اقرأ في هذا المقال
- ما هي الخرسانة المسلّحة بالألياف الهجينة؟
- تاريخ الخرسانة المسلّحة بالألياف الهجينة
- تطبيقات الخرسانة المسلّحة بالألياف الهجينة
- ما هو أداء الخرسانة المسلّحة بالألياف الهجينة تحت الضغط والمرونة؟
- مزايا الخرسانة المسلّحة بالألياف الهجينة
ما هي الخرسانة المسلّحة بالألياف الهجينة؟
الخرسانة المصنوعة من الأسمنت البورتلاندي لها خصائص معينة. إنّها قوية نسبيًا في الانضغاط ولكنها ضعيفة في التوتر وتميل إلى أن تكون هشةً. لقد حدتا نقطتا الضعف هاتين من استخدامها. نقطة ضعف أساسية أخرى في الخرسانة هي أن الشقوق تبدأ في التكوّن بمجرد وضع الخرسانة وقبل أن تتصلّب بشكل صحيح. هذه الشقوق هي سبب رئيسي لضعف الخرسانة خاصة في التطبيقات الكبيرة في الموقع ممّا يؤدي إلى كسر وفشل لاحق ونقص عام في المتانة.
يمكن التغلّب على الضعف في التوتر من خلال استخدام تقوية القضيب التقليدية وإلى حد ما من خلال إدراج حجم كافٍ من ألياف معينة. أحدث التطورات في تكنولوجيا الخرسانة تشمل الآن التعزيز على شكل ألياف، ولا سيّما الألياف البوليمرية وكذلك الألياف الزجاجية أو الفولاذ. يستخدم تقوية الألياف في الغالب للتحكّم في الشقوق وليس لتقوية الهيكل. على الرغم من أن مفهوم تقوية المواد الهشة بالألياف قديم جدًا. الاهتمام الأخير في تقوية المواد القائمة على الأسمنت بألياف موزعة عشوائياً يعتمد على البحث الذي بدأ في الستينيات.
منذ ذلك الحين، كانت هناك أنشطة بحث وتطوير كبيرة في جميع أنحاء العالم. لقد ثبت أن إضافة ألياف البولي بروبلين الموزعة عشوائياً قلّلت من تشقق البلاستيك وتزيد الألياف الفولاذية من صلابة الكسر وليونة ومقاومة الصدمات. نظرًا لأنه يمكن خلط الألياف مسبقًا بطريقة تقليدية، فقد أضاف مفهوم خرسانة ألياف البولي بروبلين بُعدًا إضافيًا لبناء الخرسانة. لا يكاد يوجد أي نوع من الألياف يمكنه تحسين جميع الخصائص المطلوبة للخرسانة الطازجة والمتصلّبة. لتحسين جميع خصائص الخرسانة، يلزم الجمع بين نوعين أو أكثر من الألياف، ويُعرف المركب باسم الخرسانة المسلحة بالألياف الهجينة.
الغرض الأساسي من استخدام الألياف الهجينة هو التحكّم في الشقوق بمستويات مختلفة الحجم في مناطق مختلفة من الخرسانة، ومستويات الإجهاد وتعزيز خصائص الخرسانة من خلال الجمع بين الفوائد التي يمكن أن ينقلها كل نوع معين من الألياف. في هذا المشروع، سيتم إجراء دراسة تجريبية على السلوك الانضغاطي والانحناء للخرسانة المسلّحة الهجينة باستخدام مزيج من ألياف الحديد والبولي بروبيلين.
تاريخ الخرسانة المسلّحة بالألياف الهجينة:
إنّ مفهوم استخدام الألياف كتعزيز في خليط الخرسانة ليس دراسة جديدة. تم استخدام الألياف منذ العصور القديمة. هناك أنواع مختلفة من الخرسانة المسلّحة بالألياف والتي يتم تصنيفها بناءً على الألياف المستخدمة. في حالة استخدام الألياف الفولاذية نحصل على الخرسانة المسلّحة بالألياف الفولاذية. وبالمثل، فإنّ الخرسانة المسلّحة بالنايلون والخرسانة المسلّحة بالألياف الزجاجية والخرسانة المسلّحة بألياف الكربون وما إلى ذلك هي بعض الأنواع.
يمكن تحديد المركّب باعتباره هجينًا عند استخدام نوعين أو أكثر من الألياف في مصفوفة مدمجة لإنتاج مركّب يعكس فائدة كل من الألياف الفردية المستخدمة. سيوفر هذا أخيرًا استجابة تآزرية للهيكل بأكمله. يُطلق على هذا المركّب من الخرسانة اسم الخرسانة المسلّحة بالألياف الهجينة. يتم تحسين الخصائص الميكانيكية للخرسانة بشكل ملحوظ باستخدام ألياف قصيرة مطولة. هذا يزيد من معامل مرونة الخرسانة. سيُقلّل هذا من فرص الهشاشة وبالتالي تكون الشقوق الصغيرة، حيث أن الشقوق الصغيرة هي العوامل الرئيسية وراء الانتشار وتكوين الشقوق الكبيرة.
تَقِلّ فرص نزع الألياف أو انسحابها لأن هذا السبب يتطلّب امتصاصًا كبيرًا للطاقة. هذا هو السبب الذي يوفر مقاومة الكسر والمتانة للخرسانة المسلّحة بالألياف الهجينة أثناء الأحمال الديناميكية والدورية.
تطبيقات الخرسانة المسلّحة بالألياف الهجينة:
1- تقوية الألياف الهجينة في الأرصفة الخرسانية:
إنّ مركبات الكربون الهيدروفلورية تستخدم في إنشاء الرصيف الخرساني للمستودعات. يكون سُمك اللوح 22 سم. الألياف المستخدمة 30 كجم لكل متر مكعب من الصلب و 1 كجم لكل متر مكعب من ألياف البولي بروبلين. لم تؤثر إضافة الألياف على المظهر الجمالي للرصف الخرساني. وأظهر تقرير الصيانة عدم انعكاس أي نوع من التشققات رغم كثرة الأحمال المرورية والظروف المناخية.
2- إعادة تأهيل الجسور باستخدام الخرسانة المسلّحة الهجينة:
تخضع أسطح الجسور لإصلاحات باستخدام مركّبات الكربون الهيدروفلورية. هذا يثبت أن الألياف الهجينة يمكن استخدامها في الخرسانة الفتية والصلبة على حد سواء، من خلال منع الشقوق.
3- تبطين الأنفاق باستخدام الخرسانة المسلّحة الهجينة:
بطانة النفق هي بناء أساسي يتبع صعوبة المتانة. سيثبت استخدام مركّبات الكربون الهيدروفلورية أنه جيد في بناء الأنفاق.
ما هو أداء الخرسانة المسلّحة بالألياف الهجينة تحت الضغط والمرونة؟
أثبتت الأبحاث المكثّفة على الخرسانة المسلّحة بالألياف الهجينة أن إضافة أنواع مختلفة من الألياف مثل الألياف المعدنية وغير المعدنية مثل (الصلب) والزجاج والاصطناعية والكربون، في الخرسانة العادية يحسن القوة والمتانة والليونة ومقاومة ما بعد التكسير. يمكن استخدام هذه الألياف الفولاذية ذات النهايات المعقوفة بشكل درامي وألياف ريكرون بشكل فعّال لصنع الخرسانة المسلّحة بالألياف الهجينة عالي القوة بعد استكشاف مدى ملاءمتها. في هذا البحث، تم إجراء محاولة لدراسة جدوى استخدام نوعين من الألياف لصنع الخرسانة المسلّحة بالألياف الهجينة.
المواد الأسمنتية هشّة بشكل عام، مع قوة منخفضة نسبيًا وقدرة إجهاد تحت التوتر. ومن ثم، عادة ما يكون من الضروري استخدام قضيب حديد التسليح اليدوي لزيادة قوة الشد. بالنسبة لمستويات التعزيز المنخفضة، يُعَد الاستبدال الجزئي أو الكامل لهذا التعزيز التقليدي بالألياف بديلاً مفيدًا. للتطبيقات الخاصة، تم تطوير المواد الأسمنتية المقواة بألياف الدكتايل العالية مثل الخرسانة فائقة الأداء أو المواقع المركّبة الأسمنتية الهندسية. يمكن أيضًا استخدام الألياف للتحكّم في الآثار الضارة للانكماش. من الممكن حدوث انخفاض كبير في عرض الشقوق وتباعد الشقوق، خاصة في الأعمار المبكّرة.
لديهم قوة شد عالية (> 500-1000 ميجا باسكال) وَمعامل مرونة عالي (> 200 جيجا باسكال) ومتوفرون بتكاليف منخفضة نسبيًا. يمنع المعامل المرتفع، وهو أعلى بكثير من المعامل الخرساني (30-40 جيجا باسكال) أو عجينة الأسمنت (15-20 ميجا باسكال)، الألياف من التمدد أو الانكماش العرضي عند الحمل، ممّا يؤدي بالتالي إلى رابطة ألياف مصفوفة جيدة وعرض أصغر للشق. تم إجراء مجموعة متنوعة من الاختبارات لتحديد الخصائص والمزايا الفعلية للمواد الخام. تساعد إضافة ألياف الصلب في تحويل الخصائص الهشّة إلى خصائص قوية. لِتسريع مقاومة الانضغاط دون التضحية بالليونة، تتمثل الإستراتيجية المتّبعة في إضافة ألياف فولاذية منفصلة كتعزيز في الخرسانة.
من الواضح أن سلوك الألياف الهجينة يعتمد على الاتجاهات والتوزيعات ونِسَب الأبعاد والأشكال الهندسية والخواص الميكانيكية للألياف في الخلائط الخرسانية. تؤثر اتجاهات وتوزيعات الألياف على خصائص الخرسانة المسلّحة بالألياف الهجينة مثل المتانة والقوة والليونة وعرض الشقوق. يمكن الحصول على حل وسط للحصول على خصائص خرسانية طازجة جيدة (بما في ذلك قابلية التشغيل وتقليل التكسير المبكّر) والمتانة الجيدة للخرسانة المتصلّبة بإضافة نوعين مختلفين من الألياف، والتي يمكن أن تعمل بشكل فردي على مستويات مختلفة لتحقيق الأداء الأمثل. تؤدي إضافة الألياف غير المعدنية إلى خصائص خرسانية طازجة جيدة وتقليل التشقق المبكّر.
يمكن أن تُعزى التأثيرات المفيدة للألياف غير المعدنية إلى نِسَب أبعادها العالية وزيادة توافر الألياف (بسبب كثافة أقل مقارنة بالفولاذ) عند جزء حجم معين. نظرًا لصلابتها المنخفضة، فإنّ هذه الألياف فعالة بشكل خاص في التحكّم في انتشار الشقوق الدقيقة في المرحلة البلاستيكية للخرسانة. يمكن أن يوفّر المزيج الهجين من الألياف المعدنية وغير المعدنية مزايا محتملة في تحسين خصائص الخرسانة بالإضافة إلى تقليل التكلفة الإجمالية لإنتاج الخرسانة. من المهم أن يكون لديك مزيج من ألياف معامل منخفضة وعالية لإيقاف التشققات الدقيقة والكبيرة، على التوالي.
مزيج مفيد آخر من الألياف هو الألياف الطويلة والقصيرة. مرة أخرى، تتحكّم أطوال مختلفة من الألياف في مقاييس التكسير المختلفة. كان الهدف من هذه الدراسة هو تقييم الخصائص الميكانيكية لأنظمة الخرسانة المسلّحة بالألياف المختلفة، والتي تحتوي على ألياف فولاذية فردية وتوليفات هجينة من الفولاذ والألياف غير المعدنية. تم الحفاظ على الجرعة الإجمالية للألياف عند 0.5%، 1%، 1.5% و2% بشكل أساسي من وجهة نظر توفير قابلية تشغيل جيدة.
تم إجراء تقييم مقارن للعديد من خرسانة الألياف الهجينة بناءً على خصائص الخرسانة المتصلّدة الانضغاطية وقوة الانقسام والانثناء والمتانة الانحناء. الخرسانة مادة شبه هشة ذات قدرة إجهاد منخفضة. توفر الألياف آليات تخفف من انتشارها غير المستقر، وتوفر جسراً فعالاً، وتنقل مصادر اكتساب القوة والمتانة والليونة.
مزايا الخرسانة المسلّحة بالألياف الهجينة:
- يتم تنفيذ سد الشقوق على مرحلتين، حيث يتم استخدام نوعين من الألياف، أحدهما يعالج الشقوق الدقيقة الأولية. ويتم معالجة المزيد من فرص الشقوق الكبيرة بالنوع التالي من الألياف. لا يتم تحقيق ذلك عن طريق نوع واحد من الألياف.
- توفّر القوة والصلابة.
- يمكنها استخدام الألياف بمتانة مختلفة. حيث يتم زيادة القوة والمتانة باستخدام ألياف متينة.
