الخرسانة المسلحة من الخيزران

ما هي الخرسانة المسلّحة من الخيزران؟

يتبع البناء الخرساني المسلح من الخيزران نفس التصميم ونسب المزيج وتقنيات البناء المستخدمة في الفولاذ المقوى. يتم استبدال التسليح الفولاذي فقط بتقوية الخيزران. سيتم مناقشة خصائص تقوية الخيزران وخلط نسبة الخرسانة وتقنية التصميم والبناء مع الخرسانة المسلّحة من الخيزران في هذه المقالة. تم استخدام الخيزران لبناء الملاجئ من وقت سابق. استخدم الخيزران في أعمال السقالات وأعمدة دعم القوالب والعديد من أعمال تشييد المباني.

وهذه تقتصر على المشاريع المتوسطة والكبيرة. على الرغم من وجود الخيزران منذ قرون، فإنّ الخيزران كمادة تقوية هو ابتكار في مجال البناء الهندسي. استند هذا الابتكار إلى دراسة كليمسون التي أجريت في كلية كليمسون الزراعية. الخيزران مادة قابلة للتحلّل البيولوجي ومتجددة بطبيعتها. إنّها موفرة للطاقة لأنها من أصل طبيعي ومستدامة بيئيًا بطبيعتها. أجبرت هذه الخصائص على استخدام هذا في مجال البناء لعدة قرون.

غالبًا ما تم اقتراح استخدام القصبة الكاملة ذات القطر الصغير (القضبان) من الخيزران المقسّم (المعروف أيضًا باسم الجبائر أو الشرائط الدائرية) كبديل لحديد التسليح المكلف نسبيًا في الخرسانة المسلّحة. عادةً ما يكون الدافع وراء هذا الاستبدال هو التكلفة، حيث يتوفر الخيزران بسهولة في العديد من المواقع الاستوائية وشبه الاستوائية، في حين أن حديد التسليح أغلى نسبيًا. ومؤخرًا، هو الدافع لإيجاد بدائل أكثر استدامة في صناعة البناء.

تتناول هذه المقالة الخرسانة المسلّحة بالخيزران وتقييم أدائها الإنشائي والبيئي كبديل للخرسانة المسلّحة بالفولاذ. يتم استخدام نموذج أوّلي لإطار بوابة ثلاثة خليج، والذي لن يكون غير شائع في مناطق العالم حيث يمكن النظر في الخرسانة المسلحة بالخيزران، لتوضيح تصميم الخرسانة المسلّحة من الخيزران وكأساس لتقييم دورة الحياة لنفسه.

أهمية خرسانة الخيزران المسلّحة:

حديد التسليح كمادة تقوية هو طلب يتزايد يوما بعد يوم في معظم البلدان النامية. هناك حالات لا يوجد فيها الإنتاج بما يكفي لمواجهة الطلب على الفولاذ. ومن ثم فمن الضروري أن يكون لديك بديل يستحق مقارنة بالصلب. تم العثور على الخيزران بكثرة، فهي مرنة وبالتالي يمكن أن تواجه الطلب كمادة تقوية وتصبح بديلاً مثاليًا لحديد التسليح.

تعتبر خاصية مقاومة الشد التي تُعّد المطلب الرئيسي لمادة التسليح ملحوظة بالنسبة للخيزران، مقارنة بالمواد الأخرى بما في ذلك الفولاذ. يعطي هيكل الخيزران من أصله هذه الخاصية. يتميز الهيكل الأنبوبي المجوف بمقاومة عالية ضد قوى الرياح عندما يكون في موطن طبيعي. سيكون العمل على نقاط ضعف الخيزران وإيجاد ابتكار من الخيزران كبديل هيكلي للحديد، بديلاً رائعًا.

الخيزران كتعزيز للبناء الخرساني:

يجب أن تظهر المواد المستخدمة كتعزيز في الخرسانة جميع الخصائص الأساسية لجعل العنصر نشطًا هيكليًا تحت الحمل. في حالة الفولاذ، يتم القيام بتصنيع الفولاذ إلى النسبة المرغوبة ونختبر قيم القوة الأساسية كفحص الجودة. وبالمثل، يجب أن تتم العملية للخيزران أيضًا. تم العثور على الخيزران في الطبيعة، في أنواع مختلفة. يختلف كل نوع في خصائصه وملمسه وسُمكه وقوته. ومن ثم فمن الضروري معرفة أي الأنواع هو الأفضل للتعزيز وأيها ليس كذلك.

اختيار الخيزران لبناء الخرسانة المسلّحة:

يمكن اختيار الخيزران لِلتعزيز بناءً على العوامل التالية:

1. اللون والعمر للخيزران: استخدم الخيزران الذي له لون بني واضح. هذا يدل على أن عمر الخيزران لا يقل عن 3 سنوات.
   
2. قُطر الخيزران المستخدم: يتم استخدام الخيزران الواحد ذو القصبات الكبيرة الطويلة.
   
3. حصاد الخيزران: يجب المحاولة لتجنّب الخيزران الذي يتم قطعه إمّا خلال مواسم الربيع أو الصيف.
   
4. أنواع الخيزران المستخدم: من بين 1500 نوع من الخيزران، يجب فحص أفضل الأنواع واختبارها لتلبية المتطلّبات كمادة تقوية.
   

الخواص المادية للخيزران للخرسانة المسلّحة:

الخيزران في أصله مادة تقويمية. لديها ألياف داخلها. يكتسب قوة عالية على طول الألياف وقوة منخفضة في الاتجاه العرضي. يحتوي الخيزران على هيكل من مادة مركّبة بألياف السليلوز المحاذاة عبر الطول. يحتوي على ألياف سميكة عالية بالقرب من الطول الخارجي للخيزران، وهذا هو السبب الرئيسي لمقاومتها لقوى الرياح الهائلة.

1- خاصية امتصاص الماء من الخيزران في الخرسانة المسلّحة:

المطلب الرئيسي للخيزران عند استخدامه في التعزيز هو القلق بشأن امتصاص الماء. تمت دراسة قدرة امتصاص الماء في أنواع مختلفة. من بينها نوع خيزران (Dendrocalamus giganteus)، المعروف باسم (DG) ونوع خيزران (Bambusa vulgaris hard) المعروف باسم (BVS)، هي التي تمتص كمية أقل من الماء. يمكن أيضًا تقليل معدل امتصاص الماء من خلال معالجة معينة.

لزيادة فعاليته في عدم النفاذية، تم إجراء علاج معين. يجب أن تراعي مادة العلاج المدمجة في مادة الخيزران ثلاثة عوامل أساسية:

1. خاصية التصاق المواد تجاه الخيزران والخرسانة.
   
2. تشكيل سطح خشن على الخيزران من أجل الترابط المثالي.
   
3. خاصية مقاومة الماء لمادة المعالجة.
   

2- قوة الخيزران نحو الترابط مع الخرسانة المسلّحة:

كما في حالة حديد التسليح مع وجود أضلاع فيه، ممّا يسهل الترابط المناسب مع الخرسانة، يجب أن يكون الخيزران أيضًا ملتصقًا جيدًا بالخرسانة. تعتمد قوة الترابط على هذه الخاصية اللاصقة للأسمنت وقوى الضغط التي تتشكّل على سطح قضبان التسليح.

يؤثر الخيزران غير المعالج على قوة الترابط بالطريقة التالية:

1. دفع الخرسانة بعيدًا عن طريق انتفاخ مادة الخيزران.
   
2. عن طريق تكوين فراغات داخل الخرسانة.
   
3. عن طريق تكوين الشقوق كمنتجات لتشكيل الفراغ.
   

3- متانة مادة الخيزران في الخرسانة المسلّحة:

إنّ خاصية كونه منتجًا طبيعيًا تجعله أكثر تعرّضًا للعوامل البيئية والحشرات. كما يعتبر هذا علاج ضد الخضوع لعلاج الخيزران. تتيح عملية المعالجة معالجة محتوى الرطوبة والنشا بداخله، وهو السبب الرئيسي لجذب الحشرات. العلاج فعّال فقط إذا كان الخيزران المختار صحيحًا. كما ذكر في اختيار الخيزران.

يمكن أن يتم علاج الخيزران عن طريق:

1. العلاج الفوري.
   
2. عملية الغمر.
   
3. عن طريق التسخين.
   
4. علاج الدخان.
   

يجب أن يتم العلاج عندما يكون الخيزران في حالة جافة بحيث يتم الاختراق بالطريقة الصحيحة. يجب ألّا يكون للمعالجة الحافظة التي تتم على الخيزران للعناية بعامل المتانة أي تأثير على التركيب الكيميائي. يجب أن يستمر العلاج نفسه، دون غسله تحت ظروف المياه العالية إن وجدت.

المَتانة هي مصدر قلق كبير لمادة الخيزران. تم العثور على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للخيزران عالية مع محتوى منخفض من الرطوبة داخلها. هذا المحتوى المنخفض سيبقي العفن بعيدًا في الخيزران. تم العثور على تقوية الخيزران أكثر متانة من الفولاذ إذا خضع للعلاجات المناسبة.

مبادئ تصميم الخرسانة المسلحة من الخيزران:

يشبه تصميم الخرسانة المسلّحة من الخيزران تصميم الخرسانة المسلحة بالفولاذ. يمكن افتراض الخواص الميكانيكية لتقوية الخيزران لاستخدامها في التصميم كما هو موضح في الجدول أدناه.

الجدول1: الخصائص الميكانيكية لتقوية الخيزران.

يمكن استخدام إجراءات وَمعادلات تصميم الخرسانة المسلّحة بِالفولاذ لتصميم الخرسانة المسلّحة بالخيزران باستخدام الخواص الميكانيكية لتقوية الخيزران بدلاً من حديد التسليح في الحساب. يطوّر الخيزران في أعضاء الانحناء مثل العوارض والألواح بعض التشققات تحت أحمال الخدمة العادية نظرًا لانخفاض معامل المرونة.

إذا كانت هذه التشققات في الخيزران غير مقبولة بالنسبة للأعضاء الهيكلية، فيمكن عندئذٍ تنفيذ التصميم الهيكلي، ثم تكون التصميمات أو التصاميم المقوّاة بالفولاذ مطلوبة على أساس أقسام غير مدعمة. الترابط بين الخرسانة والخيزران كتعزيز ضروري للتصميم. يوفّر الخيزران المقسّم ترابطًا أفضل مع الخرسانة من القصبات الكاملة عند استخدامه كتعزيز. يجب تقسيم الخيزران وتوفيره في طبقات تقوية أكثر إحكاما لتحسين الترابط مع الخرسانة.

نِسب الخلطة الخرسانية للخرسانة المسلّحة بالخيزران:

تلعب نسبة الماء إلى الأسمنت دورًا مهمًا في قوة ومتانة الخرسانة المسلّحة. يُعتبر الخيزران مادة بناء طبيعية لها خاصية امتصاص الماء كما تمت مناقشته سابقًا. يتسبب امتصاص الماء في تورم الخيزران. وبالتالي، يجب أن تكون نسبة الخلط الخرساني للخرسانة المسلّحة المصنوعة من خشب البامبو منخفضة قدر الإمكان. يجب أيضًا مراعاة استخدام الخرسانة مع الأسمنت عالي القوة لتقليل التشقّقات الناتجة عن تورم الخيزران.

يمكن أن يكون تصميم مزيج الخرسانة وفقًا لمتطلّبات القوة للهيكل، وفقًا للتصميم الإنشائي. نظرًا لأن استخدام التعزيز ليس له أي تأثير على متطلّبات قوة الضغط للخرسانة، فإنّ نسبة مزيج الخرسانة المسلّحة من الخيزران يمكن أن تكون مماثلة لتصميم مزيج الخرسانة المسلّحة بالفولاذ.

بناء الخرسانة المسلّحة من الخيزران:

يمكن استخدام الطرق المستخدمة في بناء الخرسانة المسلّحة بالفولاذ في الخرسانة المسلّحة من الخيزران. إنّه مجرد استبدال للجزء الصلب لتقوية الخيزران. تظل جميع العمليات الأخرى لبناء الخرسانة المسلّحة من الخيزران كما هي في البناء الخرساني التقليدي.