خصائص وتطبيقات الخرسانة عالية الأداء

ما هي الخرسانة عالية الأداء؟

يتم تعريف الخرسانة فائقة الأداء بأنها الخرسانة التي لها الحد الأدنى من قوة الانضغاط المحددة 150 ميجا باسكال مع متانة محددة ومتانة لقوة الشد ومتطلبات الصلابة، يتم تضمين الألياف بشكل عام لتحقيق متطلّبات محددة وفقًا لتقرير التكنولوجيا الناشئة عن الخرسانة فائقة الأداء، بشكل عام تتكون الخرسانة فائقة الأداء من الإسمنت ودخان السيليكا ورمل الكوارتز الناعم وخلطات تقليل المياه عالية المدى والألياف الفولاذية والمياه المنخفضة إلى المواد الأسمنتية التي تتراوح من 0.15 إلى 0.25.

الخرسانة فائقة الأداء أيضاً فئة جديدة من الخرسانة التي تم تطويرها في العقود الأخيرة لخصائصها الاستثنائية من حيث القوة والمتانة، يمكن استخدام هذه الخرسانة عالية الأداء في إعادة التأهيل الهيكلي وبناء الجسر المتسارع بالإضافة إلى العديد من التطبيقات الأخرى، من الممكن استخدام خليط مختلف مع المواد المكونة المختلفة مثل الركام الخشن والمواد التكميلية لتحسين خاصية محددة للخرسانة.

تشمل الخواص الميكانيكية للخرسانة فائقة الأداء قوة انضغاطية أعلى من 150 ميجا باسكال وقوة شد متواصلة بعد التشقق أكبر من 5 ميجا باسكال، إنّ متانة الخرسانة فائقة الأداء متفوقة إلى حد كبير على تلك الخاصة بالخرسانة العادية نظرًا لأن مسامها متقطعة، ممّا يُقلّل من اختراق السوائل، هذا هو السبب في أن هذا النوع من الخرسانة يُستخدم في هياكل الهندسة المدنية المختلفة مثل تطبيقات البُنية التحتية للطرق السريعة وإعادة التأهيل الهيكلي لمعالجة بعض من التصميم الرئيسي وعمر الخدمة ومشكلات تكلفة دورة الحياة المتعلقة باستخدام الخرسانة.

الهدف من الخرسانة فائقة الأداء:

1. تحسين التجانس الملموس من خلال إزالة الركام الخشن في الخليط.
   
2. تحسين نِسب التدرج والخلط بين المكونات الرئيسية للخليط لتقليل الفراغ بين جزيئات مكونات المزيج وبالتالي يتم تحسين كثافة الخرسانة.
   
3. زيادة ليونة الخرسانة بإدخال ألياف فولاذية إلى خليط الخرسانة، يتم إضافة 2% على الأقل من حجم ألياف الفولاذ إلى الخليط للتغلّب على هشاشة الخرسانة إنّ وجود عوامل مثل نسبة أبعاد الألياف والشكل ومشكلات إنتاج الخرسانة فائقة الأداء مثل قابلية التشغيل تتحكم في الحد الأقصى لمحتوى الألياف.
   

خصائص الخرسانة فائقة الأداء:

1- قوة شد وضغط عالية:

تبلغ قوة الانضغاط للخرسانة فائقة الأداء عشرة أضعاف قوة الخرسانة التقليدية، تمتلك الخرسانة عالية الأداء قوة شد تبلغ حوالي 10 ميجا باسكال.

2- المتانة:

في حين أن قوة الخرسانة عالية الأداء مثيرة للإعجاب، فإنّ متانتها تتجاوز التوقعات حيث تمتلك الخرسانة عالية الأداء خصائص مشابهة للصخور الصلبة.

3- مقاومة التجميد والذوبان:

أظهرت الخرسانة عالية الأداء 100% من خصائصه المادية بعد 600 دورة تجميد وذوبان.

4- نفاذية الكلوريد:

أظهرت الخرسانة عالية الاداء هجرة كلوريد منخفضة بشكل ملحوظ عند اختبارها، تكون أقل من 10% من نفاذية الخرسانة التقليدية.

5- مقاومة التآكل:

تتمتع الخرسانة عالية الأداء بمقاومة ممتازة للتآكل، ما يقرب من ضعف مقاومة الخرسانة العادية.

نسب المواد والخلطات للخرسانة عالية الأداء:

يتم إنتاج الخرسانة فائقة الأداء من المواد التالية:

1. أسمنت بورتلاند.
   
2. غبار السيليكا.
   
3. طحين الحجر الجيري أو الكوارتز.
   
4. رمل ناعم.
   
5. مخفضات المياه عالية المدى.
   
6. ماء.
   
7. ألياف فولاذية.
   

يعرض الجدول 1 نسبتين ممكنتين للمزيج لإنتاج خرسانة فائقة الأداء:

وضع وتصلب الخرسانة عالية الأداء:

إجراء الصب والمعالجة للخرسانة عالية الأداء مشابه لتلك التي تم إنشاؤها بالفعل للاستخدام مع بعض المُلدّنات، مزيج المائع هو وضع ذاتي تقريبًا ولا يتطلّب اهتزازًا داخليًا، إذا لزم الأمر يتسبب اهتزاز الشكل الخارجي في تدفق الخليط في مكانه بسلاسة، بعد مجموعة أولية من 24 ساعة، تتطلّب عملية المعالجة ما لا يقل عن 48 ساعة إضافية، بما في ذلك حمام بخار عند 88 درجة مئوية ثابتة وبالتالي، فهي متاحة للتحميل في غضون ثلاثة أيام مقارنة بما يقرب من 30 يومًا في حالة الخرسانة التقليدية.

تطبيقات الخرسانة عالية الأداء:

1. جسور الطريق السريع.
   
2. مصبوبات إغلاق مصبوبة ميدانياً لِعناصر الجسر سابقة التجهيز (حشوة مشتركة).
   
3. قواعد البايلات (الخوازيق) والأساسات العادية.
   
4. تطبيقات الأمن وتخفيف الانفجار.
   
5. التعديل التحديثي الزلزالي.
   
6. تراكبات رقيقة الترابط على أسطح الجسور المتدهورة.
   
7. جسور المشاة.
   
8. إعادة تأهيل.
   
9. تخزين الوقود النووي المستهلك.
   
10. الواجهات.
    
11. مقاومة الصدمات.
    
12. بيئات عدوانية.
    
13. الستائر والقذائف (القصارة).
    

مزايا الخرسانة عالية الأداء:

1. تقنيات البناء المبسطة.
   
2. سرعة البناء.
   
3. متانة محسنة.
   
4. صيانة منخفضة.
   
5. تخفيض خارج الخدمة.
   
6. الحد الأدنى من الانقطاع.
   
7. تقليل حجم العنصر وتعقيده.
   
8. عمر طويل.
   
9. مرونة أفضل.