الانكماش في الخرسانة

ما هو انكماش الخرسانة؟

الانكماش الخرساني هو التغير في الطول لكل وحدة طول وبالتالي فهو عدد الأبعاد المعبّر عنه كنسبة مئوية، يعتمد الانكماش على الوقت ويشمل الانكماش البلاستيكي والانكماش الذاتي وانكماش التجفيف وانكماش الكربونات، في الوقت الحاضر سنناقش تغير الحجم بسبب الخصائص الكامنة في الانكماش الخرساني.

من أكثر العيوب المرفوضة في الخرسانة وجود تشققات خاصة في الأرضيات والأرصفة، أحد العوامل الهامة التي تساهم في حدوث تشققات في الأرضيات والأرصفة هو الانكماش، من الصعب صنع الخرسانة التي لا تتقلّص وتتكسر، إنَّها فقط مسألة حجم والسؤال الآن هو كيفية تقليل تشققات الانكماش والانكماش في الهياكل الخرسانية. يستخدم مصطلح الانكماش بشكل فضفاض لوصف الجوانب المختلفة لتغيرات الحجم في الخرسانة بسبب فقدان الرطوبة في مراحل مختلفة لأسباب مختلفة.

أنواع الانكماش في الخرسانة:

1. الانكماش البلاستيكي (اللدن) في الخرسانة.
   
2. الانكماش الجاف في الخرسانة.
   
3. الانكماش الذاتي في الخرسانة.
   
4. انكماش الكربنة في الخرسانة.
   

1- الانكماش البلاستيكي:

انكماش اللدائن هو انكماش في الحجم بسبب حركة الماء من الخرسانة أثناء وجودها في الحالة البلاستيكية أو قبل أن تبدأ، يمكن أن تكون حركة الماء هذه أثناء عملية الترطيب أو من الظروف البيئية التي تؤدي إلى تبخر المياه الموجودة على سطح الخرسانة الرطبة. لذا، كلَّما زادت نزيف الخرسانة كلَّما زاد الانكماش البلاستيكي، يتناسب الانكماش البلاستيكي مع محتوى الإسمنت وبالتالي يتناسب عكسياً مع نسبة وزن الجسم.

2- الانكماش الجاف:

كما أن ترطيب الأسمنت عملية دائمة فإنَّ الانكماش الجاف هو أيضًا عملية دائمة عندما تتعرض الخرسانة لظروف التجفيف، إنَّ الانكماش الجاف في الخرسانة مماثل لآلية تجفيف عينات الأخشاب، لا يؤدي فقدان المياه الزائدة الموجودة في الخرسانة الصلبة إلى أيّ تغيير ملحوظ في الأبعاد، كما إنَّ فقدان الماء الموجود في مسام الهلام هو الذي يسبب التغيير في الحجم.

في ظروف التجفيف، يتم فقدان ماء الهلام تدريجيًا لفترة طويلة، طالما يتم الاحتفاظ بالخرسانة في ظروف التجفيف، يتقلّص معجون الإسمنت أكثر من الملاط ويتقلّص الملاط أكثر من الخرسانة، كما تتقلّص الخرسانة المصنوعة من الركام الأصغر حجمًا أكثر من الخرسانة المصنوعة من الركام الأكبر حجمًا، إنَّ حجم الانكماش الجاف هو أيضًا دالة لنقاء الهلام، كلَّما كان الجل أكثر دقة كلَّما كان الانكماش أكثر.

3- الانكماش الذاتي:

الانكماش ذاتي المنشأ المعروف أيضًا باسم (الانكماش الأساسي) هو الانكماش بسبب التفاعلات الكيميائية بين الإسمنت بالماء ولا تشمل التأثيرات البيئية مثل تغيرات درجة الحرارة والرطوبة، عادة ما يتم تجاهل حجمه في الخرسانة مع محتوى الرطوبة بنسبة أكثر من 0.40.

في النظام المحافظ حيث لا يسمح بحركة رطوبة من المعجون أو منه، عندما تكون درجة الحرارة ثابتة قد يحدث بعض الانكماش، يُعرف انكماش هذا النظام المحافظ باسم الانكماش الذاتي، إنَّ الانكماش ذاتي المنشأ ذو أهمية ثانوية ولا يمكن تطبيقه عمليًا على العديد من المواقف باستثناء كتلة الخرسانة في داخل السد الخرساني.

4- انكماش الكربونات:

يتفاعل ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي في وجود الماء مع الإسمنت المائي، يتم تحويل هيدروكسيد الكالسيوم إلى كربونات الكالسيوم وكذلك تتحلّل بعض مركبات الإسمنت الأخرى، هذا التحلّل الكامل لمركب الكالسيوم في الإسمنت المائي ممكّن كيميائيًا حتى عند الضغط المنخفض لثاني أكسيد الكربون في الجو العادي.

تخترق الكربونات السطح المكشوف للخرسانة ببطء شديد، يعتمد معدل تغلغُل ثاني أكسيد الكربون أيضًا على المحتوى الرطوبي للخرسانة والرطوبة النسبية للوسط المحيط ويرافق الكربنة زيادة في وزن الخرسانة والانكماش.

العوامل المؤثرة على انكماش الخرسانة:

1. الرطوبة (حالة التجفيف).
   
2. نسبة الإسمنت المائي.
   
3. صلابة الركام.
   
4. حركة الرطوبة في الخرسانة.
   
5. نوع الركام الخشن.
   
6. شكل الركام.
   

1- الرطوبة (حالة التجفيف):

أحد أهم العوامل التي تُؤثّر على الانكماش الخرساني هي حالة الجفاف أو بعبارة أخرى الرطوبة النسبية في الغلاف الجوي حيث يتم الاحتفاظ بالعينة الخرسانية، إذا تم وضع الخرسانة في رطوبة نسبية بنسبة 100% لأيّ فترة زمنية فلن يكون هناك أيّ انكماش، بدلا من ذلك سيكون هناك تورّم طفيف.

2- نسبة الإسمنت المائي:

عامل آخر مهم يُؤثّر على حجم الانكماش هو نسبة الماء إلى الإسمنت للخرسانة، ثراء الخرسانة له أيضًا تأثير كبير على الانكماش، يلعب الركام دورًا مهمًا في خصائص انكماش الخرسانة، يُؤثّر كمّ الركام وحجمه ومعامل المرونة على حجم انكماش التجفيف.

3- صلابة الركام:

يتقلّص الركام الأكثر صلابة مع معامل المرونة الأعلى مثل الكوارتز أقل بكثير من الركام الأكثر ليونة مثل الحجر الرملي.

4- حركة الرطوبة في الخرسانة:

تتقلّص الخرسانة عندما يسمح لها بالجفاف في الهواء عند رطوبة نسبية أقل وتتضخم عند الاحتفاظ بها عند نسبة رطوبة نسبية 100% أو عند وضعها في الماء، تمامًا كما أن انكماش التجفيف عملية مستمرة فإنَّ التورّم عندما يتم وضعه باستمرار في الماء هو أيضًا عملية مستمرة، إذا تعرضت عينة ملموسة لحالة التجفيف في مرحلة ما إلى حالة ترطيب فإنَّها تبدأ في التورّم، من المثير للاهتمام ملاحظة أن الانكماش الجاف الأولي لا يتم استرداده حتى بعد التخزين المطول في الماء مما يدل على أن ظاهرة الانكماش الجاف ليس قابل للعكس تمامًا.

تمامًا مثل الانكماش الجاف بسبب فقدان الماء الممتزّ حول جزيئات الهلام، فإنَّ التورّم ناتج عن امتزاز الماء بواسطة هلام الإسمنت، تعمل جزيئات الماء ضد القوة المتماسكة وتميل إلى إبعاد جزيئات الهلام عن بعضها البعض نتيجة لحدوث التورّم. بالإضافة إلى ذلك، فإنَّ دخول الماء يُقلّل من التوتر السطحي للهلام ويشار إلى خاصية التورّم عند وضعها في حالة رطبة والانكماش عند وضعها في حالة التجفيف على أنها حركة رطوبة في الخرسانة.

5- نوع الركام الخشن:

سيكون لنوع الركام المختلف خصائص مختلفة وبالتالي سيكون له تأثيرات مختلفة على الانكماش الخرساني، بشكل عام يكون للخرسانة المصنوعة من وحدات عالية المرونة من الركام غير المتقلص انكماشًا منخفضًا.

6- شكل الركام:

يُؤثّر حجم وشكل الركام الخشن على فقدان الرطوبة وبالتالي يكون له تأثير غير مباشر على انكماش الخرسانة، بشكل عام كلَّما كان الحجم الكلّي أصغر كلَّما زادت مساحة السطح، تم امتصاص المزيد من الماء نتيجة لذلك وبالتالي المزيد من الانكماش، هذا يعني أنه كلَّما رغب في انكماش منخفض يجب استخدام أكبر حجم إجمالي.

العوامل الأخرى التي لها تأثير على حجم الانكماش تشمل نسب المزيج وخصائص المواد وطرق المعالجة والظروف البيئية وهندسة العينة، تم العثور على أن محتوى الماء يُؤثّر على حجم ومعدل الانكماش الجاف في الخرسانة. وتشمل العوامل الأخرى الخصائص المرنة للركام المستخدم في خليط الخرسانة، بشكل عام ينتج عن المعامل ذو المرونة العالية إنتاج خرسانة منخفضة الانكماش، ويُؤثّر الركام الذي يحتوي على معادن الطين على سلوك الانكماش أيضًا.