كيفية اختيار مادة التعزيز المناسبة لأعمال البناء

ما هي مواد التعزيز المناسبة لأعمال البناء؟

تحتوي معظم الخرسانة على بعض التعزيزات الفولاذية المدمجة. حيث يتم الاعتماد على الفولاذ لتوفير قوة الانحناء أو الشد. وإذا كان من المفترض أن يتصرف العنصر الهيكلي كمركب، فإنّنا نطلق عليه اسم الخرسانة المسلحة. ولكن حتى ما يسمى بالخرسانة العادية، حيث نعتمد على الخرسانة لتوفير كل القوة، تحتوي على بعض الفولاذ. ويُسمّى أحيانًا التسليح بدرجة الحرارة.

هذا التعزيز الخفيف عبارة عن تقوية سلكية ملحومة بشكل تقليدي ويهدف إلى تثبيت أي شقوق معًا بإحكام. حيث يعمل الفولاذ والخرسانة بشكل جيد معًا لأن خصائصهما الحرارية متشابهة: يتمدد كلاهما وينكمش بمعدلات مماثلة. كما أن أكبر مشكلة مع الفولاذ في الخرسانة أنه يتآكل. وعندما يحدث ذلك، يكون حجم الصدأ المتكون أكثر من خمسة أضعاف حجم الفولاذ الأصلي، وبالتالي تتضرر الخرسانة من المنتجات الثانوية للتآكل.

الفولاذ مادة تقوية تقليدية تستخدم في البناء لإضفاء قوة الشد والليونة على الهياكل الخرسانية. حيث يمتلك الفولاذ والخرسانة خصائص حرارية متشابهة تجعلها تتمدد وتتقلص بمعدلات مماثلة. كلاهما، بالتالي، يعملان معًا كوحدة واحدة في الهياكل الخرسانية.

أفضل مصدر للمعلومات عن حديد التسليح هو معهد الخرسانة الأمريكي لحديد التسليح للخرسانة. بحيث ينشر المعلومات على عدة مستويات، من الدليل الشامل للممارسات المعيارية إلى دليل موارد حديد التسليح المرجعي الجاهز، وهو كتاب سهل الاستخدام للغاية. أخيرًا، يُعد التآكل من أكبر مشاكل حديد التسليح، حيث يكون حجم الصدأ أكبر بخمس مرات من حجم الفولاذ الأصلي. وهذا يؤدي إلى تلف الهياكل الخرسانية. للتغلب على هذه المشكلة، تم تطوير عدد قليل من أنواع التعزيز، وهي:

1. تقوية الفولاذ المقاوم للصدأ.
   
2. فولاذ البوليمر المقوى بالألياف.
   
3. الفولاذ الكربوني المطلي بالإيبوكسي.
   

توضح هذه المقالة الميزات الأساسية لمختلف أنواع حديد التسليح المتوفرة في سوق البناء. حيث يمكن أن يساعد دليل المواد هذا في اختيار أفضل مواد التسليح وفقًا للمتطلبات.

كيف يتم اختيار مادة التعزيز المناسبة لأعمال البناء؟

عند اتخاذ قرار بشأن مادة التعزيز المناسبة لاستخدامها في مكون مركب جديد، قد يكون من المغري التركيز فقط على نوع الألياف (مثل الزجاج والكربون والألياف الطبيعية وما إلى ذلك). ومع ذلك، فإنّ الطريقة التي يتم بها ترتيب ألياف التعزيز (شكل الألياف) يمكن أن يكون لها على الأقل نفس التأثير على خصائص المكون النهائي مثل نوع الألياف المختارة.

يمكن أن يحدد تنسيق الألياف أيضًا طرق التصنيع الممكنة. في هذه المقالة، سنصف بإيجاز أكثر أنواع التعزيز المناسبة التي يتم اختيارها لأعمال البناء، والألياف الأكثر شيوعًا ونبرز التطبيقات وعمليات التصنيع التي يمكن العثور عليها عادةً.

1- قضبان حديد التسليح المناسبة لأعمال البناء:

يُعدّ اختيار قضبان التسليح الفولاذية عملية بسيطة. يتم تحديد الفولاذ من حيث قُطره ودرجته، ويتم توفير مواصفات التسليح القياسية في المواصفات القياسية لقضبان التسليح الكربونية المشوهة والعادي لتقوية الخرسانة. كما يعني الصلب من الدرجة 40 قضيبًا فولاذيًا بأدنى قوة إنتاجية تبلغ 40.000 رطل لكل بوصة مربعة وفقًا لمعايير ومواصفات الجمعية الأمريكية لاختبار المواد.

يتم تحديد أحجام قضبان التسليح بأحجام شريط البوصة باوند أو أحجام الشريط المتري. حيث تعتبر قضبان التسليح الفولاذية خيارًا جيدًا عندما لا يكون التآكل مصدر قلق للهيكل. ولكونه خيار التعزيز التقليدي، فهو متاح بسهولة. بالنسبة للهياكل الخرسانية التي تتطلب قوة شد أعلى، يمكن استخدام حديد تسليح عالي الدرجة.

2- فولاذ البوليمر المقوى بالألياف:

تتكون بوليمرات تقوية الألياف (FRP) من تقوية الألياف والمواد المالئة والمواد المضافة والراتنج. بالمقارنة مع حديد التسليح، فإنّ حديد التسليح المقوى بالألياف مقاوم للغاية للتآكل. كما أنه خفيفة الوزن وأكثر صرامة. بحيث يزيد استخدام تقوية الألياف في الهياكل الخرسانية من الصلابة وقوة الشد.

يمتلك الراتنج المستخدم في تقوية الفولاذ المقوى بالألياف قوة ضغط عالية يمكنها ربط مزيج الخرسانة بالكامل بكتلة أكثر صلابة. حيث أن ألياف تقوية البوليمر شائعة الاستخدام هي الأراميد والكربون والألياف. والألياف الزجاجية أقل تكلفة، بينما ألياف الكربون هي واحدة من أغلى الألياف.

3- قضبان التسليح من الفولاذ المقاوم للصدأ:

يشكل الفولاذ المقاوم للصدأ فولاذًا منخفض الكربون، مع محتوى كربون إجمالي أقل من 1%. حيث يحتوي على ما لا يقل عن 10.5% من الكروم، ممّا يؤدي إلى تكوين طبقة على سطحه لجعله مقاومًا للتآكل. وهذا يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ. كما أنه بالمقارنة مع قضبان التسليح القياسية، فإنّ قضبان الفولاذ المقاوم للصدأ غالية الثمن. ولكنها توفر قوة ومقاومة عالية لهجمات التآكل، خاصة في البيئات البحرية القاسية، والهجمات من أملاح الطرق.

بناءً على هذه الخاصية، يُفضل استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ للأعمدة والأرصفة ومرائب وقوف السيارات والجدران الاستنادية والأرصفة البحرية والمراسي. حيث توفر المواصفة القياسية لقضبان الفولاذ المقاوم للصدأ العادية والمشوهة لتقوية الخرسانة، التوصيات القياسية لتقوية الفولاذ المقاوم للصدأ.

4- التعزيز المغلف بالإيبوكسي:

تحل قضبان التسليح المطلية بالإيبوكسي أو القضبان الخضراء محل حديد التسليح التقليدي لزيادة قوة الخرسانة ومقاومة التآكل. حيث يتم طلاء قضبان حديد التسليح بمادة الإيبوكسي قبل نقلها إلى موقع البناء. كما تحدد الجمعية الأمريكية لاختبار المواد، المواصفات والتوصيات لقضبان التسليح المطلية بالإيبوكسي. حيث يتم استخدامها لبناء الأرصفة والجسور وهياكل وقوف السيارات والهياكل المعرضة للمياه البحرية وأملاح التذويب.

يمكن أن يلعب حديد التسليح المطلي بالإيبوكسي المصنوع والمعالج بشكل صحيح دورًا مهمًا في تأخير تآكل التعزيز. حيث تتمثل أحد التحديات التي يواجهها حديد التسليح المطلي بالإيبوكسي في جودة الطلاء. وكلما كان الطلاء أكثر حساسية، قلت مقاومة التآكل.

هذا هو أحد الأسباب التي تجعل الفولاذ المقاوم للصدأ أكثر من حديد التسليح المطلي بالإيبوكسي. ومن حيث التكلفة، فإنّ حديد التسليح المطلي بالإيبوكسي أقل تكلفة بثماني مرات من الفولاذ المقاوم للصدأ.

أسئلة وأجوبة حول كيفية اختيار مادة التعزيز المناسبة لأعمال البناء:

1- ما هي الأنواع المختلفة من قضبان التسليح على أساس المواد؟

الأنواع الرئيسية للتعزيزات المستخدمة في البناء هي:

1. حديد التسليح القياسي.
   
2. حديد التسليح المقاوم للصدأ.
   
3. حديد التسليح المطلي بالإيبوكسي.
   
4. الألياف المقواة.
   

2- كيف يتم الاختيار بين قضبان التسليح المطلية بالإيبوكسي والفولاذ المقاوم للصدأ؟

تلعب قضبان التسليح الفولاذية المطلية بالإيبوكسي عالية الجودة دورًا مهمًا في تأخير معدل التآكل. بحيث كلَّما كان الطلاء أكثر حساسية، قلت مقاومة التآكل. وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل الفولاذ المقاوم للصدأ أكثر من حديد التسليح المطلي بالإيبوكسي.

يوفر الفولاذ المقاوم للصدأ مقاومة ممتازة للتآكل ومتانة مضمونة، على عكس حديد التسليح المطلي بالإيبوكسي. ولكن الفولاذ المقاوم للصدأ أغلى بثماني مرات من القضبان المطلية بالإيبوكسي. لذلك، يتم الاختيار حسب المتانة المطلوبة وميزانية المشروع.

3- ما هي أنواع الألياف المستخدمة في تسليح الخرسانة؟

ألياف تقوية فولاذ البوليمر المقوى بالألياف شائعة الاستخدام هي الأراميد والكربون والألياف. ومن بين الثلاثة، تعتبر الألياف الزجاجية أقل تكلفة، في حين أن ألياف الكربون هي واحدة من أغلى الألياف.