العوامل المؤثرة على انكماش الجفاف والبلاستيكي في الخرسانة

ما هو الانكماش في الخرسانة؟

تتعرّض الخرسانة لِتغيرات في الحجم سواء ذاتية أو مستحثّة. يُعَد تغيير الحجم أحد أكثر الخصائص الضارة للخرسانة، ممّا يؤثر على القوة ومتانة الخرسانة على المدى الطويل. بالنسبة للمهندس العملي، فإنّ جانب تغيير الحجم في الخرسانة مهم من وجهة نظر أنه يسبب تشققات قبيحة في الخرسانة ويسمّى انكماش الخرسانة. الانكماش الخرساني هو التغيير في الطول لكل وحدة طول، وبالتالي، يتم التعبير عن رقم الأبعاد كنسبة مئوية.

يعتمد الانكماش على الوقت وتشمل أنواعه، انكماش البلاستيك، والانكماش الذاتي، وانكماش الجفاف، وانكماش الكربنة التي يتم قياسها عادةً من حيث الإجهاد الدقيق. سيتم مناقشة تأثير تغير الحجم بسبب الخصائص الحرارية للركام والخرسانة، بسبب التفاعل القلوي والكلي، بسبب عمل الكبريتات وما إلى ذلك، سنناقش أيضًا تغيير الحجم على حساب الخصائص الكامنة في انكماش الخرسانة موانعه. من أكثر العيوب الموجودة في الخرسانة وجود تشققات خاصة في الأرضيات والأرصفة.

يمثل الانكماش تشوهًا يعتمد على الوقت ممّا يقلّل من حجم الخرسانة دون تأثير القوى الخارجية. يتأثر التدفق الزمني والقيم النهائية للانكماش بعدة عوامل: درجة الحرارة والرطوبة، أبعاد العناصر، نوع وكمية الأسمنت، نسبة الماء ومحتوى الرطوبة، التركيب الحبيبي والمعدني للركام، قوة الخرسانة، طريقة التشغيل والمعالجة، العمر الملموس في نهاية المعالجة والعديد من العوامل الأخرى.

الانكماش في الأساس، هو مزيج من عدة أنواع أساسية من الانكماش. إنّ الانكماش الخرساني يستخدم بشكل دقيق في وصف جوانب التغيرات المختلفة في الحجم في الخرسانة بسبب تبخر ماء الخرسانة في مراحل مختلفة لأسباب مختلفة. السبب الرئيسي لشقوق الانكماش هو التبخّر السريع للماء من سطح الخرسانة. مباشرة بعد وضع الخرسانة، تبدأ الجزيئات الموجودة داخل الخرسانة في الاستقرار. عندما تستقر الجزيئات، يزيح الماء داخل الخرسانة ويرتفع إلى الأعلى. تُعرف هذه العملية باسم النزيف.

تتشقق الأرضيات والأرصفة الخرسانية بسبب الانكماش. من الصعب صُنع الخرسانة التي لا تنكمش وتتصدّع. إنّها مسألة حجم فقط. السؤال الآن هو كيفية تقليل شقوق الانكماش والتقلّص في الهياكل الخرسانية. يستخدم مفهوم الانكماش بشكل فضفاض لوصف الجوانب المختلفة لتغيرات الحجم في الخرسانة بسبب فقدان الرطوبة في مراحل مختلفة لأسباب مختلفة.

العوامل المؤثرة على انكماش الجفاف والبلاستيكي في الخرسانة:

أولاً: انكماش البلاستيك في الخرسانة

يحدث الانكماش البلاستيكي، بعد وقت قصير من وضع الخرسانة في شكل عمل، بينما لا تزال الخرسانة في مرحلة البلاستيك. معجون الأسمنت في هذه المرحلة يخرج من الانكماش الحجمي. يبلغ حجم هذا الانكماش الحجمي 1% من الحجم المطلق للأسمنت الجاف. يحدث الانكماش البلاستيكي بسبب فقدان الماء عن طريق التبخّر من سطح الخرسانة أو عن طريق الشفط بواسطة الخرسانة الجافة بالأسفل. يؤدي الانكماش في الحجم إلى إجهاد الشد في طبقات السطح بسبب التقييد الناجم عن الخرسانة الداخلية غير المنكمشة.

نظرًا لأن الخرسانة ضعيفة جدًا في حالة البلاستيك، يحدث تكسير البلاستيك على السطح. في حالة الأرضيات والأرصفة حيث تتعرض مساحة السطح للجفاف بدرجة كبيرة مقارنة بالعمق عند تعرضها للشمس ورياح الجفاف، يجف السطح بسرعة كبيرة ممّا يتسبب في انكماش البلاستيك. في حالة تصميم المزيج حيث تكون نسبة الماء إلى الأسمنت عالية، هناك احتمال أن تتسبب الممرات المائية الزائدة في حدوث نزيف. سوف تتراكم هذه المياه الزائدة بسبب النزيف على سطح الألواح. عندما تتعرض لظروف الطقس الجاف، يجف السطح وينهار ممّا يخلق تشققات.

1- العوامل المؤثرة في انكماش البلاستيك في الخرسانة:

• يمكن منع تسرّب الماء من السطح عن طريق تغطية السطح بِصفائح البولي إيثيلين. منع تبخّر الماء سيمنع انكماش البلاستيك.
  
• الاهتزاز المناسب للخرسانة يمكن أن يمنع انكماش البلاستيك.
  
• يمكن تقليل الانكماش البلاستيكي في الهياكل الخرسانية باستخدام مسحوق الألمنيوم.
  
• يمكن أن يساعد استخدام الأسمنت الموسع أيضًا في التحكّم في انكماش البلاستيك.
  

ثانياً: انكماش الجفاف في الخرسانة

يحدث انكماش الجفاف بسبب فقدان الماء السطحي الممتص من دُهن سيليكات الكالسيوم (C-S-H) وأيضًا بسبب فقدان التوتر الهيدروستاتيكي في المسام الصغيرة. التورم هو ظاهرة معاكسة للانكماش. يرجع هذا الانكماش بشكل أساسي إلى تشوه العجينة، على الرغم من أن الصلابة الكلية تؤثر عليها أيضًا. يحدث بمجرد أن يتم ضبط الخرسانة تسمّى انكماش الجفاف.

مُعظم أنواع انكماش الجفاف تصير في الأشهر القليلة الأولى من عمر الهيكل الخرساني. يؤدي سحب الماء من الخرسانة المخزنة داخل فراغات الهواء غير المشبعة إلى انكماش الجفاف. يمكن استعادة جزء من هذا الانكماش الناجم عن طريق غمر الخرسانة في الماء لفترة زمنية محددة. وهذا يسمّى حركة الرطوبة.

معدّل هذا الانكماش سينخفض ​​مع مرور الوقت. يحدث ما يقرب من 14 إلى 34% من الانكماش في غضون أسبوعين، ويحدث 40 إلى 70% من الانكماش في غضون 3 أشهر. ما يقرب من 80% من الانكماش قد تسبب في غضون عام واحد.

1- العوامل المؤثرة في انكماش الجفاف:

1- اختيار المواد الخلطة الخرسانية: من المهم أن تكون مكونات الخلطة الخرسانية ذات نوعية جيدة لضمان عدم حدوث انكماش الجفاف. يجب أن تكون خواص مكونات الخلطة الخرسانية من حيث الجودة والمواصفات وفقًا للقواعد القياسية لتلك المنطقة.

2- نسبة الاسمنت الماء في الخرسانة: مع زيادة نسبة الماء إلى الأسمنت في خليط الخرسانة، تزداد فرصة حدوث انكماش الجفاف. مع زيادة نسبة الماء إلى الأسمنت، ستنخفض قوة العجينة والصلابة الكاملة. ومن ثم يزداد الانكماش مع زيادة المياه.

3- الظروف البيئية التي تتعرض لها الخرسانة: إنّ الرطوبة المحيطة للخرسانة لها دورًا مهمًا في انكماش الجفاف الهيكل الخرساني. مع زيادة الرطوبة في البيئة، يقل انكماش الجفاف.

4- محتوى الاسمنت في الخرسانة: كلما زاد محتوى الإسمنت في الخرسانة، زادت فرصة حدوث انكماش الجفاف.

5- الركام المستخدم في الخرسانة: سيؤثر نوع الركام المستخدم في الخلطة وحجم الركام على انكماش الجفاف. ستؤدي الزيادة في حجم الركام إلى تقليل الانكماش. لا يؤثر تصنيف وشكل الركام بشكل ملموس على خصائص انكماش الخرسانة. تلك الركام التي لديها سطح خشن عالي سوف تقاوم الانكماش.

6- نوع الأسمنت المستخدم في الخلطة الخرسانية: اعتمادًا على الغرض، يمكن استخدام مجموعة متنوعة من الأسمنت، كما يختلف الانكماش وفقًا لذلك. سوف يتصلّب الأسمنت سريع التصلّب بسرعة، وبالتالي يكون الانكماش أكثر من نفس الأسمنت البورتلاندي العادي. سيطلب الأسمنت سريع التصلّب مياه أعلى وغرامات عالية ستؤدي إلى مزيد من الانكماش. سيساعد استخدام الأسمنت المعوض للانكماش في تقليل أو القضاء على شقوق الانكماش.

7- نوع الخلطة الخرسانية: إضافة كلوريد الكالسيوم كمادة مضافة إلى الخلطة الخرسانية ستزيد من الانكماش. لكن معدّل الانكماش هذا سينخفض ​​عندما يتم استبداله بمساعدة الجير.

8- عوامل أخرى تؤثر في انكماش الجفاف: طريقة المعالجة بالبخار لها تأثير ضئيل على الانكماش. لكنها تُظهر تأثيرا عندما تنفذ تحت ضغوط عالية.