌توان همه پیمانه‌های مصالح را با استفاده از بیل داخل ظرف ریخت، به گونه‌ای که بدون اعمال هیچ‌گونه ضربه یا لرزش (تراکم)، مصالح در داخل ظرف پر گردد و سطح آن نیز صاف و با لبه‌های ظرف تراز شود.

2-2- اثر رطوبت سنگدانه‌ها در وزن آب مخلوط

معمولاً در هنگام طرح مخلوط بتن، شرایط رطوبت سنگدانه‌ها به صورت اشباع با سطح خشک (SSD - Saturated Surface Dry) در نظر گرفته می‌شود و آب به صورت آب موثر یا آب آزاد در محاسبات منظور می‌گردد. بنابراین در کارگاه، ابتدا باید وضعیت سنگدانه‌ها از نظر مقدار رطوبت مشخص گردد. به طور کلی شرایط رطوبت سنگدانه‌ها به دو حالت زیر است:

الف) مقدار رطوبت موجود سنگدانه کمتر از مقدار SSD است. در این صورت باید به مقدار تفاوت رطوبت SSD سنگدانه از رطوبت موجود آن، به مقدار آب آزاد مخلوط اضافه شود و همین مقدار از وزن سنگدانه کسر گردد. باید توجه نمود که مقدار رطوبت مورد نیاز برای رسیدن به SSD (جذب آب سنگدانه) قبلاً توسط آزمایشگاه باید اعلام شده باشد.

ب) مقدار رطوبت موجود سنگدانه بیشتر از مقدار SSD است. در این حالت باید به مقدار تفاوت رطوبت SSD سنگدانه از رطوبت موجود آن، از مقدار آب آزاد مخلوط کسر و همین مقدار به وزن سنگدانه اضافه گردد.

با در نظر گرفتن مطالب فوق می‌توان برای تعیین مقدار اصلاح آب آزاد مخلوط بتن و سنگدانه، از روابط زیر استفاده نمود:

(وزن سنگدانه‌ها در حالت موجود – وزن سنگدانه‌ها در حالت SSD) + آب آزاد = آب مصرفی
(درصد تغییرات رطوبت + 1) × وزن سنگدانه در حالت SSD = وزن سنگدانه در حالت موجود

در رابطه فوق باید دقت نمود در صورتی که سنگدانه‌های موجود دارای رطوبت کمتری نسبت به حالت SSD باشد، درصد تغییرات رطوبت عددی منفی و در غیر این صورت مثبت است.

در موارد عدم دسترس به تجهیزات لازم، و یا امکان کنترل رطوبت واقعی در کارگاه می‌توان با استفاده از جدول 1، به عنوان یک راهنمای تقریبی نسبت به اصلاح مقدار آب و سنگدانه استفاده نمود.

جدول 1- تغییرات در وزن مصالح و آب با توجه به تغییرات در رطوبت سنگدانه‌ها نسبت به حالت اشباع با سطح خشک

در کارگاه، برای آنکه مشخص شود که آیا رطوبت سنگدانه کمتر یا بیشتر از SSD است می‌توان با آزمایش ساده زیر وضعیت رطوبتی سنگدانه را تخمین زد.

مقداری از ماسه را برداشته و در مشت فشرده کنید. حال اگر ماسه از هم جدا شود و به دست نچسبد و به شکل گلوله نیز درنیاید، نشان می‌دهد که رطوبت موجود کمتر از ظرفیت جذب آب بوده و احتمالاً رطوبت نسبی کم، و حدوداً 1-2 درصد است. در صورتی که ماسه پس از فشردن در مشت از هم جدا نشود و خیلی کم به دست بچسبد رطوبت آن در حدود ظرفیت جذب آب بوده و بین 2-4 درصد تخمین زده می‌شود. اگر ماسه حالت برق زدن و درخشش داشته و دست را خیس کند رطوبت آن زیاد بوده و می‌تواند بیش از 4 درصد باشد.

3-2- اثر رطوبت سنگدانه در حجم آن

معمولاً با تغییر رطوبت سنگدانه، حجم آن نیز تغییر می‌کند. هر چه اندازه سنگدانه ریزتر باشد این پدیده شدیدتر است. به عبارت دیگر، تغییر رطوبت ماسه اثر قابل توجهی روی حجم آن خواهد گذاشت. برای مثال، مقدار رطوبت 2 تا 5 درصد می‌تواند حجم ماسه را بین 10 تا 20 درصد افزایش دهد. چنانچه ماسه ریزتر باشد، افزایش حجم تا 30 درصد نیز ممکن است مشاهده گردد.

برای مشخص نمودن میزان افزایش حجم یک ماسه می‌توان از آزمایش ساده‌ای در محل استفاده نمود.

در این آزمایش، یک لوله آزمایش مدرج شیشه‌ای به ظرفیت حدود 500 تا 1000 میلی‌لیتر انتخاب می‌شود. سپس ماسه خشک آونی به داخل آن ریخته شده و سطح نهایی ماسه تعیین و ارتفاع ماسه از کف لوله اندازه‌گیری می‌شود (a) که بهتر است از دو سوم ارتفاع نهایی درجه‌بندی شده تجاوز نکند. سپس ماسه خشک را تخلیه نموده و یک درصد وزنی رطوبت به آن افزوده و خوب مخلوط می‌کنیم، این ماسه را مجدداً در لوله مدرج گفته شده ریخته و ارتفاع مربوط را ثبت می‌نماییم (bi). این عمل را برای درصد رطوبت‌های مختلف انجام می‌دهیم و می‌توانیم رابطه رطوبت و افزایش حجم را برای ماسه‌های مورد نظر به دست آوریم.

a: ارتفاع اولیه
bi: ارتفاع در رطوبت i

چنانچه وضعیت رطوبت ماسه در کارگاه در طول اجرای پروژه تغییر می‌کند، باید با استفاده از آزمایش فوق، رابطه بین تغییرات رطوبت ماسه و افزایش حجم آن رسم گردد. برای مثال، به شکل شماره 2 توجه گردد.

شکل 2- اثر رطوبت ماسه در حجم آن (به عنوان مثال)

4-2- دستورالعمل برای پیمانه کردن حجمی مصالح

برای پیمانه کردن مصالح بر حسب حجم باید مراحل زیر اجرا گردد:

الف) به منظور اصلاح مقدار سنگدانه‌ها و همچنین آب مصرفی بر اساس تغییرات رطوبت سنگدانه‌ها نسبت به فرضیات طراحی (حالت SSD و یا حالت خشک)، باید مقدار رطوبت آنها حداقل یک بار در روز و قبل از شروع به ساخت بتن و یا در صورت تغییرات قابل توجه طی مدت ساخت بتن (مانند ریزش باران، برف و ...)، تعیین شود. چنانچه امکان آزمایش تعیین مقدار رطوبت در کارگاه موجود نباشد، می‌توان از توضیحات ارائه شده در بند "اثر رطوبت سنگدانه‌ها در وزن آب مخلوط" استفاده نمود.

ب) ابتدا باید وزن مخصوص انبوهی (وزن حجمی) اجزا محاسبه گردد. بنابراین با استفاده از رابطه زیر، وزن مخصوص انبوهی محاسبه می‌شود:

که در آن:
D = وزن حجمی انبوهی
A = وزن ظرف پیمانه
B = وزن مصالح و پیمانه
V = حجم پیمانه

منظور از پیمانه همان ظرفی است که در بند "تجهیزات مورد نیاز" شرح داده شده است. از آنجا که وزن حجمی مصالح با تغییر در ابعاد و شکل پیمانه تغییر می‌کند، باید در تمام طول اجرای پروژه (ساخت بتن)، از یک پیمانه معین استفاده نمود.

باید وزن حجمی هر یک از مصالح، حداقل 2 بار برای هر پروژه اندازه‌گیری گردد. چنانچه تغییرات محسوسی در رطوبت سنگدانه‌ها مشاهده شود و یا در نوع مصالح حاصل گردد، اندازه‌گیری وزن حجمی باید انجام گیرد و اصلاحات لازم اعمال گردد.

پ) در این مرحله باید حجم مصالح برای ساخت یک متر مکعب بتن به دست آید. برای این منظور با استفاده از رابطه زیر، حجم هر یک از مصالح (شن، ماسه و سیمان) محاسبه می‌گردد:

که در آن:
V = حجم هر یک از مصالح در حالت موجود
W = وزن اصلاح شده مصالح (طبق بند 1)
D = وزن حجمی مصالح (طبق بند 2)

در صورتی که تعیین وزن حجمی مصالح در کارگاه امکان نداشته باشد، باید اثر رطوبت ماسه در حجم آن طبق بند "اثر رطوبت سنگدانه در حجم آن" تعیین گردد.

با استفاده از منحنی رابطه تغییرات رطوبت در برابر حجم می‌توان مقدار حجم ماسه را در رطوبت‌های مختلف تخمین زد. در مورد دیگر مصالح (شن و سیمان)، حجم آنها بدون تغییر فرض می‌شود.

ت) پس از تعیین حجم هر یک از مصالح طبق بند 3، بر اساس حجم مفید مخلوط‌کن، باید حجم مخلوط بتن و سپس تعداد پیمانه مورد نیاز، برای هر یک از مصالح تعیین گردد.

مثال:

مطلوب است با فرض داشتن طرح اختلاط (بر اساس وزن مصالح در حالت SSD)، محاسبه حجم مصالح در یک متر مکعب بتن با مشخصات زیر:

مشخصات طرح اختلاط (برای یک متر مکعب)

مشخصات مصالح

راه حل:

ابتدا با توجه به اینکه رطوبت مصالح سنگی در کارگاه کمتر از ظرفیت جذب آب حالت SSD می‌باشد (بر اساس داده‌های مسئله) وزن مصالح بر اساس حالت موجود اصلاح می‌گردد:

به منظور تبدیل وزن مصالح به حجم، در ساخت یک متر مکعب بتن، باید وزن مخصوص انبوهی شن و ماسه در وضعیت رطوبت موجود مجدداٌ محاسبه شود و یا با توجه به روابط به دست آمده اصلاح گردد.

جهت سهولت و با در نظر گرفتن تغییرات بسیار جزئی در وزن مخصوص انبوهی شن (بر اساس تغییرات رطوبت)، تنها وزن مخصوص انبوهی ماسه مجدداً محاسبه می‌گردد. با فرض وزن مخصوص انبوهی ماسه در رطوبت موجود در کارگاه برابر با 1/71، ادامه مسئله به شکل زیر قابل حل است:

مراحل فوق به صورت خلاصه و گام به گام در جدول 2 ارائه شده است.

همچنین یک نمونه جدول خام تعیین نسبت‌های مخلوط نیز در جدول 3 آورده شده است.

جدول 2- تعیین نسبت‌های مخلوط (یک نمونه مثال حل شده)

داده‌های اجزای بتن

مقادیر وزنی اجزای بتن برای یک متر مکعب

مقادیر حجمی اجزای بتن برای یک متر مکعب

تعداد پیمانه اجزای بتن برای حجم مورد نیاز (حجم مفید مخلوط‌کن)

مشخصات بتن تازه (ساخته شده)

جدول 3- تعیین نسبت‌های مخلوط

داده‌های اجزای بتن

مقادیر وزنی اجزای بتن برای یک متر مکعب

مقادیر حجمی اجزای بتن برای یک متر مکعب

تعداد پیمانه اجزای بتن برای حجم مورد نیاز (حجم مفید مخلوط‌کن)

مشخصات بتن تازه (ساخته شده)