الخرسانة خفيفة الوزن

ما هي الخرسانة خفيفة الوزن؟

يتكون خليط الخرسانة خفيفة الوزن من ركام خشن خفيف الوزن وأحيانًا قد يكون جزء منها عبارةة ركام دقيق بالكامل خفيف الوزن بدلاً من الركام الطبيعي. تتميز الخرسانة الهيكلية خفيفة الوزن بكثافة في مكانها (وزن الوحدة) في حدود 90 إلى 115 رطلل لكل قدم مكعب. الخرسانة العادية ذات الكثافة تتراوح بين 140 إلى 150 رطل لكل قدم مكعب وللتطبيقات الهيكلية يجب أن تكون قوة الخرسانة أكبر من 2500 رطل لكل بوصة مربعة (17.0 ميجا باسكال).

عادة ما يكون الركام الخفيف المستخدم في الخرسانة الهيكلية خفيفة الوزن عبارة عن مواد صخرية أو طينية أو صخرية موسعة تم إطلاقها في فرن دوار لتطوير هيكل مسامي. كما يتم استخدام مُنتجات أخرى مثل خبث الفرن العالي المبرد بالهواء. ويوجد هناك فئات أخرى من الخرسانة خفيفة الوزن غير الهيكلية بكثافة أقل مصنوعة من مواد مجمعة أخرى وفراغات هواء أعلى في مصفوفة معجون الإسمنت.

تصنيف الخرسانة خفيفة الوزن:

من الملائم تصنيف أنواع مختلفة من الخرسانة خفيفة الوزن حسب طريقة إنتاجها. ومن طرق التنصنيف هي استخدام ركام خفيف الوزن يسهل اختراقه وذو جاذبية محددة منخفضة، أيّ أقل من 2.6 ويُعرف هذا النوع من الخرسانة باسم الخرسانة المجمعة خفيفة الوزن. أيضاً من خلال إدخال فراغات كبيرة داخل كتلة الخرسانة أو الهاون ويجب تمييز هذه الفراغات بوضوح عن الفراغات الدقيقة للغاية الناتجة عن احتجاز الهواء. هذه الأنواع من الخرسانة تُعرف بشكل مختلف باسم الخرسانة الخلوية أو الرغوية أو الغازية.

ويجب ألّا ننسى بحذف الركام الناعم من المزيج بحيث يوجد عدد كبير من الفراغات البينية، حيث يستخدم الركام الخشن العادي بالوزن. يمكن أيضًا تصنيف الخرسانة خفيفة الوزن وفقًا للغرض الذي سيتم استخدامه من أجله. يمكنه التمييز بين الخرسانة الهيكلية خفيفة الوزن والخرسانة المستخدمة في وحدات البناء والخرسانة العازلة.

أنواع الخرسانة الخفيفة الوزن:

1- الخرسانة الجاهزة خفيفة الوزن:

في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي، تم قبول استخدام الكتل الخرسانية خفيفة الوزن في المملكة المتحدة للأوراق الداخلية الحاملة لجدران التجويف. بعد ذلك بفترة وجيزة، أدّى تطوير وإنتاج أنواع جديدة من الخرسانة الخفيفة الوزن الاصطناعي (الركام الخفيف) إلى جعل إدخال الخرسانة الخفيفة الوزن ذو قوة عالية مناسبًا للأعمال الإنشائية.

2- الخرسانة الخلوية:

الخرسانة الخلوية لديها أقل كثافة وَتوصيل حراري وقوة. مثل الأخشاب يمكن نشرها، ثملها وتثبيتها ولكن هناك مواد غير قابلة للاحتراق. بالنسبة للأعمال في الموقع، فإنَّ الطرق المعتادة للتهوية هي عن طريق خلط الرغوة المستقرة أو عن طريق إدخال الهواء بمساعدة عامل محبس للهواء وعادة ما يتم تصنيع المنتجات سابقة الصب بإضافة حوالي 0.2 في المائة من مسحوق الألمنيوم إلى الخليط الذي يتفاعل مع المواد القلوية في الموثق الذي يشكل فقاعات الهيدروجين.

تُستخدم الخرسانة الخلوية المعالجة بالهواء حيث تكون هناك حاجة إلى قوة قليلة، على سبيل المثال قدد التسوية وتأخر الأنابيب. يعتمد تطوير القوة الكاملة على تفاعل الجير مع الركام السليكي وبالنسبة للكثافات المتساوية، تبلغ قوة الخرسانة المعالجة بالبخار عالية الضغط حوالي ضعف قوة الخرسانة المعالجة بالهواء، والانكماش هو فقط ثلث أو أقل.

الخرسانة الخلوية هي مادة خلوية خفيفة الوزن تتكوّن من الإسمنت والجير والرمل أو مواد سيليزية أخرى. يتم تصنيعه إما عن طريق عملية فيزيائية أو كيميائية يتم خلالها إدخال الهواء أو الغاز في ملاط​، والذي لا يحتوي بشكل عام على مادة خشنة. عادة ما يتم معالجة الخرسانة الخلوية المستخدمة كمواد هيكلية بالبخار عالي الضغط. وبالتالي فهي مصنوعة في المصنع ومتاحة للمستخدم في الوحدات الجاهزة فقط للأرضيات والجدران والأسقف ويتم تصنيع كُتَل وضع الملاط أو الغراء دون أيّ تعزيز.

3- الخرسانة الخالية من الغرامات:

مُصطلح الخرسانة الخالية من الغرامات يعني بشكل عام الخرسانة المكونة من الإسمنت والركام الخشن فقط فيجب أن يمر 95 في المائة على الأقل من منخل رقم 20، وليس أكثر من 10 في المائة يجب أن يمر غربال رقم 10 ولا يجب أن يمر أيّ شيء من غربال رقم 5 والمنتج الذي تم تشكيله به العديد من الفراغات الموزعة بشكل موحد طوال كتلته.

كما ويتم استخدام الخرسانة الخالية من الغرامات بشكل أساسي لتحمل الحمل والجدار الخارجي والداخلي المصبوب في الموقع والجدار غير الحامل وتعبئة الأرضية للأرضيات الصلبة. تم إدخال الخرسانة الخالية من الغرامات إلى المملكة المتحدة في عام 1923، عندما تم بناء 50 منزلاً في أدنبره وتبعتها بعد ذلك ببضع سنوات 800 في ليفربول ومانشستر ولندن.

غالبًا ما يتم صب الخرسانة الخالية من الغرامات في الموقع تقريبًا بشكل رئيسي كجدران حاملة للحمل وغير حاملة بما في ذلك جدران الحشو، في الهياكل ذات الإطارات ولكن في بعض الأحيان كملء أسفل الأرضيات الصلبة والجدران المموجة. وبالتالي فإنَّ الخرسانة الخالية من الغرامات هي تكتل من جزيئات الركام الخشنة، كل منها مُحاط بطبقة من عجينة إسمنتية يصل سمكها إلى حوالي 1 مم. لذلك توجد مسام كبيرة داخل جسم الخرسانة مسؤولة عن قوتها المنخفضة، لكن حجمها الكبير يعني أنه لا يمكن أن تحدث حركة شعرية للماء.

على الرغم من أن قوة الخرسانة الخالية من الغرامات أقل بكثير من الخرسانة ذات الوزن العادي، إلا أن هذه القوة إلى جانب انخفاض حمل الهيكل، كافية في المباني التي يصل ارتفاعها إلى حوالي 20 طابقًا وفي العديد من التطبيقات الأخرى.

4- الخرسانة المنخفضة الكثافة:

هؤلاء يعملون بشكل رئيسي لأغراض العزل. مع انخفاض وزن الوحدة ونادرًا ما تتجاوز 800 كجم لكل متر مكعب، تكون قيمة العزل الحراري عالية وقوة الضغط منخفضة من حوالي 0.69 إلى 6.89 نيوتن لكل ملم متر مربع.

5- الخرسانة المعتدلة الكثافة:

يتطلب استخدام هذه الخرسانة درجة عادلة من قوة الضغط وبالتالي فهي تقع في منتصف الطريق تقريبًا بين الخرسانة الهيكلية والمنخفضة الكثافة. يتم تصميم هذه في بعض الأحيان على أنها تعبئة ملموسة. تتراوح قوة الانضغاط تقريبًا من 6.89 إلى 17.24 نيوتن لكل ملم متر مربع وقيم العزل متوسطة.

6- الخرسانة الإنشائية:

تحتوي الخرسانة ذات الكفاءة الهيكلية الكاملة على الركام الذي يقع على الطرف الآخر من المقياس والمصنوع بشكل عام من الصخر الزيتي والطين والحجر والخبث والرماد المتطاير. مقاومة الضغط الدنيا 17.24 نيوتن لكل ملم متر مربع.

مُعظم الخرسانة الخفيفة الوزن الهيكلية قادرة على إنتاج الخرسانة مع قوة ضغط تزيد عن 34.47 نيوتن ملم متر مربع، ونظرًا لأن وزن وحدة الخرسانة الخفيفة الوزن الهيكلية أكبر بكثير من وزن الخرسانة منخفضة الكثافة، فإنّ كفاءة العزل أقل.

استخدامات الخرسانة خفيفة الوزن:

• قِدَد التسوية والسمك للأغراض العامة خاصة عندما تكون قشرة التسوية هذه سميكة وثقل أسطح الأرضيات والأعضاء الهيكلية الأخرى.
  
• قِدَد التسوية والجدران حيث يجب تثبيت الأخشاب عن طريق التسمير.
  
• صب الفولاذ الهيكلي لحمايته من الحريق والتآكل أو كغطاء للأغراض المعمارية.
  
• العزل الحراري على الأسطح.
  
• أنابيب المياه العازلة.
  
• بناء جدران التقسيم وجدران الألواح في هياكل الإطار.
  
• تثبيت الطوب لتلقي المسامير من النجارة وبشكل رئيسي في البناء المحلي.
  
• العزل العام للجدران وكما أنها تُستخدم للخرسانة المسلّحة.
  

مزايا الخرسانة خفيفة الوزن:

يسمح تقليل الحِمل الميت للخرسانة الرطبة بسكب فترة أطول دون مسند، وهذا يوفر وقت العمل والدائرة لكل طابق، الحد من الحِمل الميت ومعدلات بناء أسرع وخفض تكاليف النقل والمناولة، في بعض الأحيان، جعل استخدام الخرسانة خفيفة الوزن من المُمكن المُضي قُدُمًا في التصميم الذي كان سيتم التخلي عنه بسبب الوزن الزائد. في هياكل الإطار، يمكن تحقيق وفورات كبيرة في التكلفة باستخدام الخرسانة الخفيفة الوزن لأرضيات البناء والتقسيم والكسوة الخارجية.

مُعظم مواد البناء مثل الطوب الطيني، حمولة النقل ليست محدودة بالحجم ولكن بالوزن. ومع حاويات تصميم مناسبة يمكن أن تنقل كميات أكبر بكثير من الخرسانة خفيفة الوزن اقتصاديًا، من الخصائص الأقل وضوحًا ولكن على الرغم من أهمية الخرسانة الخفيفة الوزن هي الموصلية الحرارية المنخفضة نسبيًا وهي خاصية تتحسّن مع انخفاض الكثافة في السنوات الأخيرة، مع زيادة تكلفة وندرة مصادر الطاقة لقد تم إيلاء المزيد من الاهتمام سابقًا للحاجة إلى تقليل وقود الاستهلاك مع الحفاظ على وتحسين ظروف المباني.

متانة الخرسانة خفيفة الوزن:

يتم تعريف المتانة على مساعدة المواد على تحمل تأثير بيئتها. في مواد البناء مثل الهجوم الكيميائي والضغط الجسدي والاعتداء الميكانيكي. الهجوم الكيميائي هو إجمالي المياه الجوفية خاصة الكبريتات والهواء الملوث وانسكاب السوائل التفاعلية للخرسانة الخفيفة الوزن وليس له مقاومة. في الواقع، إنَّه يتحرك بشكل عام مسامي من الأسمنت البورتلاندي العادي. لا ينصح باستخدام أدناه دورة رطبة والجوانب الكيميائية للمتانة هي استقرار المادة نفسها، خاصة عند وجود الرطوبة.

الضغوط المادية التي يتعرّض لها الخرسانة الخفيفة الوزن هي في الأساس عمل الصقيع وضغوط الانكماش ودرجة الحرارة. قد يكون الإجهاد ناتجًا عن تقلص تجفيف الخرسانة أو إلى الحركات الحرارية التفاضلية بين المواد المتشابهة، أو إلى ظواهر أخرى ذات طبيعة مشابهة. عادة ما يسبب انكماش الجفاف تشقق الخرسانة الخفيفة الوزن إذا لم يتم اتخاذ الإحتياطات المناسبة.

يمكن أن ينتُج التلف الميكانيكي عن التآكل أو يُؤثّر على التحميل المفرط لأعضاء الانثناء. تُعتبر أخفّ درجات الخرسانة خفيفة الوزن ناعمة نسبيًا بحيث تخضع لبعض التآكل إذا لم تكن محمية لأسباب أخرى عن طريق التقديم.