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 در دست تو دست، به معرفی انواع، ویژگی‌ها، کاربردها، نحوه تولید، الزامات نگهداری، استانداردها و آزمایش‌های سنگدانه درشت می‌پردازیم.
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.
انواع سنگدانه
سنگدانه‌ها معمولا با ابعاد و شکل ذرات‌شان شناخته می‌شوند.
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.
سنگ خرد شده
سنگ خرد شده، یکی از انواع رایج شن‌های مورد استفاده در صنایع مختلف (مخصوصا بتن‌سازی) است.
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.
نام دسته‌بندی اندازه قطر دانه‌ها (میلی‌متر)
درشت 25 تا 60
بادامی 12 تا 25
نخودی 5 تا ۱۲
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.
کنگلومرا
کنگلومرا، از سنگ‌های رسوبی مورد استفاده برای تولید شن و ماسه است.
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.
معدن شن و ماسه
معدن شن و ماسه، از کانسارهای طبیعی و سطحی برای استخراج انواع سنگدانه‌ها است.
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.
شن بستر رودخانه
بستر رودخانه، از مکان‌های مستعد برای استخراج سنگدانه است.
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
شن سرباره ای
استفاده از شن‌های مصنوعی و بازیافتی، اثرات مخرب زیست محیطی را کاهش می‌دهد.
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.