الرئيسية
الخرسانة بشكل عام مادة بسيطة وفعالة بمكونات رئيسية هي : الماء ، الرمل ، الإسمنت ، البحص أو الحصمة ( الركام ). وهذه العناصر تقريبا تقرر الصفات الأساسية المميزة لخلطة الخرسانة .
وفي ابسط الصور فان الخرسانة هى خليط من العجينة والركام. تتكون العجينة من اسمنت بورتلاندي وماء تغطي سطح الركام الناعم والخشن.
من خلال تفاعل كميائي يسمى الامهه (Hydion) فإن العجينة تتصلب وتكتسب قوة لتشكل كتلة كالصخرة تسمى الخرسانة. وخصائص الخرسانة تتحدد بجودة ونوعية العجينة الاسمنتية المستخدمة ، وقوة العجينة الاسمنتية في المقابل تعتمد على نسبة الماء الى الاسمنت في العجينة.
ولكن معظم أنواع الخلطات تحوي إضافات عديدة ذات تأثير هام على مواصفاتها. وللحصول على أفضل المواصفات يجب أن تستعمل الإضافات المناسبة في المكان المناسب. ومن المهم معرفة كل الآثار الممكنة لأنها يمكن أن تغير من سلوك الخرسانة. وربما يكون ضروريا تعديل أسلوب الصب ليكون ملائما للصفات المميزة للخلطة التي طلبتها.
نسبة الخلط
مفتاح الحصول على خرسانة قوية ومتينة يقبع في نسب الخلط وطريقة الخلط للخليط المشكل للخرسانة ، يتم اختيار نسب هذه المواد في الخلطة الخرسانية حسب نوع العمل المطلوب والمواد المتوفرة. ومع خلط هذه المواد مع بعضها يتم الحصول على الخرسانة التي تبدأ بالتصلب التدريجي مع الوقت حتى تصبح صلبة وقوية ، وتتفاوت قوتها حسب المكونات الأساسية وكذلك حسب طريقة الرج أثناء الصب ونوعية المعالجة.
تحتوي الخلطة الخرسانية عادة على (10-15) % أسمنت و (60-75) % ركام ناعم وخشن و ( 15 - 20 ) % ماء بالاضافة الى نسبة ( 5 - 8 ) % هواء محبوس بداخل الخرسانة.( هذه النسب هي نسب المكونات الى الحجم الكلي للخرسانة).
الإسمنت في الخرسانة
الإسمنت هو تلك المادة الناعمة الداكنة اللون التي تمتلك خواص تماسكية و تلاصقية بوجود الماء مما يجعله قادراَ على ربط مكونات الخرسانة بعضها ببعض و تماسكها مع حديد التسليح. ويتكون الأسمنت من 3 مواد خام أساسية هي كربونات الكالسيوم الموجودة في الحجر الكلسي، والسيليكا الموجودة في الطين والرمل، والألومنيا (أكسيد الألمنيوم).
هناك عدة أنواع من الاسمنت تأحذ اسمها من الغرض منها ولزوم استعمالها ولكن تبقى مكوناتها الأساسية واحدة وان اختلفت نسبتها من نوع لآخر ومن أهم هذه الأنواع :
الأسمنت البورتلاندي العادي، والأسمنت البورتلاندي سريع التصلد، والأسمنت البورتلاندي المنخفض الحرارة، والأسمنت المقاوم للأملاح والكبريتات، والأسمنت الألوميني ... الخ.
الماء في الخرسانة
نسبة الماء - الاسمنت هي النسبة بين وزن الماء الحر المخصص للتفاعل ( عدا عن الماء الذي تمتصه الحصمة) إلى وزن الأسمنت في الخلطة.، والخرسانة ذات الجودة العالية يجب ان تحتوي على اقل نسبة ماء الى اسمنت من الممكن الحصول عليها بدون التأثير على قابلية التشغيل الخاصة بالخرسانة الطازجة.
وبشكل عام استخدام ماء أقل يولد خرسانة ذات جودة عالية بالاضافة الى ان الخرسانة يجب ان يتم وضعها في القوالب بشكل مناسب ودمجها بشكل مناسب والاعتناء بها في فترة التصلب بشكل مناسب ايضا.
وفي المقابل فإن كثرة الماء تضعف الخرسانة وتسبب الانفصال والتدميع والمسامية وقلة الدوام والاهتراء وقلة التماسك والضعف والتقشر والانكماش والتشقق.
ماء الشرب عادة يكون مناسب للاستخدام في الخرسانة. بشكل عام فان الماء الذي لا لون ولا طعم مميز له يمكن ان يستخدم في خليط الخرسانة ، ايضا بعض الماء غير الصالح للشرب يمكن ان يستخدم في خليط الخرسانة ، على أن لا يزيد تركيز الشوائب فيه عن نسب معينة تحددها المواصفات.
بينما استخدام ماء ملوث في الخليط لن يؤثر فقط على فترة الشك ( التصلب ) للخرسانة أو على قوة الخرسانة لكنه من الممكن ان يؤدي الى ظهور لطخ على الخرسانة بالاضافة الى صدأ حديد التسليح وتغير دائم في حجم الخرسانة وتقليل متانة الخرسانة.
تنص المواصفات عادة على ان الماء يجب ان يكون خالي من الكلوريد والكبريتات والاملاح في ماء الخليط ، وخاليا أيضا من المواد الضارة مثل الزيوت والشحوم والأحماض والقلويات والمواد العضوية والفلين والمواد الناعمة سواء كانت هذه المواد ذائبة أو معلقة وخلافها من المواد التي يكون لها تأثير عكسي على الخرسانة من حيث قوة الكسر والمتانة.
وبخلاف ذلك فإن الاختبارات يجب ان تجرى على الخليط لتحديد تأثير احتواء الماء على هذه الملوثات في صفات الخرسانة الناتجة.
أهمية الماء في الخرسانة :
1. عنصر أساسي في التفاعل الكيماوي مع المادة الاسمنتية ، وهو ضروري أيضا لكي تمتصه الحصمة المستعملة في الخرسانة.
2. إن الماء ضروري لعمليات إيناع الخرسانة أثناء تصلبها.
3. يعطي الماء الخليط المؤلف من الركام الخشن والناعم والاسمنت درجة مناسبة من الليونة تساعده على التشغيل والتشكيل.
4. بوجود الماء يمكن خلط مقدار أكبر من الحصمة بنفس الكمية من الأسمنت.
5. إن الماء يعطي حجماً للخرسانة يتراوح ما بين 15-20 %.
6. يضيع جزء من الماء الموجود في خلطة الخرسانة أثناء عملية التبخر.
الركام ( الحصى ) في الخرسانة
يعتبرالركام من المكونات الاساسية في الخرسانة حيث انه يشكل نسبة (60-75) % من حجم الخرسانة ويتكون الركام بصورة عامة من حبيبات صخرية متدرجة في الحجم منها حبيبات صغيرة كالرمل والأخرى حبيبات كبيرة كالحصى . ان لنوعية و خواص الركام تأثيراً كبيراً على خواص الخرسانة ونوعيتها .
وباعتباره يشكل الجزء الأكبر من هيكل الخرسانة الذي يؤمن استقرارها وثباتها ومقاومتها لتأثير القوى الخارجية والعوامل الجوية المختلفة من الحرارة والرطوبة والتجمد ، فإن وجوده بهذه النسبة في الخلطة يقلل التغيرات الحجمية الناتجة عن عمليات التجمد والتصلب للعجينة الاسمنتية ، وبالتالي يكسب الركام متانة إضافية للخرسانة الاسمنتية .
من أجل الحصول على خرسانة متينة يجب أن يتميز ركامها بعدم تأثره بفعل العوامل الجوية المختلفة كالحرارة والبرودة والانجماد والتي تؤدي إلى تفكك الركام كما ويجب أن لا يحصل تفاعل ضار بين معادن الركام ومركبات الأسمنت ، إضافة إلى ضرورة خلو الركام من الطين ومن المواد غير النقية والتي تؤثر على المقاومة والثبات لعجينة الأسمنت . ويجب أن يكون الركام نظيفا قويا مقاوما للسحق والصدم ومناسبا من حيث الامتصاص ذا شكل وملمس مناسبين وغير قابل للانحلال ، ومقاوما للتآكل والبري.
المواد الإضافية الخرسانية
هي عبارة عن مواد أو تراكيب معينة ومدروسة من عدة مواد تضاف للخرسانة أثناء الخلط لأسباب عديدة منها :
1. تحسين قابلية التشغيل للخرسانة الطرية.
2. تعجيل التصلب للحصول على مقاومة عالية في وقت قصير.
3. ابطاء عملية التصلب ( الشك) في الأجواء الحارة أو النقل لمسافات البعيدة.
4. تقليل الحرارة المتولدة وتقليل النضح أو النزف ( Bleeding )
5. تحسين مقاومة التآكل وتقليل التقلص الحاصل أثناء التصلب.
6. منع صدأ الحديد.
إن لهذه الاضافات مضاراَ لذلك يجب عدم استعمالها إلا في الحالات الضرورية وحسب تعليمات الشركة المصنعة وبأقل الكميات . ومحاولة الاعتماد على تحسين خواص الخرسانة بتعديل مكوناتها الرئيسية.
أحد الأمثلة على المواد الإضافية للخلطة الخرسانية المتوفر بكثرة في معظم الخلطات التي يتم انتاجها اليوم هو الرماد المتطاير أو الخبث وهما من أنواع الغبار البركاني.
ويعد الرماد المتطاير منتجا جانبيا في محطات الطاقة ذات الفحم المحترق بينما الخبث منتج جانبي نتيجة صهر الفولاذ، وهما يحلان محل 15- 50 % من الإسمنت في الخلطة. وباعتبارها من قبيل النفايات فهي أرخص من الإسمنت وبإضافتها للخلطة تعطي خرسانة أفضل علاوة على أنها تسد المسام وتقوي بنية الخرسانة كما أن شكلها المستدير يجعل مكونات الخلطة تتحرك بسلاسة ضمن نسيج الخلطة وبالتالي استعمال كمية أقل من الماء .
وتساعد مكونات الغبار البركاني في التقليل من حرارة ظاهرة التميؤ مما يزيد التصلب عدة مرات. وهذا جيد في حالة المناخ الحار عندما تتصلب الخرسانة بسرعة أكثر من اللزوم بينما قد يكون ذلك غير ملائم في المناخ المائل للبرودة. وبعض الإضافات المخفضة لكمية الماء أيضا ذات تأثير مثبط. وتأثير مواد الغبار السابقة ومخفض كمية الماء معا قد يسبب إطالة في المخطط الزمني للعمل حوالي الساعتين. وعلى كل حال فإن مورد الخلطة الجاهزة يستطيع التنبؤ بزمن التصلب من أجل أي خلطة.
وفي ابسط الصور فان الخرسانة هى خليط من العجينة والركام. تتكون العجينة من اسمنت بورتلاندي وماء تغطي سطح الركام الناعم والخشن.
من خلال تفاعل كميائي يسمى الامهه (Hydion) فإن العجينة تتصلب وتكتسب قوة لتشكل كتلة كالصخرة تسمى الخرسانة. وخصائص الخرسانة تتحدد بجودة ونوعية العجينة الاسمنتية المستخدمة ، وقوة العجينة الاسمنتية في المقابل تعتمد على نسبة الماء الى الاسمنت في العجينة.
ولكن معظم أنواع الخلطات تحوي إضافات عديدة ذات تأثير هام على مواصفاتها. وللحصول على أفضل المواصفات يجب أن تستعمل الإضافات المناسبة في المكان المناسب. ومن المهم معرفة كل الآثار الممكنة لأنها يمكن أن تغير من سلوك الخرسانة. وربما يكون ضروريا تعديل أسلوب الصب ليكون ملائما للصفات المميزة للخلطة التي طلبتها.
نسبة الخلط
مفتاح الحصول على خرسانة قوية ومتينة يقبع في نسب الخلط وطريقة الخلط للخليط المشكل للخرسانة ، يتم اختيار نسب هذه المواد في الخلطة الخرسانية حسب نوع العمل المطلوب والمواد المتوفرة. ومع خلط هذه المواد مع بعضها يتم الحصول على الخرسانة التي تبدأ بالتصلب التدريجي مع الوقت حتى تصبح صلبة وقوية ، وتتفاوت قوتها حسب المكونات الأساسية وكذلك حسب طريقة الرج أثناء الصب ونوعية المعالجة.
تحتوي الخلطة الخرسانية عادة على (10-15) % أسمنت و (60-75) % ركام ناعم وخشن و ( 15 - 20 ) % ماء بالاضافة الى نسبة ( 5 - 8 ) % هواء محبوس بداخل الخرسانة.( هذه النسب هي نسب المكونات الى الحجم الكلي للخرسانة).
الإسمنت في الخرسانة
الإسمنت هو تلك المادة الناعمة الداكنة اللون التي تمتلك خواص تماسكية و تلاصقية بوجود الماء مما يجعله قادراَ على ربط مكونات الخرسانة بعضها ببعض و تماسكها مع حديد التسليح. ويتكون الأسمنت من 3 مواد خام أساسية هي كربونات الكالسيوم الموجودة في الحجر الكلسي، والسيليكا الموجودة في الطين والرمل، والألومنيا (أكسيد الألمنيوم).
هناك عدة أنواع من الاسمنت تأحذ اسمها من الغرض منها ولزوم استعمالها ولكن تبقى مكوناتها الأساسية واحدة وان اختلفت نسبتها من نوع لآخر ومن أهم هذه الأنواع :
الأسمنت البورتلاندي العادي، والأسمنت البورتلاندي سريع التصلد، والأسمنت البورتلاندي المنخفض الحرارة، والأسمنت المقاوم للأملاح والكبريتات، والأسمنت الألوميني ... الخ.
الماء في الخرسانة
نسبة الماء - الاسمنت هي النسبة بين وزن الماء الحر المخصص للتفاعل ( عدا عن الماء الذي تمتصه الحصمة) إلى وزن الأسمنت في الخلطة.، والخرسانة ذات الجودة العالية يجب ان تحتوي على اقل نسبة ماء الى اسمنت من الممكن الحصول عليها بدون التأثير على قابلية التشغيل الخاصة بالخرسانة الطازجة.
وبشكل عام استخدام ماء أقل يولد خرسانة ذات جودة عالية بالاضافة الى ان الخرسانة يجب ان يتم وضعها في القوالب بشكل مناسب ودمجها بشكل مناسب والاعتناء بها في فترة التصلب بشكل مناسب ايضا.
وفي المقابل فإن كثرة الماء تضعف الخرسانة وتسبب الانفصال والتدميع والمسامية وقلة الدوام والاهتراء وقلة التماسك والضعف والتقشر والانكماش والتشقق.
ماء الشرب عادة يكون مناسب للاستخدام في الخرسانة. بشكل عام فان الماء الذي لا لون ولا طعم مميز له يمكن ان يستخدم في خليط الخرسانة ، ايضا بعض الماء غير الصالح للشرب يمكن ان يستخدم في خليط الخرسانة ، على أن لا يزيد تركيز الشوائب فيه عن نسب معينة تحددها المواصفات.
بينما استخدام ماء ملوث في الخليط لن يؤثر فقط على فترة الشك ( التصلب ) للخرسانة أو على قوة الخرسانة لكنه من الممكن ان يؤدي الى ظهور لطخ على الخرسانة بالاضافة الى صدأ حديد التسليح وتغير دائم في حجم الخرسانة وتقليل متانة الخرسانة.
تنص المواصفات عادة على ان الماء يجب ان يكون خالي من الكلوريد والكبريتات والاملاح في ماء الخليط ، وخاليا أيضا من المواد الضارة مثل الزيوت والشحوم والأحماض والقلويات والمواد العضوية والفلين والمواد الناعمة سواء كانت هذه المواد ذائبة أو معلقة وخلافها من المواد التي يكون لها تأثير عكسي على الخرسانة من حيث قوة الكسر والمتانة.
وبخلاف ذلك فإن الاختبارات يجب ان تجرى على الخليط لتحديد تأثير احتواء الماء على هذه الملوثات في صفات الخرسانة الناتجة.
أهمية الماء في الخرسانة :
1. عنصر أساسي في التفاعل الكيماوي مع المادة الاسمنتية ، وهو ضروري أيضا لكي تمتصه الحصمة المستعملة في الخرسانة.
2. إن الماء ضروري لعمليات إيناع الخرسانة أثناء تصلبها.
3. يعطي الماء الخليط المؤلف من الركام الخشن والناعم والاسمنت درجة مناسبة من الليونة تساعده على التشغيل والتشكيل.
4. بوجود الماء يمكن خلط مقدار أكبر من الحصمة بنفس الكمية من الأسمنت.
5. إن الماء يعطي حجماً للخرسانة يتراوح ما بين 15-20 %.
6. يضيع جزء من الماء الموجود في خلطة الخرسانة أثناء عملية التبخر.
الركام ( الحصى ) في الخرسانة
يعتبرالركام من المكونات الاساسية في الخرسانة حيث انه يشكل نسبة (60-75) % من حجم الخرسانة ويتكون الركام بصورة عامة من حبيبات صخرية متدرجة في الحجم منها حبيبات صغيرة كالرمل والأخرى حبيبات كبيرة كالحصى . ان لنوعية و خواص الركام تأثيراً كبيراً على خواص الخرسانة ونوعيتها .
وباعتباره يشكل الجزء الأكبر من هيكل الخرسانة الذي يؤمن استقرارها وثباتها ومقاومتها لتأثير القوى الخارجية والعوامل الجوية المختلفة من الحرارة والرطوبة والتجمد ، فإن وجوده بهذه النسبة في الخلطة يقلل التغيرات الحجمية الناتجة عن عمليات التجمد والتصلب للعجينة الاسمنتية ، وبالتالي يكسب الركام متانة إضافية للخرسانة الاسمنتية .
من أجل الحصول على خرسانة متينة يجب أن يتميز ركامها بعدم تأثره بفعل العوامل الجوية المختلفة كالحرارة والبرودة والانجماد والتي تؤدي إلى تفكك الركام كما ويجب أن لا يحصل تفاعل ضار بين معادن الركام ومركبات الأسمنت ، إضافة إلى ضرورة خلو الركام من الطين ومن المواد غير النقية والتي تؤثر على المقاومة والثبات لعجينة الأسمنت . ويجب أن يكون الركام نظيفا قويا مقاوما للسحق والصدم ومناسبا من حيث الامتصاص ذا شكل وملمس مناسبين وغير قابل للانحلال ، ومقاوما للتآكل والبري.
المواد الإضافية الخرسانية
هي عبارة عن مواد أو تراكيب معينة ومدروسة من عدة مواد تضاف للخرسانة أثناء الخلط لأسباب عديدة منها :
1. تحسين قابلية التشغيل للخرسانة الطرية.
2. تعجيل التصلب للحصول على مقاومة عالية في وقت قصير.
3. ابطاء عملية التصلب ( الشك) في الأجواء الحارة أو النقل لمسافات البعيدة.
4. تقليل الحرارة المتولدة وتقليل النضح أو النزف ( Bleeding )
5. تحسين مقاومة التآكل وتقليل التقلص الحاصل أثناء التصلب.
6. منع صدأ الحديد.
إن لهذه الاضافات مضاراَ لذلك يجب عدم استعمالها إلا في الحالات الضرورية وحسب تعليمات الشركة المصنعة وبأقل الكميات . ومحاولة الاعتماد على تحسين خواص الخرسانة بتعديل مكوناتها الرئيسية.
أحد الأمثلة على المواد الإضافية للخلطة الخرسانية المتوفر بكثرة في معظم الخلطات التي يتم انتاجها اليوم هو الرماد المتطاير أو الخبث وهما من أنواع الغبار البركاني.
ويعد الرماد المتطاير منتجا جانبيا في محطات الطاقة ذات الفحم المحترق بينما الخبث منتج جانبي نتيجة صهر الفولاذ، وهما يحلان محل 15- 50 % من الإسمنت في الخلطة. وباعتبارها من قبيل النفايات فهي أرخص من الإسمنت وبإضافتها للخلطة تعطي خرسانة أفضل علاوة على أنها تسد المسام وتقوي بنية الخرسانة كما أن شكلها المستدير يجعل مكونات الخلطة تتحرك بسلاسة ضمن نسيج الخلطة وبالتالي استعمال كمية أقل من الماء .
وتساعد مكونات الغبار البركاني في التقليل من حرارة ظاهرة التميؤ مما يزيد التصلب عدة مرات. وهذا جيد في حالة المناخ الحار عندما تتصلب الخرسانة بسرعة أكثر من اللزوم بينما قد يكون ذلك غير ملائم في المناخ المائل للبرودة. وبعض الإضافات المخفضة لكمية الماء أيضا ذات تأثير مثبط. وتأثير مواد الغبار السابقة ومخفض كمية الماء معا قد يسبب إطالة في المخطط الزمني للعمل حوالي الساعتين. وعلى كل حال فإن مورد الخلطة الجاهزة يستطيع التنبؤ بزمن التصلب من أجل أي خلطة.