اقرأ في هذا المقال
- ما هو التكسير الحراري للخرسانة؟
- كيف يتم الوقاية من التكسير الحراري للخرسانة؟
- إجراءات الوقاية من التكسير الحراري للخرسانة
ما هو التكسير الحراري للخرسانة؟
يحدث التكسير الحراري عندما تتجاوز درجات حرارة الأجزاء المختلفة داخل بلاطة خرسانية حدًا معينًا. توجد هذه الفروق لأنه بينما ترتفع درجة الحرارة الداخلية للبلاطة الخرسانية وتنخفض ببطء، بسبب التفاعل الطارد للحرارة للخرسانة، فإنّ درجة الحرارة المحيطية للبلاطة تبرد بسرعة بسبب درجة الحرارة المحيطة. يؤدي الاختلاف بين درجات الحرارة الداخلية والطرفية إلى ضبط النفس في القطعة الخرسانية، والتي يمكن أن تؤدي بعد ذلك إلى إجهاد شد يتجاوز قوة الشد في الموقع، ممّا يتسبب في حدوث شقوق حرارية.
على الرغم من أن التكسير الحراري يميل إلى الحدوث في سن مبكرة، إلّا أن هناك ظاهرة تكسير مماثلة مرتبطة بدرجة الحرارة يمكن أن تحدث في سن متأخرة أيضًا. سوف تتمدد الأجسام الخرسانية وتتقلّص عند تعرّضها لدرجات الحرارة المحيطة الساخنة والباردة على التوالي. عندما يتم تقييد هذا الحجم الكتلي الناتج عن التغيرات في درجات الحرارة، يمكن أن يحدث هذا التشقق المتأخر.
كيف يتم الوقاية من التكسير الحراري للخرسانة؟
يمكن أن يكون التكسير الحراري خطيرًا على بُنية الهيكل الخرساني، لذلك من المهم التعرّف على وقت حدوثه، ومنع وتقليل فُرص حدوثه بشكل استباقي. عادةً ما تتضمن مواصفات التصميم درجة حرارة قصوى وحد أقصى تفاضل لدرجة الحرارة. يستخدم الأول لتحديد الإطار الزمني الذي يمكن فيه اتخاذ التدابير الوقائية، في حين أن الأخير يحدد الخطوط العريضة عند حدوث التصدّع. كما يختلف النطاق التفاضلي المسموح به في درجات الحرارة، ولكنه يقتصر عادةً على 20 درجة مئوية.
قد يكون الاختلاف في درجة الحرارة داخل الهيكل الخرساني ناتجًا عن أجزاء من الهيكل تفقد حرارة الماء بمعدّلات مختلفة أو بسبب ظروف الطقس التي تبرد أو تسخن جزءًا من الهيكل بدرجة مختلفة أو بمعدّل مختلف عن جزء آخر من الهيكل. من أجل منع التكسير الحراري بشكل استباقي، يجب أن تكون على دراية عندما تكون الفروق في درجات الحرارة معرّضة لخطر تجاوز الحد المحدد. يتم ذلك باستخدام مستشعرات درجة الحرارة لقياس درجات حرارة المناطق المختلفة داخل بلاطة الخرسانة.
من الناحية المثالية، سيتم وضع أجهزة استشعار متعددة في مناطق مختلفة من البلاطة (المركز والمحيط) من أجل قياس الفروق بدقة. تؤدي هذه الاختلافات في درجات الحرارة إلى تغيرات تفاضلية في الحجم، ممّا يؤدي إلى حدوث تشققات. يرتبط هذا عادةً بالخرسانة الكتلية بما في ذلك المقاطع الكبيرة والأكثر سمكًا (³ 500 مم) من العمود والأرصفة والعوارض والقواعد والألواح. يمكن أن يؤثر اختلاف درجة الحرارة بسبب التغيرات في درجة الحرارة المحيطة على أي هيكل.
قد يكون التدرّج في درجة الحرارة ناتجًا عن تسخين مركز الخرسانة أكثر من الخارج بسبب تحرير الحرارة أثناء ترطيب الأسمنت أو التبريد السريع للخارج بالنسبة للداخل. تؤدي كلتا الحالتين إلى إجهاد شد على السطح الخارجي، وإذا تم تجاوز قوة الشد، فسيحدث تشقق. تتناسب ضغوط الشد مع اختلاف درجة الحرارة ومعامل التمدد الحراري ومعامل المرونة الفعال (الذي ينخفض بالزحف) ودرجة ضبط النفس. كلما كان الهيكل أكبر، زادت احتمالية تباين درجات الحرارة وضبط النفس.
الخرسانة المتصلّدة لها معامل تمدد حراري قد يتراوح من 4 إلى 9 × 10-6 لكل درجة. وعندما يتعرّض جزء من الهيكل لتغير في الحجم ناتج عن درجة الحرارة، فإنّ احتمال التكسير المستحث حرارياً موجود. يجب إيلاء اعتبار خاص لتصميم الهياكل التي تتعرّض فيها بعض الأجزاء لتغيرات درجة الحرارة، بينما تكون الأجزاء الأخرى من الهيكل إما محمية جزئيًا أو كليًا. قد يؤدي انخفاض درجة الحرارة إلى تكسير العنصر المكشوف، بينما قد تؤدي الزيادات في درجة الحرارة إلى تصدع الجزء المحمي من الهيكل.
إجراءات الوقاية من التكسير الحراري للخرسانة:
- التحكّم في معدّل تبريد الخرسانة عن طريق عزل سطح الخرسانة المكشوف خلال الخمسة أيام الأولى. يمكن أن يتم ذلك عن طريق صفائح ثيرموكول بسُمك 50 مم مغلفة بصفائح البوليثين الموضوعة على أسطح خرسانية مغطاة بالفعل بقطعة قماش خيشان ورشاش ماء يحافظ على رطوبة الخيش. لا ينبغي السماح بتدرج درجة الحرارة بين لب الخرسانة والأسطح بأكثر من 150 درجة مئوية.
- استخدام درجة حرارة منخفضة من الأسمنت المائي أو استخدام استبدال الرماد المتطاير لجزء من الأسمنت.
- الحفاظ على القوالب الفولاذية دافئة عن طريق تسخين الهواء خلال فصل الشتاء.
- خفض درجة حرارة الخرسانة عند التنسيب حتى 32 درجة مئوية.
- استخدام المواد العازلة حرارياً كصندقة.
- خفض درجة الحرارة الداخلية القصوى.
- الحفاظ على القوالب العازلة لمدة أطول.
- زيادة مقاومة الشد للخرسانة.
- تأخير بدء التبريد.
