اقرأ في هذا المقال
ما هي ريولوجية الخرسانة الطازجة؟
يمكن تعريف ريولوجيا الخرسانة على أنها علم تشوه وتدفق المواد. يتعامل مصطلح الريولوجيا مع المواد التي تكون خصائص تدفقها أكثر تعقيدًا من خصائص السوائل البسيطة. إنّه يتعلّق بالعلاقات بين الإجهاد ومعدّل الإجهاد والوقت. يتم تطبيق المبادئ والتقنيات الريولوجية على الخرسانة بما في ذلك تشوه الخرسانة المتصلّدة، والتعامل مع الخرسانة المخلوطة حديثًا ووضعها وسلوك الأجزاء المكونة لها مثل ملاط الأسمنت وعجينة الأسمنت.
كما ذكرنا سابقًا، ترتبط قابلية التشغيل وخصائص التدفق الأخرى بِريولوجيا الخرسانة التي تتطلّب معلمتين على الأقل، للحصول على وصف مناسب. ما هي العوامل الرئيسية التي تؤثر على الخرسانة الريولوجية للخرسانة؟ العوامل الأولى هي تركيبة الخرسانة، بما في ذلك جرعة الخليط الكيميائي والمعدني ونوعه وتدرجه وشكله ونوعه ومحتوى الماء وخصائص الأسمنت.
يمكن أن يؤدي تصميم المزيج نفسه إلى خصائص تدفق مختلفة إذا لم يتم أخذ العوامل الثانوية في الاعتبار. على غرار قابلية التشغيل، تتأثر الخصائص الانسيابية للخرسانة الطازجة بنسب المزيج، أيّ كمية كل مكون وخصائص المكونات وكمية الخلط ووجود المواد الإضافية والوقت المنقضي بعد الخلط. على الرغم من أن هذه العوامل لها خصائص الخرسانة الطازجة، إلّا أنه تتم هنا مناقشة هذه العوامل فيما يتعلّق بتأثيرها على خصائص تدفّق الخرسانة.
يشمل الانسيابية لقابلية التشغيل الشبيهة بالخرسانة الجديدة معايير الاستقرار والتنقّل والتوافق، والتي تُعَد ضرورية لتحديد مدى ملاءمة أي مزيج خرساني. لغرض مناقشة الخصائص الانسيابية للخرسانة الطازجة، يتم إعادة تعريف هذه المعلمات من حيث القوة المشاركة في نقل الضغوط الميكانيكية على الخرسانة.
ما هي العوامل المؤثرة في الخصائص الريولوجية للخرسانة الطازجة؟
العوامل المؤثرة في الخَصائص الريولوجية للخرسانة تعتمد على الخصائص الانسيابية للخرسانة على عوامل مثل نسب الخلط والاتساق وخصائص كل مكون موجود في الخلطة وكمية الخلط وكمية الخليط والوقت المنقضي بعد الخلط. العوامل التي تؤثر على الخصائص الانسيابية للخرسانة بناءً على خصائص تدفق الخرسانة هي:
- خلط نِسَب الخرسانة.
- اتساق الخرسانة.
- تصلّب وتيبس الخرسانة.
- قوام الركام.
- استخدام مضافات الخرسانة.
1- تأثير نِسب الخلط على الخواص الريولوجية للخرسانة:
يتم إجراء تناسب خليط الخرسانة بحيث يتم الحصول على قابلية تشغيل مناسبة أثناء البناء. هذا من شأنه أن يُعطي تأكيدًا كاملاً حول أداء وخصائص الخرسانة الصلبة. الحالة التي يكون فيها خليط الخرسانة يحتوي على فائض من الركام سيكون له ندرة في الملاط لملء الفراغات الناتجة. يؤدي هذا إلى تقليل التماسك، وبالتالي تقليل حركة المزيج بأكمله. يعتبر هذا المزيج قاسيًا وسيتطلّب جهدًا أكبر للوضع وكذلك النقل.
تحدث الخشونة أيضًا بسبب انخفاض قيمة محتوى الهواء. زيادة الهواء المحبوس سيقلّل من استخدام الركام الناعم. أو بعبارة أخرى، سيؤدي استخدام الركام الناعم أو الهواء المحبوس إلى زيادة التماسك ممّا يجعل المزيج صعب التحريك. يعني استخدام الركام الناعم أن مساحة سطح التلامس تتزايد، وبالتالي يتطلّب المزيد من الملاط لتغطية الأسطح بالمعجون. هذا هو الحفاظ على الحركة. ولكن هذا بدوره يؤدي إلى مشاكل مثل التجفيف والانكماش وبالتالي التشقق.
في ظل الاعتبارات العملية، تم تصميم المزيج للركام الناعم الزائد والأسمنت الزائد، ممّا سيكون ضروريًا للقياس الأمثل. يصبح المزيج الخرساني لزجًا ويحتوي على نسبة عالية من الأسمنت. هذا من شأنه أن يؤدي إلى مزيج بطيئ في الطبيعة. وينظر إلى هذا بشكل أساسي في الخرسانة المصبوبة في الموقع في حالة الركود العادي. تقل قابلية تشغيل الخلطات الغنية مع انخفاض نسبة الماء إلى الأسمنت ومحتوى الأسمنت العالي.
2- تأثير الاتساق الخرساني على ريولوجيا الخرسانة:
يتم الحصول على قياس محتوى الماء النسبي في الخرسانة من خلال اتساق مزيج الخرسانة. تزداد سيولة الخرسانة مع زيادة الركود أو محتوى الماء، بهدف جعل المزيج عمليًا. سيقلّل عيب السيولة من الاحتكاك الداخلي لجزيئات الخرسانة. تكون فرصة الفصل والنزيف في الخرسانة أكبر مع زيادة السيولة. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن المحتوى المائي فوق القيمة المسموح بها لن يساعد في زيادة الخصائص الانسيابية للخرسانة.
المحتوى المائي الأقل من اللازم لن يكون لديه قابلية تنقل مناسبة بالإضافة إلى قابلية ضغط جيدة. عند أخذ الخواص الريولوجية في الاعتبار، فإنّ زيادة احتباس الهواء بنسبة واحد بالمائة تعادل زيادة بنسبة واحد بالمائة في كمية الركام الناعم في المزيج. وهذا بدوره يعادل زيادة بنسبة 3% في محتوى الماء.
3- تأثير التصلب على الخواص الريولوجية للخرسانة:
العوامل التي تُعزّز معدّل الترطيب وبالتالي تصلّب، ستقلّل من حركة الخرسانة. أسباب ارتفاع درجة الحرارة، الأسمنت سريع التصلّب، استخدام المواد المضافة المتسارعة سيقلّل من قدرة الخرسانة على التدفق. إنّ استخدام الركام الجاف أو الركام شديد المسامية من شأنه أن يمتص كمية أكبر من الماء أو أن يكون لديهم مساحات أكبر من المفترض أن تكون مبللة.
4- شكل وتركيب الركام الذي يؤثر على الخصائص الريولوجية للخرسانة:
يُؤثر الشكل الكلي والملمس على الخواص الريولوجية للخرسانة بشكل كبير. سيطلب دمج الركام شديد الزوايا والخشونة للغاية في الملمس ملاطًا أكبر لملء الفراغات. سيتطلب هذا ركامًا ناعمًا أعلى بالإضافة إلى محتوى مائي. الركام الناعم الزاوي في الطبيعة له خاصية زيادة الاحتكاك الداخلي داخل خليط الخرسانة. ولكن بسبب هذا، فإنّها تتطلّب مياهًا أعلى من الرمال الطبيعية المستخدمة بشكل شائع والتي تكون مستديرة الشكل جيدًا.
1- تأثير تصنيف الركام على الخصائص الريولوجية للخرسانة:
يتم ضمان قابلية التشغيل عالية الجودة من خلال مجموعة جيدة من الركام. يُساعد نظام تصنيف الآبار هذا في ملء الفراغات بطريقة منهجية. سيبقى عدم وجود أي درجة باطلاً ليتم ملؤه بواسطة الأسمنت أو الركام الناعم. هذا يؤدي إلى تغيير في الكمية. يكون هذا التأثير أكثر وضوحًا في الركام الناعم منه في الركام الخشن. يزداد الطلب على المياه مع زيادة دقة الركام الناعم. سيؤدي ذلك إلى خليط خرساني لزج.
عندما يصبح الركام الناعم أكثر خشونة في الحجم، يكون هناك تماسك أقل. ويقال أن هذا المزيج قاسٍ. نظرًا لعدم وجود ترابط بين بعضها البعض، فهناك فرص للنزيف. ومن ثم يجب إجراء التعديل المناسب في تصنيف الركام لضمان الجودة في قابلية التشغيل والعوامل المذكورة أعلاه.
2- تأثير الحجم الأقصى للركام على الخواص الريولوجية للخرسانة:
كلما زاد حجم الركام، قل الطلب على الركام الناعم. سيُظهر المحتوى التجميعي الأقل دقة انخفاضًا في إجمالي مساحة السطح. سيؤدي هذا بدوره إلى تقليل مساحة السطح التي يجب ترطيبها. ومن ثم هناك انخفاض في محتوى الأسمنت وهو أمر ضروري للحفاظ على نسبة أسمنت مائية ثابتة للخليط.
5- تأثير المواد المضافة على الخواص الريولوجية للخرسانة:
هناك العديد من أنواع المواد المضافة التي يتم دمجها في تصاميم الخلطات الخرسانية. يتم اختيار هذه المضافات بناءً على المتطلّبات ونوع الخصائص التي يجب أن تؤدي الخرسانة من أجلها. من بين المضافات المختلفة، تلك التي لها تأثير كبير على ريولوجيا الخرسانة هي:
- الملدّنات.
- الملدّنات الفائقة.
- مسرّعات.
- مثبّطات.
- عوامل حبس الهواء.
تستخدم المضافات المذكورة أعلاه لثلاث خصائص مختلفة:
- لاكتساب قابلية التشغيل دون المساس بالقوة والمتانة.
- لإعطاء قابلية للعمل، مع كمية قليلة من الماء وتوفير قوة أعلى.
- لإعطاء قابلية التشغيل وكذلك القوة بكمية أقل من محتوى الأسمنت.
عند التفكير في نظام الأسمنت المائي العادي. هناك جزيئات معلّقة في نظام إلكتروليت، ممّا يجعل الجزيئات تلتصق ببعضها البعض. يمكن تسمية هذه الظاهرة باسم التلبّد. ستساعد إضافة المزيج في منع هذا التلبّد، ومن ثم الهيكل المندفع، والذي سيحدث تغييرًا في جاذبية الجسيمات البينية إلى التنافر. الآن يتم إنشاء هذا التنافر عن طريق إدخال غشاء حول جزيئات الأسمنت، بواسطة الملدّنات أو الملدّنات المتفوقة.
تفقد الجسيمات التي تحتوي على هذا الغشاء قدرتها على التجاذب وبالتالي يتم منع التلبّد. يمكن أن يختلف سُمك هذا الغشاء الممتص بناءً على عدد من الملدنات الفائقة. ومن ثم يمكن جعل معدّل التلبّد إلى الصفر. بالإضافة إلى الظواهر المذكورة أعلاه، هناك قوى كهربائية تنافر تتولد بين الجسيمات. يتم إنشاؤها عن طريق امتصاص المركّبات المتأينة. سيؤدي ذلك إلى زيادة لزوجة البلاستيك.
عوامل امتصاص الهواء في خليط الخرسانة ستدخل فقاعات هواء تعمل على تعديل التوتر السطحي للمرحلة المائية لمزيج الخرسانة. سيتراوح حجم فقاعات الهواء المحبوسة من 10 إلى 250 ميكرومتر. يحدث هذا مع المركّبات التي تحتوي على مجموعة رأس محبة للماء بطبيعتها مع شحنة سالبة وذيل غير قطبي وطبيعته كاره للماء. ستخلق فقاعات الهواء المحبوسة جسراً بين جزيئات الأسمنت بشحنة سالبة.
تؤثر عوامل امتصاص الهواء هذه بشكل كبير على الخصائص الانسيابية للخرسانة. مثل، زيادة التماسك بين الجزيئات وانخفاض فرص حدوث نزيف. يتم دمج المسرّعات أو المثبّطات في الخرسانة لتغيير وقت الإعداد اعتمادًا على الوقت المطلوب أو المُتاح للنقل والوضع وأي عوامل أخرى ذات صلة. يؤدي ذلك إلى التغيير في خصائص التقوية لمزيج الخرسانة. يستخدم المثبّط لتقليل خسارة قابلية التشغيل. هذا يجلب زيادة في تحديد الوقت.
