الخرسانة المقاومة للحرارة

ما هي الخرسانة المقاومة للحرارة؟

كما يدل اسمها، فإنّ الخرسانة المقاومة للحرارة هي الخرسانة التي يمكنها مقاومة درجات الحرارة العالية. المكون الرئيسي المستخدم في صنع الخرسانة المقاومة للصهر هو الأسمنت عالي الألومينا أو أسمنت ألومينات الكالسيوم. عندما يخضع أسمنت الألومينا المرتفع إلى درجة حرارة عالية، سيواجهون قدرًا ضئيلًا من التمدد ولكن سيكون لديه قوة كبيرة لتحمل الحمل المعتاد. سيتم استكشاف كيفية معالجة التنسيب وتطبيقات مقاومة الحرارة والخرسانة المقاومة للحرارة في الأقسام التالية.

الخرسانة قادرة على الاحتفاظ بخصائصها الفيزيائية الميكانيكية ضمن حدود محددة سلفا أثناء التعرّض الطويل لدرجات حرارة عالية. تشمل الروابط المستخدمة في الخرسانة المقاومة للصهر الأسمنت البورتلاندي، أسمنت بورتلاند الخبث، عالية الألومينا أو الأسمنت البريكلاز، المياه وسندات الفوسفات. يتم إضافة الإضافات المقسمة بدقة إلى المجلدات في كثير من الحالات. تستخدم الصخور المكسرة المقاومة للحرارة ورقائق المنتجات المقاومة للحرارة وبعض المواد الأخرى كمواد مالئة.

الركام الأكثر استخدامًا للخرسانة المقاومة للحرارة هو الركام المسحوق باستخدام أسمنت الألومينا. في بعض الأحيان يمكن تسمية هذه الركام على أنها مجموع حراري. هذه الخرسانة لديها القدرة على مقاومة درجات الحرارة حتى 1400 درجة مئوية. تتميز الخرسانة المقاومة للحرارة أو الخرسانة المقاومة للصهر بخصائص التعامل مع درجات الحرارة القصوى. في هذه المقالة سيتم مناقشة تركيب وتطبيقات الخرسانة المقاومة للحرارة.

ما هي أنواع الخرسانة المقاومة للحرارة؟

هناك نوعان من الخرسانة المقاومة للحرارة، الأول هو الخرسانة المقاومة للحرارة بدرجة عالية والثاني هو الخرسانة المقاومة للحرارة منخفضة الدرجة. يمكن للخرسانة الحرارية عالية الجودة مقاومة درجات الحرارة العالية أو مقاومة الحرارة العالية ضد الأسطح الساخنة، ويمكن استخدام هذا النوع من الخرسانة المقاومة للصهر لتركيبات الوجوه الساخنة. أدوات الوجه الساخن هي أيّ مادة تتعرّض للهجوم المباشر من الحرارة. من أمثلة أدوات الوجه الساخن موقد الغاز وحرائق الخشب وما إلى ذلك. النوع الثاني من الخرسانة المقاومة للحرارة هو الخرسانة المقاومة للحرارة منخفضة الدرجة ويمكن استخدامها للهجوم على ظروف الحرارة المنخفضة.

المكونات المستخدمة في صناعة الأسمنت الحراري؟

1. الركام الحراري (سحق الرمال من النهر).
   
2. أسمنت حراري (أسمنت ألومينات الكالسيوم).
   
3. الماء.
   
4. الجير (CaO).
   

تركيب الخرسانة المقاومة للحرارة:

سيتم مناقشة التفاصيل التالية حول الخرسانة المقاومة للحرارة:

1. وضع الخرسانة المقاومة للحرارة أو الخرسانة المقاومة للحرارة والضغط.
   
2. معالجة الخرسانة المقاومة للحرارة.
   
3. تجفيف وإطلاق الخرسانة المقاومة للحرارة.
   
4. التعزيز في الخرسانة المقاومة للحرارة أو الخرسانة المقاومة للحرارة.
   
5. الانكماش والتمدد الحراري للخرسانة المقاومة للحرارة.
   
6. القوة بعد اطلاق النار.
   

1- وضع ودمك الخرسانة المقاومة للحرارة:

أهمية كبيرة. مثل الخرسانة العادية، يتم وضع الخرسانة المقاومة للحرارة والصهر ومعالجتها، ولا يلزم وجود أداة محددة أو مهارات خاصة. فيما يتعلّق بالقوالب، يتم استخدام المواد القياسية وعند استخدام عناصر مسبقة الصب، يجب مراعاة الأبعاد بعناية. إذا لم يتم الوصول إلى الموقع بسهولة ولا يمكن وضعه بشكل طبيعي، فسيتم النظر في التطبيق عن طريق إطلاق النار ويتم إجراؤه بواسطة مقاولين مهرة بشكل خاص.

2- معالجة الخرسانة المقاومة للحرارة:

الهدف الرئيسي من معالجة الخرسانة هو الحفاظ على رطوبة الخرسانة ومواصلة تفاعل الماء للخرسانة للحصول على القوة الكافية. إنّ المعالجة غير الكافية لن تؤدي فقط إلى سطح خرساني مغبر وقابل للتفتت فحسب، بل تؤدي أيضًا إلى فشل الخرسانة تحت أحمال الخدمة. لذلك، فإنّ معالجة الخرسانة القائمة على أسمنت وألومنيوم الكالسيوم (CAC) أمر بالغ الأهمية. إنّ معالجة الخرسانة المقاومة للحرارة مشابه للخرسانة التقليدية ولكن يجب أن يبدأ علاج الخرسانة بألومنيوم الكالسيوم في غضون 3-4 ساعات بعد التنسيب بسبب التصلّب السريع وتطور الحرارة الكبير.

3- تجفيف وإشعال الخرسانة المقاومة للحرارة:

بعد الانتهاء من معالجة الخرسانة، سيكون هناك كمية كبيرة من الماء الحر في الخرسانة. ما لم يتم طرد هذه المياه الحرة، لا يمكن تجنّب تشظّي الخرسانة عند تعرّض الخرسانة للنار. قبل تعريض الخرسانة للحريق، يُنصح بإزالة أكبر قدر ممكن من الماء الحر عن طريق التجفيف المدفوع عند 100 درجة مئوية أو التجفيف الطبيعي وإذا تجاوزت درجة التسخين 100 درجة مئوية حتى 350 درجة مئوية، يتم التخلّص من ماء الأسمنت المائي.

من المهم جدًا تطبيق التسخين بعناية ويستند مستوى تطبيق الحرارة إلى عدد من العوامل مثل السماكة ونوع الخرسانة والغرض الذي تم إنشاء المشروع من أجله. تشتمل طائرة تسخين الخرسانة النموذجية على تسخين الخرسانة لمدة ست ساعات عند درجة حرارة لا تقل عن 50 درجة مئوية حتى 500 درجة مئوية، ثم يتم زيادتها للوصول إلى درجة حرارة الخدمة.

هناك حالات لا يكون فيها تجفيف الخرسانة سهلاً ولا يمكن إجراؤه بشكل صحيح، على سبيل المثال، عندما يكون سُمك الخرسانة أكبر من 500 مم. لذلك، يوصى بإنشاء ممر مناسب لإطلاق بخار الماء. يمكن تحقيق ذلك عن طريق زيادة مسامية الخرسانة من خلال إضافة الألياف العضوية أو الركام المسامي. لا يسمح بالتسخين إلّا إذا سُمِح للخرسانة بالتبليل الكامل في حالات معينة، على سبيل المثال، التخزين الخارجي خلال فترة الشتاء.

4- التعزيز في الخرسانة المقاومة للحرارة:

إذا كانت القضبان الفولاذية مدمجة في الخرسانة المقاومة للحرارة والتي تتعرّض لدرجة حرارة عالية، فإنّ الاهتمام الدقيق بتطبيق التسليح أمر لا بد منه. لا تؤدي درجة الحرارة المرتفعة فقط إلى انخفاض في الرابطة الخرسانية الفولاذية وربما الذوبان في درجات حرارة شديدة، ولكنها يمكن أن تُسبّب أيضًا تشقق الخرسانة والتأثير على خصائص الفولاذ. وتجدر الإشارة إلى أن الرابطة بين الخرسانة والحديد تنخفض عند درجة حرارة 300 درجة مئوية، وإذا زادت درجة حرارة، تبدأ الخرسانة في التشقق وتكوين التشققات.

في درجات الحرارة المرتفعة، يمكن أن يفقد حديد التسليح وظيفته ولن يعود وجود الفولاذ في الخرسانة مفيدًا. تتضمن التوصية المتعلّقة بالمشكلة المذكورة وضع الفولاذ بعيدًا عن السطح المسخن للخرسانة ويجب عدم تسخين حديد التسليح بدرجة حرارة تزيد عن 300 درجة مئوية. من الممكن استخدام التعزيزات الخاصة، على سبيل المثال الفولاذ الطري والألياف الفولاذية في عدد من الحالات مثل المناطق الصناعية الثقيلة. هذا الأخير لديه القدرة على تحمل درجة حرارة أكبر مقارنة بالأولى.

5- الانكماش والتمدد الحراري للخرسانة المقاومة للحرارة:

يتم تطوير التشققات بشكل شائع عندما تتعرّض الخرسانة المقاومة للحرارة للحريق بسبب الانكماش الناجم عن فقدان الماء. لا يقتصر الأمر على احتمال إغلاق هذه الشقوق في عمر الخدمة فحسب، بل لا يمكنها أيضًا أن تخلق مشاكل إذا لم يُسمح لمواد النفايات بدخول الشقوق، وإلّا فإنّ عرض الشقوق سيزداد عند تسخين الخرسانة مرة أخرى.

6- قوة الخرسانة المقاومة للحرارة بعد الحرق:

قبل الحرق، تبدأ المصبوبات العادية، التي تحتوي على حوالي 15-25% من الإسمنت من حيث الوزن، في التصلّب بعد 3-4 ساعات من صب الخرسانة وتحقق مُعظم قوتها بعد يوم واحد. عندما تتعرّض الخرسانة للتسخين، يرتبط تطور قوتها بالمياه المجمعة والحرة وعندما تزداد درجة الحرارة بشكل أكبر، فإنّ التغيرات في القوة ستكون مرتبطة بالتفاعل بين أسمنت وألومنيوم الكالسيوم والركام. عندما يتم تسخين الخرسانة المصبوبة إلى حوالي 500 درجة مئوية، تَقلّ الرابطة الهيدروليكية وهذا يؤدي إلى انخفاض قوة الخرسانة.

عندما تتجاوز درجة التسخين 500 درجة مئوية، يتم تشكيل الرابطة الخزفية، التي تعتمد على الأسمنت ونوع الركام، بين الركام والأسمنت في هذه المرحلة. زاد عرض الخرسانة من القوة أثناء اختبارها التبريد ولكنها أظهرت قوة منخفضة عند اختبارها قبل التبريد. زادت المعروضات الخرسانية المصبوبة من الأسمنت المنخفض القوة في كل من الظروف الساخنة والتبريد. يؤدي هذا النوع من الأسمنت أداءً جيدًا إلى حد كبير عند تعرّضه لدرجة حرارة عالية.

تطبيقات الخرسانة المقاومة للحرارة:

يشمل تطبيق الخرسانة المقاومة للحرارة أو الخرسانة المقاومة للحرارة مناطق التدريب على الحرائق التي قد تشمل مساحات واسعة منبسطة وغرفًا كاملة الحجم أو مبنيين من طابقين وحرائق وسلالم تستخدم أثناء التدريب على الحرائق وأرضيات مسبك ومداخن منزلية ومدافئ ومداخن. فيما يتعلّق بمنطقة التدريب على الحرائق، فبالإضافة إلى تعريض الخرسانة للحريق، فإنّ تشكيل المواد الكيميائية نتيجة احتراق المواد المستخدمة لإحداث حريق، أمر ممكن للغاية وهذه المواد تهاجم الخرسانة في المنطقة.

فيما يتعلّق بأرضيات المسبك، فهي نوع من الهياكل التي يمكن أن تتعرّض للتدفئة المستمرة والصدمات الحرارية بالإضافة إلى التآكل والتأثيرات. لذلك، يجب استخدام الخرسانة التي لا تتحمّل درجات الحرارة العالية فحسب، بل أيضًا التأثيرات والتآكل. على سبيل المثال، تَتحدّ الخرسانة الأسمنتية المصنوعة من الألومنيوم والكالسيوم مع ركام ألومينات الكالسيوم الصناعي. عادة ما تتعرّض المداخن للتسخين ولعدوان كيميائي محتمل بسبب وجود الحمض في المداخن.

مزايا الخرسانة المقاومة للحرارة:

من أهم مزايا الخرسانة الحرارية هي:

1. لديهم مقاومة عالية للتمدد الحراري والانكماش.
   
2. لا فقدان القوة بعد اطلاق النار.