اقرأ في هذا المقال
- ما هو التكسير الحراري في الخرسانة؟
- كيف تتشكل الشقوق الحرارية؟
- لماذا يعتبر التكسير الحراري مشكلة؟
- كيفية التحكّم في حرارة الخرسانة في الطقس البارد لتقليل الشقوق الحرارية
- أسباب أخرى للتشقق الحراري في الخرسانة
ما هو التكسير الحراري في الخرسانة؟
غالبًا ما يقال إنّ ما نعرفه عن الخرسانة هو أنها تصبح صلبة وتتشقق. ولكن هذا تبسيط لا معنى له لأنه لا يخبرنا بأي شيء عن صلابة الخرسانة أو التكسير. في بعض الأحيان لا تصبح الخرسانة صلبة بدرجة كافية وفي أحيان أخرى تصبح قوية جدًا. لا يتم إعطاء التكسير بالخرسانة، وأحيانًا لأسباب غير مبررة لا يتصدع على الإطلاق. هناك العديد من القوى داخل عنصر ملموس وإذا كنت لا تريد أن تتصدع الخرسانة، فيجب فهم القوى والتحكّم فيها بدءًا من مرحلة التخطيط.
أحد أسباب تشققات الخرسانة يرجع إلى التكسير الحراري وهذا يتعلّق بتطور درجة الحرارة مثل هيدرات الخرسانة وكذلك الاختلافات في درجة الحرارة داخل البلاطة. يعتمد التكسير الحراري أيضًا على درجات الحرارة المحيطة بالبلاطة مثل درجات حرارة الأرض والهواء. تصبح مراقبة درجة حرارة الخرسانة أكثر أهمية في الطقس البارد حيث تقلّل درجات الحرارة المنخفضة من معدّل تطور القوة أثناء المعالجة. هذا هو السبب في أن ضمان ظروف المعالجة المثلى لعنصرك أمر بالغ الأهمية، خاصة أثناء الظروف الجوية القاسية.
يمكن أن تتأثر عملية الترطيب بشكل كبير إذا تعرّضت الخرسانة الموضوعة حديثًا لدرجات حرارة مرتفعة جدًا أو منخفضة جدًا، ممّا يضر بتطوير قوة تصميم المزيج. علاوة على ذلك، إذا كانت فروق درجات الحرارة عالية جدًا، يمكن أن يحدث تكسير حراري. من خلال المراقبة الدقيقة لتفاوتات درجة الحرارة في عنصر الخرسانة الخاص أثناء المعالجة، ستضمن أن قوة الهيكل الخاص وجودته ومتانته مقبولة.
كيف تتشكل الشقوق الحرارية؟
الشقوق الحرارية المبكّرة، وَالتي يطلق عليها عادةً التكسير الحراري المبكّر، هو ظاهرة في الهياكل الخرسانية، ناتجة عن إجهاد الشد المفرط في قسم خرساني فوق قدرة الشد للخرسانة نتيجة تقييد الانكماش الحراري أو بسبب درجة الحرارة التفاضلية داخل المقطع العرضي . هناك العديد من العوامل التي يمكن أن تؤثر على الشقوق الحرارية في الخرسانة مثل:
- ارتفاع درجة الحرارة.
- معامل التمدد الحراري للخرسانة.
- ضبط الحركة الداخلية وخارجية للخرسانة.
- قدرة الخرسانة على مقاومة إجهاد الشد.
- ارتفاع وانخفاض درجة حرارة الخرسانة.
يعتمد ارتفاع وانخفاض درجة حرارة الخرسانة على:
- محتوى الاسمنت ونوعه.
- سُمك العنصر.
- حالة صب الخرسانة مثل، صب الخرسانة على الصف وصب الخرسانة على الحائط.
- نوع القوالب المستخدمة لصندقة الخرسانة.
السبب الرئيسي للتكسير الحراري المبكّر هو إطلاق حرارة الماء من المادة الرابطة، وعادة ما تكون عجينة الأسمنت في الخرسانة. تسبب حرارة الترطيب تمددًا تفاضليًا داخل القسم ممّا يؤدي إلى تقييد داخلي أو تقييد خارجي ممّا سيحد من الانكماش أثناء التبريد أو المعالجة. يمكن أن تظهر الشقوق الحرارية في أقسام أرق في غضون أيام قليلة أو في الصب. بالنسبة للأقسام السميكة، قد يستغرق ظهور التشققات وقتًا أطول لأن التبريد يكون تدريجيًا.
يحدث التكسير الحراري عندما يتجاوز إجهاد الشد للخرسانة قوة شدها. بعبارات أكثر أساسية، يمكن أن تؤدي الاختلافات في درجة الحرارة بين لب الخرسانة وسطحها إلى تشققات حرارية. بالإضافة إلى ذلك، عندما يختلط الأسمنت بالماء، يحدث تفاعل كيميائي يسمّى الترطيب، ممّا يولّد الحرارة. في هذه العملية، يتم حجز الحرارة داخل القلب ولا يمكنها الهروب بسرعة كافية. نتيجة لذلك، يستمر اللب في الارتفاع بينما يبرد السطح.
لماذا يعتبر التكسير الحراري مشكلة؟
يزيد التكسير من نفاذية الهيكل، ممّا يسهّل على الماء والهواء والكلوريد اختراق الخرسانة. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تآكل حديد التسليح، وفي الحالات الشديدة يقلّل هذا من متانة وسلامة الهيكل الخرساني بأكمله. لذلك من الضروري مراقبة درجة حرارة خليط الخرسانة ودرجة الحرارة المحيطة ودرجة الحرارة التفاضلية وضبطها بشكل مناسب لتجنّب التصدّع الحراري. هذا يتضمن، شروخ خرائط عشوائية، شقوق رأسية في الجدران (خاصة في قاعدة الجدار)، ومتصدع بشكل منتظم في الحزم.
كيفية التحكّم في حرارة الخرسانة في الطقس البارد لتقليل الشقوق الحرارية:
لضمان اكتساب القوة المناسبة في الهياكل الخرسانية خلال فصل الشتاء، يتم حماية المواضع الخرسانية الجديدة بشكل عام من الطقس البارد باستخدام مصدر خارجي للحرارة. في المواضع الخرسانية الجماعية، على سبيل المثال، غالبًا ما تستخدم البطانيات الواقية لتغطية الخرسانة وتوزيع الحرارة المتولّدة من الخرسانة نفسها. هذا يقلّل من اختلاف التدرّج في درجة الحرارة بين سطح ولب المصب، ممّا يقلل من فرصة حدوث الشقوق الحرارية.
1- نصائح للتحكّم في حرارة الخرسانة في الطقس البارد لتقليل الشقوق الحرارية:
- تحسين مزيج الخرسانة الخاص: استخدام الأسمنت منخفض الحرارة، بدائل مجمعة مثل الرماد المتطاير أو الحجر الجيري أو الخبث، والمواد منخفضة الماء إلى الأسمنت كلها طرق جيدة لتحسين مزيج الخرسانة الخاص للاحتفاظ بالحرارة في الطقس البارد.
- استخدام العزل: مثل بطانيات التسخين، يتيح ذلك التحكّم في الفروق في درجات الحرارة بين قلب اللوح وسطحه.
- تبريد الخرسانة قبل صبها: يمكن القيام بذلك باستخدام الماء المبرّد أو الثلج المجروش أو المقطّع أو النيتروجين السائل.
- تبريد الخرسانة بعد صبها: استخدم أنابيب تبريد مدمجة غير قابلة للتآكل قبل صب الخرسانة. هذا يزيل الحرارة عن طريق تدوير الماء البارد من مصدر قريب.
2- أخطاء شائعة يجب تجنبها أثناء صب الخرسانة في الطقس البارد:
1-طرق مراقبة درجة حرارة الخرسانة:
لكي تحدث هذه التقنيات فرقًا ذا قيمة، يجب أن تكون قادرًا على مراقبة درجات الحرارة المتغيرة للهيكل الخرساني والإبلاغ عنها. تستخدم الأنظمة السلكية تقليديًا، مثل المزدوجات الحرارية وأجهزة قطع الأشجار. ومع ذلك، في معظم هذه الأنظمة، تبرز الأسلاك من الخرسانة وتحتاج إلى الحماية من التلف في الموقع. قد تتعرّض مسجلات البيانات المتّصلة بنهايات المزدوجات الحرارية أيضًا إلى خلل في درجات الحرارة المنخفضة جدًا.
علاوة على ذلك، تصبح عملية التثبيت اليدوي لِهذه الأنواع من أجهزة الاستشعار، إلى جانب عملية جمع البيانات التي تستغرق وقتًا طويلاً، أكثر صعوبة في ظروف الطقس البارد. وبشكل أكثر تحديدًا، عند استخدام البطانيات الحرارية، يكون رفعها وإيجاد نهاية كابلات درجة الحرارة لجمع البيانات تحديًا. إنّ معالجة الخرسانة في الطقس البارد أمر مكلف بسبب تأجير المعدات، مثل البطانيات وعناصر التسخين، فضلاً عن العمالة المطلوبة لتشغيل أنظمة التدفئة هذه.
يمكن أن يوفر الاستثمار في منتج مثل مستشعر قوة ودرجة حرارة الخرسانة اللاسلكية لقياس فروقات درجات الحرارة، وهو جهاز استشعار لاسلكي للخرسانة، يوفر وقتًا ومالًا كبيرًا في المشروع. يتم تضمين هذه المستشعرات اللاسلكية في القوالب (المرفقة على حديد التسليح) للهيكل الخرساني. إنّها توفر بيانات في الوقت الحقيقي عن درجة الحرارة والقوة خلال جميع مراحل عملية المعالجة، من سن مبكرة إلى أن تتصلّب.
يتم تحميل هذه القياسات مباشرة على تطبيق (SmartRock) المجاني، حيث يمكن تنزيلها ومشاركتها مع أي عضو في الفريق. من هناك، يمكنك عرض قيم درجة الحرارة الدنيا والقصوى وتتبع سجل درجة الحرارة وقوة الصب. واحدة من أكبر مزايا مستشعر قوة ودرجة حرارة الخرسانة هي أنها لاسلكية تمامًا. هذا يعني أنك لم تعد بحاجة إلى مسجل بيانات منفصل مكلف. علاوة على ذلك، لا داعي للقلق بشأن جميع المضاعفات المكلفة التي يمكن أن تحدث مع الأنظمة السلكية.
إنّ قدرة مستشعر قوة ودرجة حرارة الخرسانة على مراقبة تأثيرات الخرسانة في الموقع ودرجات الحرارة المحيطة تجعل من السهل التحكّم في معالجة الخرسانة وضمان ظروف اكتساب القوة المُثلى. مجهزة بنتائج في الوقت الفعلي، يمكن للمقاولين تحسين عملية التدفئة، وخفض تكاليف الطاقة، وتوفير الوقت في جدول مشاريعهم من خلال معرفة وقت الانتقال إلى عمليات البناء اللاحقة، مثل، إزالة القوالب أو ما بعد الشد.
أسباب أخرى للتشقق الحراري في الخرسانة:
على عكس ما قد تعتقده، يمكن أن يحدث التكسير الحراري بسماكة أقل بكثير من أربعة أقدام. مثال على ذلك هو بلاطة خارجية بسُمك ثمانية بوصات. تتضمن بعض الحالات التي يمكن أن تسبب التشقق الحراري ما يلي:
- نسبة عالية جدًا من الأسمنت البورتلاندي: الخلطات التي تحتوي على كميات كبيرة من الأسمنت البورتلاندي تولّد حرارة أكثر من الخلائط بكميات أقل من الأسمنت البورتلاندي. تنتج الخلطات التي تتضمن استبدال بعض الأسمنت البورتلاندي برماد متطاير أو أسمنت خبث حرارة منخفضة للترطيب.
- الظروف المحيطة: يمكن أن تتسبب درجات حرارة الخرسانة التي تتجاوز درجة حرارة الهواء أو الأرض بأكثر من 35 درجة فهرنهايت في حدوث تكسير حراري.
- درجة حرارة الخرسانة: كلما زادت درجات حرارة الخرسانة عن درجات الحرارة المحيطة، زاد خطر التصدّع الحراري. درجات الحرارة الخرسانية التي تزيد عن 10 درجات فهرنهايت أعلى من درجة الحرارة اليومية المرتفعة أو المنخفضة يمكن أن تسبب مشاكل. كقاعدة عامة، يزداد خطر التكسير الحراري مع زيادة درجة حرارة الخرسانة.
- إضافة الماء الساخن إلى الخرسانة لوضعها في درجة حرارة باردة: غالبًا ما يستخدم منتجو الخرسانة الجاهزة في ظروف الطقس البارد الماء الساخن لخلط الخرسانة من أجل تسريع الإعداد الأولي. يقومون بترتيب درجات حرارة الخرسانة لتكون من 65 إلى 75 درجة فهرنهايت عندما يبدأ التنسيب في موقع العمل. يمكن أن ينتج التكسير الحراري لأن درجات حرارة الهواء أقل من 10 درجات فهرنهايت.
