ما هي خصائص متانة خبث الأفران الحبيبية الأرضية في الخرسانة؟
تُعتبر الخرسانة من أكثر مواد البناء شيوعًا. يعتمد أداؤها على المدى الطويل على التفاعلات مع بيئة الخدمة، حيث يكون تغلغل المواد الضارة شديد الأهمية. تحتاج الخرسانة للبُنية التحتية المائية إلى مقاومة العوامل الجوية والهجوم الكيميائي والتآكل عن طريق الامتصاص مع الحفاظ على الخصائص الهندسية المرغوبة عند التعرض لها. خبث الأفران الحبيبية الأرضية (GGBS) هو إضافة شائعة لمركّبات الأسمنت البورتلاندي.
لقد ثبت أن خبث الأفران الحبيبية الأرضية يُحسّن الأداء العام للخرسانة الإسمنت البورتلاندي العادي، ويعزز قوة الضغط القصوى ويقلّل من حرارة الماء والنزيف. كما تم اقتراح أن خبث الأفران الحبيبية الأرضية قد يزيد من متانة الخرسانة في البيئة البحرية. من أجل التحقيق في هذه النظرية، تبحث هذه المقالة في خصائص المتانة لخرسانة خبث الأفران الحبيبية الأرضية للتطبيقات مثل البُنى التحتية للمياه في البيئة البحرية. تم صب المكعبات الخرسانية بنسبة ثابتة من الماء ومادة رابطة تبلغ 0.542 وعولجت لمدة 28 يومًا.
تم تحديد قياسات مقاومة الانضغاط ونسبة الفراغات ومعدّل الامتصاص. أظهرت نتائج التحقيق أن استخدام خبث الأفران الحبيبية الأرضية ينتج خرسانة ذات قوة محسّنة في جميع مستويات الاستبدال مقارنةً بخرسانة الإسمنت البورتلاندي العادي. وأظهرت النتيجة أيضًا أن المزيج الذي يحتوي على 30% من خبث الأفران الحبيبية الأرضية أعطى أفضل أداء إجمالي مع بيانات اعتماد متانة جيدة جدًا، وفراغات أقل، ومعدّل أكثر إحكاما وامتصاصًا للماء أقل، وهو مناسب تمامًا للبُنى التحتية للمياه.
يشير هذا إلى أن الخرسانة التي تحتوي على خبث الأفران الحبيبية الأرضية تُظهر بُنية مسامية أفضل مقارنة بالخرسانة التقليدية باستخدام الأسمنت البورتلاندي فقط. تزداد قدرة التحمّل للخرسانة التي تم فحصها والتي تحتوي على خبث الأفران الحبيبية الأرضية مع زيادة مستوى خبث الأفران الحبيبية الأرضية بنسبة تصل إلى 30% مقارنة بمزيج التحكم مع 100% من أجهزة الكمبيوتر.
يشير هذا بالفعل إلى بداية جيدة في التفكير في اختيار الخرسانة للتطبيق في البُنية التحتية للمياه. تعتبر متانة الخرسانة عاملاً هامًا في الاعتبار للهياكل. سيتم أيضًا مناقشة تأثير خبث الأفران الحبيبية الأرضية لخصائص متانة الخرسانة في هذه المقالة.تعتبر المتانة عاملاً مهمًا يجب أن يكون ملموسًا لأي هيكل بحيث يعمل وفقًا للمتطلّّبات التي تم تصميمه من أجله. إنّه شرط فترة زمنية.
يجب أن يكتسب كل هيكل بغض النظر عن المواد المستخدمة هذه الخاصية. ومن ثم، فإنّ اختيار المواد في تشييد المباني يجب أن يعتمد أيضًا على خصائص متانتها. سنناقش التباين في خاصية المتانة للهيكل الخرساني الذي خضع للاستبدال بواسطة خبث الأفران الحبيبية الأرضية. فيما يلي خصائص متانة الخرسانة مع خبث الأفران الحبيبية الأرضية.
1- مقاومة زحف وانكماش الخرسانة مع خبث الأفران الحبيبية الأرضية:
يُطلق على مقياس تشوّه الخرسانة تحت الحِمل المستمر مع تقدم العمر اسم الزحف. يمكن أن يكون الانكماش إمّا انكماشًا جافًا أو كيميائيًا أو ذاتيًا. أبرزها هو الانكماش الناجم بشكل رئيسي عن تبخّر الماء من فراغات الهيكل الخرساني. تعتبر المعلمتان الانكماش والزحف والتجفيف من العوامل المهمة التي تعتمد على الوقت، والتي تؤثر بشكل أساسي على خصائص الخرسانة عالية الأداء.
أُجريت دراسة الزحف والانكماش في عمر 180 سنة والانكماش في عمر 210 يوم على الخرسانة عالية الأداء وخرسانة عالية الأداء أُخرى مع استبدال خبث الأفران الحبيبية الأرضية ودخان السيليكا وخرسانة عادية مع استبدال خبث الأفران الحبيبية الأرضية. أظهرت النتائج أن الخرسانة التي تمتلك العينات المستبدلة قيمة أقل للزحف مقارنةً بعينة مع الأسمنت البورتلاندي العادي وحده. يمكن إعطاء هذا كخاصية الخبث في اكتساب القوة مع تقدم العمر.
تم العثور على قيمة انكماش الجفاف أيضًا أقل مقارنة بالعينة مع عينة الأسمنت البورتلاندي العادي وحدها. يمكن تفسير ذلك من خلال العامل الأساسي المعني، أيّ عدم وجود فراغات. خبث الأفران الحبيبية الأرضية فعّالة في جعل الخرسانة أكثر كثافة وخالية من الفراغات. هذا من شأنه أن يُساعد في حبس الماء داخل الفراغات. هذا من شأنه أن يسهّل تقليل تبخّر الماء وبالتالي لا يوجد تأثير للتقلّص.
2- مقاومة الكلوريد للخرسانة مع خبث الأفران الحبيبية الأرضية:
دراسة أجراها المهندس (Dhir et al). أظهر أن مقاومة الكلوريد لخرسانة الأسمنت البورتلاندي العادي تزداد مع إضافة خبث الفرن العالي الحبيبي. أجريت الدراسة عن طريق اختبار قدرة ربط الكلوريد لخرسانة الأسمنت البورتلاندي العادي وعينات الاستبدال مع خبث الأفران الحبيبية الأرضية في 33.3 ، 50،60 بالمائة. تم إجراء الاختبار من خلال عدم تغيير نسبة الماء إلى الأسمنت عند 0.55.
كانت النتائج كَالتالي:
- تزداد قدرة ربط الخرسانة بالكلوريد مع زيادة محتوى خبث الأفران الحبيبية الأرضية.
- أظهر الاستبدال الأعلى فوق 50% قدرة أكبر على ربط الكلوريد بخمس مرات.
- إذا زاد التعرّض للكلوريد، تزداد أيضًا سِعة الارتباط. إنّها متناسبة مع بعضها البعض.
- يمكن أيضًا قياس مقاومة الكلوريد عن طريق تحديد قوة ونفاذية الخرسانة. لوحظ أن نفاذية الخرسانة مع خبث الأفران الحبيبية الأرضية أقل مقارنة بخرسانة الأسمنت البورتلاندي العادي. هذا من شأنه أن يُساعد في مقاومة حركة أيونات الكلوريد ومقاومة هجوم الكلوريد.
3- مقاومة الكبريتات في الخرسانة مع خبث الأفران الحبيبية الأرضية:
هجوم الكبريتات هو عامل غير مرغوب فيه تتعرّض له معظم الخرسانة المتصلّدة. يؤدي إلى تدهور الهيكل الخرساني المعني. يعتمد الآن مدى استمرار هجوم الكبريتات على وقت أيون الكبريتات ونوع الأسمنت. يمكن أن ينتشر هجوم الكبريتات من خلال تركيز أيوني مختلف للتربة الطينية التي تتلامس معها الخرسانة. تتكون التربة الطينية في الغالب من أملاح تكون إمّا على شكل مغنيسيوم أو كبريتات الكالسيوم. هذه الأملاح لديها إمكانية التفاعل مع أيونات هيدروكسيد الكالسيوم أو هيدرات ألومينات الكالسيوم (C3A) الموجودة في الخرسانة.
المنتجات المتكونة في التفاعل هي كبريتات الكالسيوم والجِبس والتي تحتل حجمًا أكبر من المركّبات الأم. يؤدي هذا القصور في الفضاء إلى التمدد ومع تغيرات درجة الحرارة يحدث الانكماش أيضًا. هذا هو السبب الجذري للاضطراب. الآن كل هذا ممكن فقط إذا تم السماح لأيونات الكبريتات بالتغلغل في الخرسانة. هنا يأتي دور خبث الأفران الحبيبية الأرضية في أنها تُعطي الخرسانة غير منفذة للغاية، وبالتالي الحد من تأثير الكبريتات.
إنّ معدّل التمدّد لِلخرسانة ذات كسر 25 و35 هو 50% من الأسمنت بواسطة خبث الأفران الحبيبية الأرضية. من الواضح أن زيادة كمية استبدال خبث الأفران الحبيبية الأرضية أقل هو التوسع. لقد وجد أنه، حتى الأسمنت الخاص مثل الأسمنت البورتلاندي المقاوم للكبريتات (SPRC)، الذي يحتوي على محتوى منخفض من هيدرات ألومينات الكالسيوم (C3A) يعمل بشكل أقل مقارنة بخرسانة خبث الأفران الحبيبية الأرضية. تتم مقاومة الكبريتات بواسطة جزيئات خبث الأفران الحبيبية الأرضية بثلاث طرق مختلفة كما هو مذكور أدناه.
- لا تحتوي خرسانة خبث الأفران الحبيبية الأرضية نفسها على هيدرات ألومينات الكالسيوم (C3A). المزيد من كمية خبث الأفران الحبيبية الأرضية التي تم استبدالها بالأسمنت، تُقلّل من هيدرات ألومينات الكالسيوم (C3A).
- يستخدم خبث الأفران الحبيبية الأرضية كجزء من تفاعل البوزولاني غالبية هيدروكسيد الكالسيوم. هذا سوف يترك هيدروكسيد الكالسيوم (CaOH2) أقل لهيدرات ألومينات الكالسيوم (C3A) لتشكيل إترينجيت.
- تقاوم خرسانة خبث الأفران الحبيبية الأرضية تغلغل أيون الكبريتات من خلال إعطاء نفاذية أعلى للخرسانة.
4- مقاومة تجميد وذوبان الخرسانة باستخدام خبث الأفران الحبيبية الأرضية:
يُعَد تباين خصائص الخرسانة مع التغير في درجات الحرارة عاملاً مهمًا يشكّك في متانة الهيكل. يحدث كل من التجميد والذوبان في المقام الأول بسبب احتباس الماء بالخرسانة. تتصرّف هذه المياه بشكل مختلف مع درجات الحرارة الباردة والساخنة. هذا السلوك هو التجمد والذوبان. تؤدي هذه الزيادة والنقصان في الحجم مع الخرسانة إلى حدوث تشققات صغيرة تنتشر لاحقًا إلى شقوق أكبر.
هذا التدهور السريع للخرسانة يقاوم بشدة خليط الخرسانة عالي الجودة. تعطي الخرسانة المدمجة مع خبث الأفران الحبيبية الأرضية نوعية جيدة من الخرسانة. تساعد جزيئات خبث الأفران الحبيبية الأرضية في تقليل المسامية التي تُعَد السبب الأساسي لاحتباس الماء. هذا بحد ذاته يُعطي معادن مختلفة تمامًا للخرسانة.
5- مقاومة تآكل التعزيز في الخرسانة مع خبث الأفران الحبيبية الأرضية:
أظهرت الدراسات أن هناك علاقة كبيرة واعتمادًا بين المسامية ونشاط التآكل للخرسانة. تتعرّض الخرسانة لمياه البحر فرص اختراق أيون الكلوريد الذي يؤدي بدوره إلى تآكل التسليح. أثبت استبدال خبث الأفران الحبيبية الأرضية بأبخرة السيليكا بمزيج الخرسانة التقليدي أداءً أفضل من الخرسانة العادية تحت مقاومة التآكل. وفقًا للتجارب، تبيّن أن معدّل مساحة السطح المتآكلة أقل بالنسبة لاستبدال 25 و 40 و 55 بالمائة باستخدام خبث الأفران الحبيبية الأرضية مقارنة بنسبة استبدال نسبة الصفر من الأسمنت. تم تحديد الاختلاف للأغطية 1،2 و 3 سم.
