هناك عدد من العوامل المؤثرة على متانة الخرسانة حسب العوامل البيئية والظروف المناخية أو مكونات الخرسانة نفسها، كما تتأثر الخرسانة بهذه العوامل، فهي تؤثر بدورها على باقى العناصر الإنشائية.
تعد الخرسانة هي حجر الأساس لأي عمل معماري، فهي تؤثر على مدى قوته، وكذلك تتأثر قوتها بعدة عوامل نتطرق إليها في هذا المقال للوصول إلى المعلومات الكافية التي نصل بتحقيقها إلى أعلى درجة ممكنة من صلابة ومتانة الخرسانة، لتجنب حدوث أي مخاطر إنشائية
ولكن قبل التحدث عن العوامل المؤثرة على متانة الخرسانة، هيا بنا للتعرف على مكونات الهيكل الخرساني وأبرز أنواعه.
ما هي مكونات الهيكل الخرساني؟
الخرسانة هي خليط من الأسمنت والرمل والركام بنوعيه الناعم والخشن يضاف إليه الماء بنسب محددة للوصول إلى مادة صالحة للاستخدام في أعمال البناء المختلفة.
أنواع الخرسانة:-
تتنوع الخرسانة لتلائم جميع الأغراض التي تستخدم لأجلها ومن هذه الأنواع ما يلي:
- الخرسانة الحديثة.
- الخرسانة عالية المقاومة.
- خرسانة النانو.
- الخرسانة سابقة الإجهاد.
- الخرسانة الخلوية.
- الخرسانة المختومة (المطبوعة).
- الخرسانة الزجاجية.
- الخرسانة الأسفلتية.
- خرسانة عالية الأداء.
- الخرسانة المطاطية.
- الخرسانة الجبسية.
- خرسانة ذاتية التصلب.
- الخرسانة المسلحة المصبوبة تحت الماء.
ما المقصود بقوة ومتانة الخرسانة؟
هناك عدة تعريفات لقوة ومتانة الخرسانة، نذكر منها:-
- قدرة الخرسانة على تحمل الظروف التي صممت من أجلها، لفترة طويلة من الزمن دون أن تتلف أو تتضرر.
- قدرة الخرسانة على مقاومة العوامل الجوية والقوى البيئية والهجوم الكيميائي والتآكل والحفاظ في الوقت نفسه على الخصائص الهندسية المرغوبة.
- فترة العمر الافتراضي للأداء الخالي من المتاعب للخرسانة.
ما هي العوامل المؤثرة على متانة الخرسانة ؟
1- جودة المواد الخام التي تتكون منها الخرسانة:-
يتكون الهيكل الخرساني كما ذكرنا سابقًا من {الأسمنت، الرمل، الركام، الماء}، تُعد هذه المكونات من العوامل المؤثرة على متانة الخرسانة ، للتعرف على مدى تأثيرها، سنذكر كل عنصر على حدة.
الأسمنت:-
- يجب اختبار جودة الأسمنت المستخدم للتأكد من أنه النوع المناسب من الأسمنت للدور المطلوب، حيث كلما كان الأسمنت ناعمًا كلما كان ذلك أسرع في التماسك، وبالتالي ستقوى الخرسانة بشكل أسرع أثناء تجفيفها.
- يؤثر نوع الأسمنت المستخدم في الخرسانة على قوة الهيكل إلى حد كبير. يمكن استخدام أنواع مختلفة من الأسمنت مع مراعاة الظروف والتحديات البيئية المختلفة. يستخدم OPC في المناطق الجافة والنظيفة والخالية من المواد الكيميائية. بينما يستخدم PPC في المناطق الرطبة والمبتلة لأنه مقاوم لاختراق المياه.
- تعتبر كمية الأسمنت المستخدمة في الخلطة الخرسانية من العوامل المؤثرة على متانة الخرسانة.
- تؤدي الزيادة في محتوى الأسمنت إلى زيادة حرارة الماء، يؤدي ارتفاع درجة الحرارة الأساسية إلى ما بعد 70-75 درجة مئوية إلى بدء تكوين الإيترينجيت المتأخر الذي يتسبب في تكسير الخرسانة.
- إذا كانت نسبة الأسمنت أقل من النسبة المقترحة، فسيتم تقليل قوة الخرسانة، وحدوث فراغات في الهيكل الخرساني.
الرمل:-
الرمل الذي يسمح لك بصنع أقوى شكل من الخرسانة هو الرمل الحاد، والذي يُعرف أيضًا باسم رمل الحصى، أو الرمل الخرساني الأكثر فائدة. عادةً ما يكون هذا الرمل الخشن مصنوعًا من الجرانيت أو الحجر الجيري، وهو ذو ملمس أكثر خشونة من الأنواع الأخرى من الرمل ويتم ترشيحه بقوة للتأكد من عدم وجود أحجار كبيرة أو شوائب بداخله.
الركام:-
- يحتوي الركام على العديد من المكونات التي يجب مراعاتها عند التخطيط لصنع الخرسانة، مثل حجمها وشكلها وملمسها. هناك أيضًا عدة أنواع من الركام، مثل الحصى الطبيعي (الرمل والحصى)، والصخور المكسرة (الصخور المستخرجة أو المحفورة عادةً)، والركام المعاد تدويره (المصنوع من نفايات البناء أو الخرسانة المهدمة).
- من المؤكد أن استخدام الركام عالي الجودة من العوامل المؤثرة على متانة الخرسانة.
- وجود طبقة من الغبار على الركام الخشن أو الركام الناعم يمكن أن تؤثر على التفاعل الكيميائي بين الماء والأسمنت و يقلل من قوة الترابط.
- هناك العديد من أشكال الركام مثل الزاوي، المكعب، الممدود، المطوّل، القشاري، غير المنتظم، والمستدير.
- الركام الزاوي له غلاف أو نسيج خشن، والركام المستدير له نسيج ناعم. وبالتالي، فإن الركام المستدير يخلق مشكلة نقص الترابط بين عجينة الأسمنت والركام.
- تُظهر جزيئات الركام الزاوي تأثيرًا متشابكًا أو مترابطا أفضل في الخرسانة، لكن الركام الزاوي يحتوي على كمية أكبر من الفراغات. لهذا، تكون الحاجة إلى ركام جيد التدرج.
- يكون شكل الركام أكثر أهمية في حالة الخرسانة عالية القوة والأداء العالي حيث يتم استخدام نسبة منخفضة جدًا من الماء / الأسمنت.
- يجب فحص الركام والتحقق من هذه المشكلات قبل استخدامه لخلط الخرسانة.
نسبة الماء لباقي المكونات:-
- تعد النسبة التي تضيف بها المكونات المختلفة للخرسانة معًا، من العوامل المؤثرة على متانة الخرسانة، فالاختلاف في نسب هذه المكونات يتحكم في مدى قوة أو ضعف الخرسانة.
- يجب أن يكون الرقم الهيدروجيني للماء المستخدم في حدود 6 إلى 8.
- يجب أن يكون الماء نظيفًا وخاليًا من الزيوت والأحماض والقلويات والأملاح والمواد العضوية وما إلى ذلك.
- سيؤدي وجود هذه الشوائب إلى تآكل الفولاذ أو تدهور الخرسانة من خلال تفاعلات كيميائية مختلفة.
- يُنصح باستخدام نسبة 1: 2: 3: 0.5 ، جزء واحد من الأسمنت، جزئين من الرمل، 3 أجزاء من الركام، 0.5 جزء من الماء. بإضافة كمية أقل من الماء، فإنك تصنع خليط مجفف، مما يعني أن الخرسانة ستبدأ في التصلب والتقوية بسرعة أكبر، وبإضافة المزيد من الأسمنت والرمل، فإنك تزود الخليط بمزيد من عامل الترابط للمساعدة في تكوين منتج نهائي قوي.
- تؤدي زيادة مستوى الرطوبة داخل الخرسانة بسبب الماء الزائد إلى تقليل مقاومة الانضغاط للخرسانة وسيخلق مشاكل في المتانة.
2- ضغط الخرسانة:-
ضغط الخرسانة من العوامل المؤثرة على متانة الخرسانة، دمك الخرسانة أثناء عملية التثبيت له تأثير هائل على تماسك الركام والأسمنت. كلما كانت الخرسانة أقل ضغطًا، زادت المساحة الفارغة والجيوب الهوائية بين الركام، مما يعني أن قوة الخرسانة ترتبط ارتباطًا مباشرًا بانضغاط الخرسانة الرطبة. إذا تم ضغط الخرسانة بشكل ضعيف وتم ملؤها بمساحة فارغة من 5 إلى 10٪ ، فإن قوة المنتج النهائي ستنخفض بحوالي 30 إلى 40٪ ، لذلك من الضروري أن تحقق قوة الضغط الصحيحة للخرسانة لأي مشروع إنشائي.
3- درجة الحرارة:-
ترتبط درجة حرارة الخرسانة والبيئة المحيطة ارتباطًا مباشرًا، فهي من أهم العوامل المؤثرة على متانة الخرسانة. فيما يلي بعض العوامل الرئيسية التي يمكن تسليط الضوء عليها.
- مع زيادة درجة الحرارة بدرجة معينة، يزداد معدل عملية الإماهة في الخرسانة، مما يكسبها القوة بسرعة.
- تؤدي التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة إلى حدوث تدرج حراري، مما يؤدي إلى تشقق الخرسانة أو تفتتها.
- لذا فإن القوة النهائية للخرسانة تكون أقل عند درجة الحرارة العالية جدًا.
- فقد الخرسانة لحرارة التفاعل يمكن أن يؤدي إلى زيادة انكماش الخرسانة وتغيير الحجم بعد الصب.
4- معالجة الخرسانة:-
- يؤثر وقت المعالجة على خصائص المنتج النهائي، حيث يعكس ذلك مقدار الوقت الذي يجب أن تكمل فيه الخرسانة تفاعلاتها الداخلية وتصل إلى الحالة التي تريدها.
- عادةً يمكن أن تتراوح عمليات المعالجة، اعتمادًا على النوع والاستخدام المرجو للخرسانة، ولكن للحصول على أفضل النتائج، فإن القاعدة الأساسية هي ترك معالجة الخرسانة لمدة تصل إلى 28 يومًا.
- ينتج عن المعالجة المناسبة في المراحل الأولية لتصلب الخرسانة متانة جيدة للخرسانة.
- تؤدي المعالجة غير السليمة إلى تكوين تشققات في الخرسانة.
5- النفاذية:-
- تعد النفاذية من العوامل المؤثرة على متانة الخرسانة.
- نفاذية الماء إلى الخرسانة توسع حجمها وتؤدي إلى تكوين تشققات ويحدث في النهاية تفكك الخرسانة.
- تحتوي الخرسانة عمومًا على مسام هلامية صغيرة وتجاويف شعرية. ومع ذلك، لا تسمح المسام الهلامية باختراق الماء من خلالها لأنها صغيرة الحجم جدًا.
- لكن التجاويف الشعرية في الخرسانة مسؤولة عن النفاذية، والتي تتشكل بسبب ارتفاع نسبة الأسمنت في الماء.
- لمنع النفاذية، يجب الموازنة في النسب بين مكونات الهيكل الخرساني، كما ذكرنا سابقًا.
- يساعد استخدام المواد البوزولانية أيضًا في تقليل النفاذية عن طريق ملء التجاويف الشعرية.
6- الرطوبة:-
- تؤثر الرطوبة الموجودة في الغلاف الجوي على متانة الهيكل الخرساني.
- تتسبب الرطوبة في تحويل الأملاح إلى محاليل قابلة للذوبان وعندما تتبخر الأملاح تتبلور وتظهر على سطح الخرسانة.
- في النهاية تؤدي هذه الرطوبة ونتائجها إلى إتلاف الهيكل الخرساني والتسبب في إضعاف متانتها.
7- التآكل وعوامل التعرية:-
- تعد عوامل التعرية من العوامل الطبيعية المؤثرة على متانة الخرسانة.
- يحدث تدهور الخرسانة بسبب التآكل الشديد للسطح.
- كلما زادت قوة الضغط للخرسانة كلما زادت مقاومة التآكل.
- كلما زادت قوة الانضغاط تزداد المقاومة للتآكل.
- تتواجد الكلوريدات على نطاق واسع في المناطق القريبة من البحر، والتي تتسبب بدورها في عملية التآكل للمواد الخرسانية.
8- التفاعل القلوي للسيليكا:-
تفاعل القلويات والسيليكا هو تفاعلات كيميائية موسعة بين المواد الكيميائية الموجودة في خليط الخرسانة، تعد هذه التفاعلات من العوامل المؤثرة على متانة الخرسانة حيث قد توجد بعض أنواع من السيليكا النشطة في مجموع الخرسانة، بينما توجد قلويات البوتاسيوم والصوديوم في عجينة الأسمنت، ويتفاعل ركام السيليكا مع البوتاسيوم والصوديوم منتجًا مادة جيلاتينية تنتفش عند امتصاصها للماء، الأمر الذي يُحدِث تمددًا في الخرسانة وبالتالي حدوث شبكة من التشققات وتشظّي في الوصلات وحركة أجزاء معينة من المادة الخرسانية، وكل هذه التفاعلات تضعف من قوة الخرسانة.
9- مهاجمة الكبريتات:-
يتم خلط الكبريتات في الماء أو التربة، وهذه الكبريتات الموجودة في التربة أو المذابة في الماء تتفاعل مع الصوديوم والكالسيوم الموجود في المواد الأسمنتية، مما يؤدي إلى تكوين كبريتات الكالسيوم وكبريتات الصوديوم، وهذه المواد هي مواد ذات حجم كبير، لذلك فإن الخرسانة تتعرض لكبريتات عدوانية، تظهر هذه الكبريتات بشكل كبير في المناطق الساحلية فتؤدي إلى تفكك العناصر الخرسانية، حيث تخلق هذه المركبات إجهادات ضغط داخل الخرسانة تتسبب في تفككها وحدوث تشققات بها.
10- الكربنة:-
الكربنة هي عملية تفاعل ثاني أكسيد الكربون في البيئة مع هيدروكسيد الكالسيوم في الخرسانة. يخلق هذا التفاعل كربونات الكالسيوم ويخفض قيم الأس الهيدروجيني إلى 9. نتيجة لذلك، تنكسر طبقة الأكسيد حول الخرسانة مما يعرضها للتآكل.
اجراءات واجب اتخاذها لمقاومة الكربنة:-
- استخدام طلاءات مضادة للكربون.
- في حالة حدوث الكربنة وتآكل حديد التسليح، يجب استخدام طريقة الإصلاح.
- يجب أن يتم استخدام الطلاء المضاد للتآكل على التسليح ثم متابعة إصلاح الخرسانة.
11- عُمر الخرسانة:-
- هناك علاقة مباشرة بين قوة الخرسانة وعمرها، إن لم تتأثر بأي عوامل خارجية معاكسة. أظهرت العديد من الدراسات أن قوة الخرسانة يمكن أن تتضاعف ثلاث مرات من قوتها الأولية بعد 28 يومًا إلى قوتها بعد 10 أو 25 أو 50 عامًا.
- ستؤثر جميع العوامل التي نوقشت سابقًا في هذه المقالة على هذا المتغير.
ختامًا:
يجب التعامل مع العوامل المؤثرة على متانة الخرسانة بأهمية شديدة، فعندما يتعلق الأمر بالإنشاءات فإنه وطيد الصلة بالروح البشرية، فالإنسان دائم التواجد في الأماكن التي حجر أساسها هو الخرسانة سواء في المنزل، العمل، الأماكن العامة، وأي مكان أخر قد يتواجد فيه. فلذلك يجب الاهتمام الشديد وتوخي الحذر عند إنشاء الخرسانة والأخذ في الاعتبار بكل العوامل التي قد تؤثر عليها.
المصادر:
- https://almanaratain.com/6-important-factors-that-affect-the-strength-of-concrete/
- https://theconstructor.org/concrete/factors-affecting-durability-concrete/1115/
- https://gharpedia.com/blog/durability-of-concrete-factors-affecting-it/
- https://civilengineeringbible.com/article.php?i=327
تابع أيضًا: