خصائص الخرسانة خفيفة الوزن لأعمال البناء

ما هي خصائص الخرسانة خفيفة الوزن لأعمال البناء؟

تتميز الخرسانة خفيفة الوزن بالعديد من المزايا مقارنة بالخرسانة التقليدية. لها تطبيقات مهمة على الهيكل، حيث يوفر المظهر بخفة العديد من الوظائف في العزل الحراري والصوتي وتقلّل من وزن الهيكل، ممّا يؤدي إلى تقليل العناصر الهيكلية وتقوية الفولاذ، وبالتالي خفض تكلفة البناء. تقدم هذه المقالة مراجعة لتصنيف الخرسانة خفيفة الوزن، حيث يتم تصنيف الخرسانة خفيفة الوزن إلى نوعين حسب طرق الإنتاج والغرض من الاستخدام. كما أنها تركز على المواد المستخدمة للحصول على الخرسانة خفيفة الوزن.

سيتم مراجعة طرق الإنتاج وخصائص كل نوع من أنواع الخرسانة خفيفة الوزن. تناقش هذه الورقة أيضًا تطبيقات الخرسانة خفيفة الوزن. حيث أن أهم خصائص الخرسانة خفيفة الوزن هي تقليل الوزن دون التضحية بالقوة. الخرسانة الهيكلية خفيفة الوزن المتاحة اليوم هي من الصخر الموسع للفرن الدوار أو الطين أو الأردواز (حوالي 80% من الاستخدام الهيكلي) والصخر المتكلّس أو الطين (20%). توفر الخرسانة خفيفة الوزن نفس قوة الانضغاط مثل الركام العادي الوزن مع نفس محتوى الأسمنت تقريبًا.

إنّ التصميم المركّب، باستثناء عندما تكون الحزم مغلفة، لا يفترض أي عمل ترابط بين الخرسانة والفولاذ، على الرغم من وجود قدر كبير من السندات في ظل معظم ظروف الحِمل واستخدام المبنى. يتم الحصول على التفاعل بين الفولاذ والخرسانة من خلال موصلات القص، والتحميل على الخرسانة هو أساسًا تحمّل، والذي يرتبط ارتباطًا مباشرًا بمقاومة ضغط الخرسانة.

إذا كانت الخرسانة خفيفة الوزن قابلة للمقارنة في مقاومة الانضغاط للخرسانة ذات الوزن الطبيعي، فيجب أن تكون سعة القص أو بشكل صحيح، قدرة التحمّل للوصلات قابلة للمقارنة. أشارت اختبارات الدفع على موصلات القص في الخرسانة خفيفة الوزن إلى قِيم قابلة للمقارنة. ومع ذلك، نظرًا لبعض أوجه عدم اليقين بشأن المواد ونقص بيانات الاختبار الكاملة لإثبات هذه النقطة، يوصي العديد من المهندسين ومعظم مصنعي الموصلات ببعض التخفيض في الحِمل المسموح به لكل موصل عند استخدام الخرسانة خفيفة الوزن.

النسبة المعيارية للخرسانة خفيفة الوزن:

بشكل عام، يتم استخدام 80% إلى 90% من سِعة الخرسانة بالوزن الطبيعي. من ناحية أخرى، لا يحتاج العديد من المهندسين إلى أي تخفيض في تصميماتهم. يختلف معامل مرونة الخرسانة خفيفة الوزن عن الخرسانة ذات الوزن الطبيعي. يمكن أن تتراوح من نصف إلى ثلاثة أرباع القيمة للوزن العادي للخرسانة عند مستوى قوة معين، اعتمادًا على وزن الخرسانة. يستخدم كود البناء في المعيار الأمريكي هذه الصيغة لتقدير القيمة الإلكترونية لكلا النوعين من الخرسانة:

في التصميم المركّب النسبة المعيارية (n = Es / Ec) مهمة. بالنسبة لـ 3000 رطل لكل بوصة مربعة، تكون قيمة النسبة المعيارية للخرسانة ذات الوزن الطبيعي 9، بالنسبة للخرسانة خفيفة الوزن التي تزن 100 قطعة، فإنّ القيمة النسبة المعيارية هي 15، وعند 115 العوارض المقسمة مُسبقة الشد أو بعد الشد، تكون قيمة النسبة المعيارية هي 12. عند التصميم باستخدام الخرسانة خفيفة الوزن في التصميم المركّب، يوصى بعدم إجراء تمايز في قيم النسبة المعيارية للتصميم الأولي فقط.

ومع ذلك، عند فحص الضغوط الفعلية في الخرسانة وفي حساب الانحرافات، يوصى بتحديد قيمة النسبة المعيارية المطبقة من الصيغ أعلاه. تعني قيم النسبة المعيارية الأعلى مناطق تحويل أصغر، وبالتالي، لحظات أصغر من القصور الذاتي، ومن الناحية النظرية، انحرافات أكبر. يتم تعويض هذا التأثير من خلال انخفاض الحمل الميت بسبب انخفاض وزن الخرسانة. الخصائص الأخرى للخرسانة خفيفة الوزن التي قد تكون ذات أهمية في التصميم المركّب هي خصائص الزحف والانكماش.

خصائص الزحف والانكماش في الخرسانة خفيفة الوزن:

يشعر العديد من المهندسين أن الخرسانة خفيفة الوزن لديها زحف وانكماش أعلى بكثير. في الواقع، تُظهر العديد من الدراسات خصائص الزحف وانكماش الجفاف للخرسانة خفيفة الوزن وخرسانة الوزن العادي. إنّن الزحف يمكن مقارنته بمعظم الخرسانة ذات الوزن الطبيعي، وفي المتوسط​، يكون الانكماش أكبر بشكل معتدل. في بعض المناطق، يتم تحديد الخرسانة الإنشائية خفيفة الوزن لأنها تتمتع بإمكانية تكسير انكماش أقل من الخرسانة ذات الوزن الطبيعي.

على الرغم من عدم وجود قيم نهائية متاحة، إلا أن هناك شعورًا لدى بعض الباحثين بأن الخرسانة خفيفة الوزن تحت الاختبار تؤدي أداءً أفضل في التصميم المركّب، ربما لأن الزحف والانكماش الأعلى قليلاً قد يميلان إلى توزيع الحِمل على موصلات أكثر ممّا يحدث عندما تكون الحزم المركّبة ذات الوزن الطبيعي التي تم اختبارها. الخاصية الأخرى هي الأداء الأفضل للخرسانة خفيفة الوزن في اختبارات الحريق، بسبب خصائص العزل المحسّنة.