اقرأ في هذا المقال
- ما هو تصميم الخلطات الخرسانية؟
- متطلبات تصميم الخلطة الخرسانية
- العوامل المؤثرة على قوة تصميم الخلطة الخرسانية
ما هو تصميم الخلطات الخرسانية؟
تصميم الخلطة الخرسانية هو عملية إيجاد نسب الخلطة الخرسانية من حيث نسب الإسمنت والرمل والركام الخشن. على سبيل المثال، يعني الخلط الخرساني بالنسب 1: 2: 4 أن الإسمنت والركام الناعم والخشن يحتوي المزيج على جزء واحد من الإسمنت وجزأين من الركام الناعم وأربعة أجزاء من الركام الخشن . نِسَب تصميم الخلطة الخرسانية إمّا بالحجم أو بالكتلة وعادة ما يتم التعبير عن نسبة الماء إلى الإسمنت بالكتلة.
متطلبات تصميم الخلطة الخرسانية:
تعيين الدرجة يُعطي متطلّبات القوة المُمَيزة للخرسانة، يُؤثّر نوع الإسمنت على مُعدّل تطور قوة الانضغاط للخرسانة وقد يكون الحجم الاسمي الأقصى للركام المستخدم في الخرسانة أكبر حجم ممكن في الحدود التي تحددها الخرسانة العادية والمسلحة. يقتصر مُحتوى الإسمنت على الانكماش والتشقق والزحف وترتبط قابلية الخرسانة للوضع والضغط بشكل مُرضي بحجم وشكل القسم والكمية والتباعد في التعزيز والتقنية المستخدمة في النقل والوضع والضغط.
إجراء تصميم الخلطة حسب مواصفة الخرسانة العادية والمسلحة:
- تحديد متوسط قوة الهدف قدم من قوة الضغط المميزة المحددة في قوة التشقق لِمُدة 28 يومًا ومستوى مراقبة الجودة. حيث الانحراف المعياري الذي تم الحصول عليه من جدول المحتويات التقريبية بعد مزيج التصميم.
- الحصول على نسبة الإسمنت المائي للهدف المتوسط المطلوب باستخدام العلاقة التجريبية بين قوة الانضغاط ونسبة الإسمنت المائي لذلك يتم فحصها مقابل نسبة الإسمنت المائي المحدودة. يتم التحقق من نسبة الإسمنت المائي المُختارة مقابل نسبة الحد المسموح بها من الإسمنت المائي لمتطلبات المتانة الواردة في الجدول وتعتمد أقل القيمتين.
- تقدير كمية الهواء المحبوس لأقصى حجم رمزي للركام من الجدول.
- تحديد المحتوى المائي، من أجل قابلية التشغيل المطلوبة والحد الأقصى لحجم الركام وتحديد النسبة المئوية للركام الناعم في الركام الكلي بالحجم المطلق من الجدول للخرسانة باستخدام الركام الخشن المسحوق.
- القيام بتعديل قِيَم المحتوى المائي والنسبة المئوية للرمل كما هو في الجدول الخاص لأيّ اختلاف في قابلية التشغيل ونسبة الإسمنت المائي وتصنيف الركام الناعم والركام المستدير وترد القيم في الجدول.
- حساب مُحتوى الأسمنت من نسبة الماء إلى الإسمنت ومُحتوى الماء النهائي كَما وصل بعد التعديل والتحقق من الإسمنت مقابل الحد الأدنى من مُحتوى الإسمنت من متطلبات المتانة واعتماد الأكبر من القيمتين.
- القيام بحساب مُحتوى الركام الخشن والناعم لكل وحدة حجم من كميات المياه والإسمنت لكل وحدة حجم من الخرسانة ونسبة الرمل المحددة.
- تحديد نِسَب مزيج الخرسانة للخلطة التجريبية الأولى.
- القيام بتحضير الخرسانة باستخدام النِسَب المحسوبة وصب ثلاث مكعبات بحجم 150 مم، واختبرها رطبة بعد 28 يومًا من المعالجة الرطبة والتحقق من القوة.
- إعداد الخلطات التجريبية مع التعديلات المناسبة حتى يتم الوصول إلى نسب الخلطة النهائية.
ملاحظات من تصميم الخلطات الخرسانية:
في العادة يكون المزيج متماسكًا ومتجانسًا ويكون الركود له = 120 ملم، عدد المكعبات المدلّى بها هي 9 مكعبات ويكون مُتوسط قوة الضغط لها بعد 7 أيام 52.07 ميجا باسكال وبعد 28 يومًا 62.52 ميجا باسكال وهو أكبر من 58.25 ميجا باسكال. إنَّ النسبة المئوية لقوة الخرسانة في مختلف الأعمار تزداد مع تقدم العمر حيث تكون النسبة المئوية لقوة الخرسانة بعد أول يوم 16% وبعد 3 أيام 40% وبعد 7 أيام 65% وبعد 14 يومًا 90% وعند 28 يومًا 99% أقصى القوة المطلوبة.
إنَّ خلط المواد المكونة للخرسانة، أيّ الإسمنت والماء والركام والمضافات بنسب محددة سيؤدي إلى إنتاج الخرسانة ذات القوة الكافية وتعتمد قوة تصميم الخلطة المطوّرة لنوع معين من الإسمنت على عوامل عديدة ستُذكر تالياً.
العوامل المؤثرة على قوة تصميم الخلطة الخرسانية:
إنَّ العوامل المؤثرة على قوة تصميم الخلطة الخرسانية هي نسبة الماء إلى الإسمنت ومحتوى الإسمنت والنسبة النسبية للركام الناعم والخشن والخلطات المستخدمة وسيتم توضيح العوامل المتغيرة لقوة التصميم المذكورة بناءً على النظريات والمواصفات المختلفة.
1- نسبة الماء إلى الإسمنت:
تُعتبر نسبة الماء إلى الإسمنت هي العامل الوحيد الأكثر أهمية الذي يتحكم في قوة ومتانة الخرسانة وتعتمد قوة الخرسانة على نسبة الرطوبة بدلاً من مُحتوى الأسمنت. ينص قانون أبرام على أنه “كلَّما زادت نسبة نسبة الماء إلى الإسمنت، انخفضت قوة الخرسانة وكقاعدة عامة، كل زيادة بنسبة 1% في كمية الماء المضافة تُقلل من قوة الخرسانة بنسبة 5%.
مطلوب نسبة نسبة الماء إلى الأسمنت فقط 0.38 لترطيب كامل للإسمنت وعلى الرغم من أن هذا هو الحد النظري، فإنَّ نسبة الإسمنت المائي أقل من 0.38 ستزيد أيضًا من القوة نظرًا لأن جميع الإسمنت الذي تمت إضافته في الخرسانة تم ترطيبه. هذه التجاويف في شكل شعيرات رقيقة إنَّها تُقلّل من قوة ومتانة الخرسانة وبالتالي، من المهم جدًا التحكم في نسبة الماء إلى الإسمنت في الموقع.
كل لتر إضافي من الماء سيقارب تقليل قوة الخرسانة بمقدار 2 إلى 3 نيوتن لكل مم مربع وزيادة قابلية التشغيل بمقدار 25 مم. كما ذكرنا سابقًا، تُؤثّر نسبة نسبة الماء إلى الإسمنت بقوة على نفاذية الخرسانة ومتانة الخرسانة.
2- محتوى الإسمنت:
الإسمنت هو المادة الأساسية في الخرسانة والتي تعمل كعامل ربط وتُضفي قوة على الخرسانة إنّ من اعتبارات المتانة لا يجب تقليل محتوى الإسمنت إلى أقل من 300 كجم لكل متر مكعب للخرسانة المسلّحة.
وفقًا لمواصفة الخرسانة العادية والمسلحة يلزم وجود محتويات أعلى من الإسمنت للظروف الشديدة من تعرض عوامل التجوية للخرسانة. ليس من الضروري أن يؤدي مُحتوى الإسمنت العالي إلى قوة أعلى في الواقع، تظهر أحدث النتائج أنه بالنسبة لنسبة الماء إلى الأسمنت نفسها، ستُعطي مزيج أصغر حجمًا وقوةً أفضل.
ومع ذلك، هذا لا يعني أنه يمكننا تحقيق درجات أعلى من الخرسانة بمجرد خفض نسبة الماء إلى الإسمنت وذلك لأن انخفاض نسبة الماء إلى الأسمنت سيعني انخفاض مُحتوى الماء ويؤدي إلى انخفاض قابلية التشغيل. في الواقع، لتحقيق قابلية تشغيل معينة ستكون هناك حاجة إلى كمية معينة من الماء إذا كان سيتم تحقيق نسبة أقل من الماء إلى الإسمنت دون إزعاج قابلية التشغيل، فيجب زيادة مُحتوى الأسمنت.
يُساعدنا مُحتوى الإسمنت العالي في الحصول على قابلية العمل المطلوبة بنسبة أقل من الماء إلى الأسمنت ففي معظم طرق تصميم المزيج، يتم إعطاء محتويات الماء لتحقيق مستويات قابلية التشغيل المختلفة في شكل علاقات تجريبية.
3- النسبة النسبية للركام الناعم والخشن:
تكون المجاميع من نوعين هما الركام الخشن (معدن) وهوعبارة عن جزيئات مُحتجزة على منخل قياسي 4.75mm، والركام الناعم (الرمل) وهو عبارة عن جسيمات تمر بمعيار 4.75mm عند مقارنة الركام الخشن والناعم، يميل الركام الخشن إلى احتلال ثلث حجم الخرسانة وهذا يعني أن التغيير في الركام الخشن سيجلب تغييرًا في قوة الخرسانة.
نسبة الركام الناعم لِلركام الخَشن تعتمد على صفاء الرمل فعندما يكون الرمل ناعمًا، تكون نسبة أصغر منه كافية للحصول على مزيج مُتماسك في حين أن الرمال الخشنة، يجب أن تكون النسبة أكبر فيما يتعلق بالركام الخشن. أما بالنسبة لحجم وشكل الركام الخشن كلَّما زاد حجم الركام الخشن كلَّما كانت المساحة السطحية أكبر وأقل نسبة الركام الناعم المطلوب والعكس صحيح، إنَّ الركام المتقشر لديه مساحة أكبر ويتطلب نسبة أكبر من الركام الناعم للحصول على مزيج متماسك وبالمثل، فإنّ الركام المستدير له مساحة سطح أقل ويتطلب نسبة أقل من الركام الناعم للحصول على مزيج متماسك.
مُحتوى الإسمنت أيضاً حيث تتطلب الخلطات الخالية من الدهون نسبة أكبر من الركام الناعم أكثر من الخلطات الأكثر ثراء وذلك لأن جزيئات الإسمنت تساهم أيضًا في الغرامات في الخرسانة، إنَّ تصنيف الركام في تصميم الخلطة الخرسانية هو عامل مهم يحدد كمية العجينة المطلوبة للخرسانة، إذا كانت كمية الفراغات عالية، فستكون هناك حاجة إلى المزيد من الإسمنت لملئه، حيث سيساعد استخدام الركام المتدرج جيدًا على تقليل هذا المحتوى الفارغ إلى حد ما وسيتطلّب ذلك كمية أقل من اللصق.
4- الخلطات:
تتوفر مجموعة مُتنوعة من الخلطات في السوق تُستخدم لخدمة أغراض مختلفة ويتم استخدام الخلطات في تصميم الخلطة الخرسانية عندما يتعين عليهم حلّ بعض المخاوف وبعض هذه المخاوف هي لتقليل تكلفة البناء لتحقيق خصائص معينة بشكل فعال وللحفاظ على جودة الخرسانة طوال عملية الخلط والنقل والوضع والضغط.
من بين الخلطات المختلفة المتاحة، يتم تحقيق زيادة القوة في الخرسانة من خلال استخدام الخلطات المختزلة للماء وكما ذُكِر أعلاه، لا يمكن تخفيض نسبة الإسمنت المائي إلى حد معين لأنه سيؤثّر على قابلية تشغيل المزيج، حيث يمكن تحقيق هذه الخاصية عن طريق استخدام الإضافات المختزلة للحد من الماء التي تعطي مزيجًا غنيًا بالإسمنت ومزيجًا عمليًا دون استخدام الماء الزائد.
لا يمكن الحصول على مزيج جيد قابل للتطبيق إلا بإضافة 45 إلى 55 % من الماء بوزن الإسمنت، حيث سيؤدي ذلك إلى بقاء المياه زائدة حتى بعد الانتهاء من الترطيب، تتبخر هذه المياه الزائدة في المسام وتخلق فراغات إنَّ هذه الفراغات هي السبب الرئيسي وراء تطور شقوق الفشل التي تُضعِف الخرسانة وبالتالي، يمكن تحقيق انخفاض في الفراغات باستخدام كمية أقل من الماء من خلال الخلطات المخففة للماء.
