مقاومة التماسك في الخرسانة

ماذا تعني قوة التماسك؟

يمكن تفسير قوة الرابطة في الكيمياء على أنها القوة التي تجمع بها الرابطة الكيميائية ذرتين معًا، يتم قياس ذلك بشكل تقليدي من حيث كمية الطاقة بالكيلو سعرات الحرارية لكل مول المطلوبة لكسر الرابطة، أما في الهندسة هي مقدار الالتصاق بين الأسطح المستعبدة، يتم قياسه بالضغط المطلوب لفصل الطبقات الرابطة عن بعضها البعض.

في الهندسة يتم قياس كمية الالتصاق بين الأسطح المستعبدة من حيث الضغط المطلوب لفصل طبقة من المواد من القاعدة التي يتم ربطها بها، ترتبط قوة السندات ارتباطًا وثيقًا بأمر السندات ويمكن قياسها كمياً من خلال طاقة السندات وطاقة تفكك الرابطة، يُؤثّر الطلاء عن طريق الجلفنة أو بالإيبوكسي على قوة الرابطة حيث تزداد قوة الروابط مع خشونة السطح.

قوة التماسك بين الخرسانة من مختلف الأعمار:

يرتبط توافق الأبعاد بين الخرسانة من الإصلاح والركيزة بقدرة مواد الاسترداد على توزيع التوترات على سطح التلامس والتي تنتج عن تشوهات مختلفة في المواد دون انفصال أو تشقق في طبقة الإصلاح، يُشار إلى عدم توافق الأبعاد كأحد الأسباب الرئيسية للفشل المُبكّر للهيكل المُصلح والذي يمكن أن يولد مشاكل متانة الإصلاح، حالة بيوسهاوزن وألكسندر شائعة لاتحاد الخرسانة من مختلف الأعمار تحدث أثناء إصلاح الهياكل الخرسانية وعند تقاطع العناصر الخرسانية مسبقة الصب.

تشير حالة بيوسهاوزن وألكسندر إلى الأعمار في مفاصل الخرسانة التي تحدث في الممارسة العملية بطريقة مخططة، أو عن طريق الانقطاعات اللاإرادية، كما يمكن أن تكون الفترة الفاصلة بين صب الخرسانة الأولى والثانية عدة ساعات أو حتى أيام. وفقًا لحالة بيوسهاوزن وألكسندر فإنَّ مجرد تداخل الخرسانة مع أعمار مختلفة يمكن أن يؤدي إلى التشقق والانفصال في العناصر التي كان من المفترض أن تتحد.

ترتبط الأسباب التي تؤدي إلى عدم كفاءة هذا الاتحاد بعدة عوامل مثل إعداد سطح الركيزة وطريقة تطبيق الخرسانة الطازجة وإجراءات المعالجة وحتى العوامل البيئية. ومع ذلك، فإنَّ التأثيرات السلبية الرئيسية لفشل الارتباط بين الخرسانة القديمة والجديدة هي التنفيذ غير المناسب للربط والانكماش التفاضلي بين الخرسانة الجديدة والقديمة.

التماسك بين الفولاذ والخرسانة:

في الهيكل الخرساني المقوى، فإنَّ قوة الترابط بين الخرسانة والحديد لا تقل أهمية عن قوة الانضغاط للخرسانة. وإنَّ الترابط بين الخرسانة والصلب مهم من حيث السلوك الهيكلي كما يتعلق بالتصدع الناجم عن الانكماش والتأثيرات الحرارية في الأعمار المُبكّرة، من المعتاد فصل قوة الرابطة في ثلاثة أجزاء مثل الالتصاق والاحتكاك والتفاعل الميكانيكي، يعتمد هذا التصنيف على مُنحنيات الإجهاد مقابل الإزاحة، والالتصاق هو الاتحاد الكيميائي حيث ينشأ الاحتكاك عندما تكون هناك حركة بين المواد وتتعلق القبضة الميكانيكية بالتروس الميكانيكي.

ومع ذلك، يؤكد هؤلاء المؤلفون أن فصل قوة الرابطة في هذه الأجزاء الثلاثة هو تخطيطي فقط بسبب استحالة تقييم كل واحد، هذا مُبرّر بحقيقة أنه حتى القضيب الفولاذي ذو المظهر السلس قد يوفر التصاق ميكانيكي اعتمادًا على خشونة السطح بسبب التآكل وعملية التصنيع التي يمكن أن تنتج حواف على السطح، إنَّ الخصائص الرئيسية التي تُؤثّر على قوة الرابطة هي نوع الخرسانة المستخدمة (الركام، مواد الإسمنت التكميلية، الألياف، قضبان الحديد ومعلمات التحميل).

اختبارات مقاومة التماسك:

أجريت اختبارات قوة التماسك بين الخرسانة من مختلف الأعمار في ظروف الإجهاد الميكانيكي المختلفة، مثل إجهاد الشد تحت ضغط القطر، إجهاد القص عند 45 درجة وإجهاد القص العمودي. تم قياس قوة الرابطة بين الخرسانة والحديد عن طريق اختبار الاقتلاع. عند تقييم قيم قوة الرابطة بين الخرسانة من المهم مراعاة حالة الإجهاد للواجهة الناتجة عن طريقة الاختبار والتي قد تمثل حالة الإجهاد الرئيسية الموجودة في الهيكل.

ومع ذلك، نظرًا لِتنوع حالات الإِجهاد التي يمكن أن تسبب فقدان الروابط بين المواد، فمن الصعب اختيار الطريقة التي تمثل حالة الهيكل المحدد بشكل أفضل، ممّا يؤدي في كثير من الأحيان إلى اختيار الطريقة التي تتوفر بها المعدات المتاحة.

اختبارات قوة السندات عن طريق إجهاد الشد تحت ضغط قطري:

بالنسبة للخرسانة الركيزة، تم صب عشر عينات في قوالب أسطوانية بقطر 100 مم وارتفاع 200 مم، يتم ضغطها بواسطة هزاز الغمر ومعالجتها بغمر الماء، في عمر 28 يومًا تم كسر العينات بواسطة إجهاد الشد تحت حمل ضغط قطري (اختبار الشد غير المباشر)، تم أخذ متوسط قيمة مقاومة الشد هذه كمعلمة مقارنة مع النتيجة التي سيتم الحصول عليها للربط بين الخرسانة القديمة والجديدة تحت نفس ظروف الاختبار، من 20 نصف عينة تم اختيار 12 منها وتم السماح لها بالبيئة في المختبر لمدة ستة أشهر للشيخوخة.

اختبار قوة السندات بواسطة القص المائل:

لهذه الاختبارات تم إنتاج 12 عينة منشورية مع الخرسانة الركيزة وخرسانة الاسترداد، إنَّ قياس كل عينة 100 مم × 100 مم × 300 مم، تم تطبيق الخرسانة الركيزة حتى نصف القالب، حيث كان هناك لوحة فاصلة، بعد أن تم هدمها وعلاجها لمدة 28 يومًا عن طريق الغمر في الماء، خضعت أنصاف العينات ذات الركيزة الخرسانية لعملية الشيخوخة الطبيعية في بيئة المختبر لمدة 90 يومًا. بعد ذلك، تلقّت هذه العينات المعالجة المحددة في الواجهة بين نوعي الخرسانة.

وهكذا، تم إنتاج أربع عينات لكل سلسلة مع نوع العلاج الخاص بها، من بين تلك المستخدمة بالفعل في اختبارات الشد عن طريق الضغط القطري بعد تطبيق العلاجات، تم استبدال العينات القديمة في القوالب وتم استكمالها بخرسانة الاستعادة، بعد المعالجة بالغمر لمدة 28 يومًا تم إخضاع العينات لاختبار الضغط المحوري للتسبب في إجهاد القص المائل وقياس قوة الرابطة بين الخرسانة الجديدة والخرسانة القديمة.

اختبار قوة السندات بواسطة القص العمودي:

هنا تم إنتاج تسعة عينات وتشكيل الجزء المركزي من العينات، تم هدم هذه العناصر بعد 24 ساعة وتمت معالجتها مغمورة في الماء لمدة 28 يومًا. بعد ذلك، تم تقسيم العينات التي لا تزال غير مكتملة إلى ثلاث مجموعات بثلاث عينات والتي تلقت فيما بعد العلاج المحدد في الواجهة، ثم خرسانة الاستعادة، تعرضت هذه العينات الغير مكتملة الشيخوخة في المختبر لمدة 90 يومًا.

بعد الشيخوخة، تم استبدال العينات في القوالب واستكمالها بِخرسانة الاسترداد على جانبي القالب، بعد معالجة محددة للواجهة بين نوعي الخرسانة وفقًا لكل مجموعة من العينات، تم تقديم العينات لاختبار الضغط المحوري، ثم الحصول على نتائج قوة الرابطة من خلال إجهاد القص الرأسي بواسطة المعادلة.

اختبار سحب قضبان الحديد المدرجة في الخرسانة:

تم إجراء اختبارات السحب لتحديد قوة العلبة المصنوعة من الحديد والخرسانة ومحاكاة حالة الاستبدال أو إضافة قضيب فولاذي في الهياكل الخرسانية المسلحة، تم إنتاج ثمانية عينات منشورية للخرسانة الركيزة بأبعاد 100 مم × 100 مم × 200 مم، تم إنتاج أربعة منهم بقطعة من قضبان الحديد بقطر 8 ملم، تم إدخالها بالفعل أثناء الصب بطول مدرج 80 مم، أيّ عشرة أضعاف القطر الاسمي للشريط. ويتم حفظها دون إدخال قضبان الحديد من المعالجة حتى نهاية فترة الشيخوخة، تم شفاء هذه العينات في أكياس بلاستيكية محكمة الإغلاق لمدة 28 يومًا.

وبعد فترة المعالجة، تُترك العينات في الهواء في المختبر لمدة 90 يومًا، ثم العينات التي لم تحتوى على قضبان مدرجة تم حفرها بقطر 10 مم وتم ملء الثقوب براتنج الإيبوكسي كجسر للربط بين الفولاذ والخرسانة وعلى الفور، وقد تم إدخال أجزاء قضبان الصلب وأقطارها لها نفس أبعاد تلك التي تم استخدامها في العينات الأربعة المصبوبة بالفعل مع قطعة شريط إدراجها.

أظهرت نتائج اختبار قوة السندات في الشد بواسطة الضغط القطري أنه حتى مع استخدام المعالجات البينية بين الخرسانة الركيزة والانتعاش، فإنَّ الرابطة بين هذين النوعين من الخرسانة لا تساوي قيمة قوة الشد غير المباشرة للعنصر الأحادي المكون من الخرسانة المفردة، بمقارنة قوة الرابطة بين الركيزة والخرسانة الاسترداد وقوة الشد عن طريق الضغط القطري للعينات مع الخرسانة الركيزة، لوحظ انخفاض في القوة بحوالي 8% حتى عندما تم تطبيق المعالجة البينية بالفرشاة وجسر الترابط اللاحق للإيبوكسي.

بِمقارنة النتائج من اختبارات قوة الرابطة للجر عن طريق الضغط القطري بين الركيزة وخرسانة الاسترداد، لوحظ أن هناك زيادة بنسبة 15% في قوة الرابطة. بالإضافة إلى التنظيف بالفرشاة، تم تطبيق طبقة من الهاون على الواجهة بين الخرسانة، عندما اشتمل العلاج على تنظيف الأسنان بالفرشاة وجسر ربط الإيبوكسي، كانت هذه الزيادة 37% مقارنةً بقوة الترابط عند الوصلة بين الخرسانة التي تم تنظيفها ببساطة.