تصميم المزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة

ما هو تصميم المزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة؟

يُطلق على عملية اختيار المكونات المناسبة للخرسانة وتحديد كمياتها النسبية بهدف إنتاج الخرسانة المطلوبة والقوة والمتانة وقابلية التشغيل قدر الإمكان اقتصاديًا تصميم الخلطة الخرسانية. كما تخضع نسبة مكونات الخرسانة للأداء المطلوب للخرسانة في حالتين، وهما البلاستيك والحالات الصلبة، فإذا كانت الخرسانة البلاستيكية غير قابلة للتطبيق، فلا يمكن وضعها ودمكها بشكل صحيح. وبالتالي، تصبح خاصية قابلية التشغيل ذات أهمية حيوية. تعتمد مقاومة الانضغاط للخرسانة المتصلدة والتي تعتبر بشكل عام على أنها مؤشر لخصائصها الأخرى، على العديد من العوامل مثل، نوعية وكمية الأسمنت والماء والركام والخلط ووضع ودمك وعلاج الخرسانة.

تكلفة الخرسانة تتكون من تكلفة المواد والمصنع والعمالة، بحيث تنشأ الاختلافات في تكلفة المواد من حقيقة أن الأسمنت مكلف عدة مرات من الركام، وبالتالي فإنّ الهدف هو إنتاج خليط خفيف قدر الإمكان. من الناحية الفنية، قد تؤدي الخلطات الغنية إلى انكماش وتشقق عالٍ في الخرسانة الإنشائية، وإلى تطور حرارة عالية للترطيب في الخرسانة الكتلية ممّا قد يؤدي إلى التصدع. في هذه الدراسة، تم استخدام الحصى والرمل المسحوق لمزيج التصميم ووجد أن قوة الضغط المميزة عند 3،7 و 28 يومًا على التوالي. لقد تم تصميم المزيج وفقًا لمعيار تناسب خلط الخرسانة البريطاني.

مزايا تصميم المزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة:

يهدف تصميم المزيج إلى تحقيق نوعية جيدة من الخرسانة في الموقع اقتصاديًا.

1- جودة نوعية المزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة:

• قوة أفضل.
  
• أفضل مقاومة ومتانة.
  
• الخرسانة الكثيفة والمتجانسة.
  

2- الاقتصاد في المزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة:

1- الاقتصاد في استهلاك الأسمنت في المزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة:

من الممكن توفير ما يصل إلى 15% من الأسمنت لدرجة قوة كسر M20 من الخرسانة بمساعدة تصميم مزيج الخرسانة. في الواقع، أعلى درجة الخرسانة هي المدخرات. يؤدي انخفاض محتوى الأسمنت أيضًا إلى انخفاض حرارة الماء وبالتالي تقليل تشققات الانكماش.

2- أفضل استخدام للمواد المتاحة في المزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة:

غالبًا ما تقيد ظروف الموقع جودة وكمية مواد المكونات. بحيث يوفر تصميم الخلطة الخرسانية قدرًا كبيرًا من المرونة في نوع الركام الذي سيتم استخدامه في تصميم الخلطة، ويمكن أن يوفر تصميم المزيج حلاً اقتصاديًا يعتمد على المواد المتاحة إذا كانت تلبّي متطلبات الكود البريطاني الأساسية. كما أن هذا يمكن أن يؤدي إلى توفير تكاليف النقل من مسافات أطول.

3- خصائص أخرى للمزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة:

يمكن أن يساعدنا تصميم المزيج في تحقيق التشطيبات النهائية، والقوة المبكّرة العالية لإزالة الشوائب المبكّرة والخرسانة ذات قوة الانحناء الأفضل والخرسانة ذات القدرة على الضخ والخرسانة ذات الكثافة المنخفضة.

متطلبات تصميم المزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة:

تصميم الخلطة الخرسانية هو طريقة التوزيع الصحيح لمكونات الخرسانة، من أجل تحسين الخصائص المذكورة أعلاه للخرسانة وفقًا لمتطلّبات الموقع، كما يجب على مهندس الموقع إعطاء المعلومات التالية أثناء إعطاء المواد لتصميم الخلطة لمختبر تصميم الخلطة:

1. درجة قوة الخرسانة (القوة المميزة).
   
2. متطلّبات قابلية العمل من حيث الركود.
   
3. التأكد ممّا إذا كانت حالة التعرض للخرسانة خفيفة أو متوسطة شديدة أو شديدة للغاية. ويجب إجراء فحص مناسب للتربة للتأكد من وجود الكبريتات والكلوريدات في حالة الشك.
   
4. درجة السيطرة في الموقع للمزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة.
   

1- العوامل التي تشير إلى درجة السيطرة للمزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة:

1. الخلط ووزن الخلط أو حجم الخلط.
   
2. نوع الركام ما إذا كان سيتم استخدام الركام المختلط المتدرج 20 مم، أو سيتم استخدام الركام 10 مم بشكل منفصل.
   
3. اختبار الخرسانة ما إذا كان سيتم إجراء اختبار صب واختبار المكعبات الخرسانية بانتظام في الموقع.
   
4. مصدر الركام ما إذا كانت مصادر الرمل والركام ستكون موحدة أو من المحتمل أن تتغير بشكل متكرر.
   
5. الإشراف ما إذا كان الموظفون المؤهلون سيحضرون للإشراف على أعمال الخرسانة وإجراء التصحيحات اللازمة على سبيل المثال تصحيح الرطوبة في الرمل والتغيرات في خصائص المواد.
   

2- معلومات أخرى لتصميم الخلطة لمختبر تصميم الخلطة:

1. تأخر المجموعة الأولية (لتجنّب الفواصل الباردة في حالة الخيوط الطويلة أو للخرسانة الجاهزة).
   
2. احتجاز الركود (في حالة الخرسانة الجاهزة).
   
3. قابلية الضخ (في حالة الخرسانة الجاهزة).
   
4. تسريع القوة (للأعضاء مسبقة الصب أو عند الرغبة في إزالة التشتت المبكّر).
   
5. قوة الانحناء (مطلوبة عادة للأرصفة الخرسانية).
   

العوامل المؤثرة في اختيار نسب المزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة:

العوامل المختلفة التي تؤثر على تصميم المزيج هي:

1- قابلية التشغيل للمزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة:

درجة قابلية التشغيل المطلوبة تعتمد على ثلاثة عوامل وهم، حجم القسم المراد صبغه وكمية التعزيز وطريقة الدمك التي سيتم استخدامها. أمّا بالنسبة للقسم الضيق والمعقد الذي يحتوي على العديد من الزوايا أو الأجزاء التي يتعذر الوصول إليها، يجب أن تتمتع الخرسانة بقابلية تشغيل عالية بحيث يمكن تحقيق الدمك الكامل بكمية معقولة من الجهد. بحيث ينطبق هذا أيضًا على أقسام الحديد المدمجة، كما أنه تعتمد قابلية التشغيل المطلوبة على معدات الضغط المتوفرة في الموقع.

2- المتانة للمزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة:

إنّ متانة الخرسانة هي مقاومتها للظروف البيئية القاسية، الخرسانة عالية القوة بشكل عام أكثر متانة من الخرسانة منخفضة القوة، كما في الحالات التي لا تكون فيها القوة العالية ضرورية ولكن ظروف التعرض تجعل المتانة العالية أمرًا حيويًا، فإنّ متطلّبات المتانة ستحدد نسبة الماء إلى الأسمنت المراد استخدامها.

3- الحجم الاسمي الأقصى للركام للمزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة:

بشكل عام، كلما زاد الحجم الأقصى للركام، كلما كان الحجم الأصغر هو متطلّبات الأسمنت لنسبة معينة من الماء إلى الأسمنت، لأن قابلية تشغيل الخرسانة تزيد مع زيادة الحجم الأقصى للركام. ومع ذلك، تميل قوة الانضغاط إلى الزيادة مع انخفاض حجم الركام. كما توصي قواعد الممارسة للخرسانة العادية والخرسانة المسلحة والخرسانة الجاهزة بأن يكون الحجم الاسمي للركام أكبر ما يمكن.

4- التصنيف ونوع الركام للمزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة:

يؤثر تصنيف الركام على نِسب الخلط لِقابلية تشغيل محددة وَنسبة الماء إلى الأسمنت، ويتم خلط الدرجات الأصغر حجماً والتي يمكن استخدامها. ليس من المرغوب فيه استخدام المزيج الخالي من الدهن لأنه لا يحتوي على مادة أكثر نعومة كافية لتماسك الخرسانة، ويؤثر نوع الركام بقوة على نسبة الأسمنت الكلّي من أجل قابلية التشغيل المطلوبة ونسبة الأسمنت المائي المنصوص عليها. من السمات المهمة للركام المُرضي توحيد التصنيف الذي يمكن تحقيقه عن طريق خلط الكسور ذات الأحجام المختلفة.

5- مراقبة الجودة للمزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة:

يمكن تقدير درجة التحكّم إحصائيًا من خلال الاختلافات في نتائج الاختبار، بحيث ينتج التباين في القوة عن الاختلافات في خصائص مكونات المزيج وعدم التحكّم في الدقة والخلط والتركيب والمعالجة والاختبار. كلما انخفض الفرق بين المتوسط ​​والدنيا لقوة المزيج الأقل سيكون محتوى الأسمنت المطلوب. بحيث يُطلق على العامل الذي يتحكّم في هذا الاختلاف مراقبة الجودة.

مزيج تعيينات النسب للمزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة:

الطريقة الشائعة للتعبير عن نِسب مكونات خليط الخرسانة هي الطريقة من حيث أجزاء أو نسب الأسمنت والركام الناعم والخشن. على سبيل المثال، مزيج الخرسانة بنسب 1 إلى 2 إلى 4 يعني أن الأسمنت والركام الناعم والخشن يكون بنسبة 1 إلى 2 إلى 4 أو أن المزيج يحتوي على جزء واحد من الأسمنت وجزئين من الركام الناعم وأربعة أجزاء من الركام الخشن . النسب إمّا بالحجم أو بالكتلة وعادةً ما يتم التعبير عن نسبة الماء إلى الأسمنت بالكتلة.

العوامل التي يجب مراعاتها لتصميم المزيج الخرساني باستخدام الرمال المجروشة:

• تعيين الدرجة يعطي متطلّبات القوة المميزة للخرسانة.
  
• يؤثر نوع الأسمنت على معدل تطور مقاومة الانضغاط للخرسانة.
  
• قد يكون الحد الأقصى للحجم الاسمي للركام الذي سيتم استخدامه في الخرسانة أكبر حجم ممكن ضمن الحدود المنصوص عليها في الكود البريطاني.
  
• يجب أن يكون محتوى الأسمنت محدودًا من الانكماش والتشقق والزحف.
  
• ترتبط قابلية تشغيل الخرسانة من أجل وضع ودمك مرضيين بحجم وشكل المقطع والكمية والتباعد بين التعزيزات والتقنية المستخدمة في النقل والوضع والدمك.
  

تشير نتائج تصميم المزيج إلى أن الرمل المسحوق يمكن أن يصنع أيضًا خرسانة جيدة مثل تلك المصنوعة من الرمل الطبيعي، وتكون قوة الانضغاط التي يتم الحصول عليها مماثلة للخلطات العادية، وفي الواقع سيصبح استخدام الرمال المكسرة أمرًا لا مفر منه في المستقبل القريب بسبب تضاؤل ​​المصادر من الرمل الطبيعي. على الرغم من أن جسيمات الرمل المكسرة متشكلة، إلا أنها لا تملك الشكل الكروي للرمال الطبيعية. ومن ثم سيكون للرمل المسحوق طلب أكبر على المياه من الرمال الطبيعية ممّا يؤدي إلى استهلاك أسمنت أعلى قليلاً.

مع ذلك، إذا تم تصنيف الرمل المسحوق بشكل صحيح مع درجات دقيقة كافية، فقد يكون للمزيج طلب أقل على المياه مقارنة بالرمل الطبيعي ذي التصنيف السيئ. إلى جانب ذلك، يمكن للرمل المسحوق أن يوفر تحكّمًا أفضل في التدرج عند مقارنته بالرمل الطبيعي. ومن ثم قد يصبح الرمل المسحوق خيارًا اقتصاديًا في حالة عدم توفر الرمال الطبيعية عالية الجودة.