اقرأ في هذا المقال
- ما هو وقت ضبط الأسمنت في الخرسانة؟
- مراحل تثبيت الأسمنت في الخرسانة
- وقت الإعداد الأولي والنهائي للأسمنت في الخرسانة
- العوامل المؤثرة على تحديد وقت الأسمنت في الخرسانة
ما هو وقت ضبط الأسمنت في الخرسانة؟
يسمّى إجراء تغيير الأسمنت المختلط من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة بإعداد الأسمنت والوقت اللازم لضبطه يسمى وقت ضبط الأسمنت. ضبط وقت الأسمنت هو تقريبًا نفس وقت الإعداد للخرسانة. في هذا المقال، سيتم مناقشة مراحل إعداد الأسمنت وتحديد أوقات الأسمنت والعوامل المؤثرة ووقت الإعداد الأولي والنهائي للأسمنت المختلف والعمليات المختلفة المعنية.
ينتج عن خلط الأسمنت بالماء معجون بلاستيكي عملي، حيث أنه لبعض الوقت تظل خصائص العجينة هذه دون تغيير تقريبًا، وتُعرف هذه الفترة الزمنية باسم فترة السكون. ومع ذلك، في مرحلة معينة، يبدأ المعجون في التصلب لدرجة أنه على الرغم من أنه لا يزال طريًا، فإنّه يصبح غير عملي. كما يُعرف هذا باسم المجموعة الأولية والوقت اللازم لوصول اللصق إلى هذه المرحلة باسم وقت الإعداد الأولي.
تتبع فترة الإعداد، حيث تستمر العجينة في التصلب حتى الوصول إلى مرحلة يمكن اعتبارها مادة صلبة. ويُعرف هذا باسم المجموعة النهائية والوقت اللازم لوصول العجينة إلى هذه المرحلة باسم وقت الإعداد النهائي. كما تُعرف المادة الصلبة الناتجة باسم معجون الأسمنت المقوى أو أحيانًا باسم الحجر الأسمنتي. مع مرور الوقت تستمر العجينة المتصلبة في التصلب واكتساب القوة، وهي عملية تعرف باسم التصلب.
عندما يتم خلط الماء مع الأسمنت لتكوين معجون، يبدأ التفاعل. وفي شكله النقي، يكون الأسمنت المطحون ناعماً شديد الحساسية للماء. من بين المركبات الثلاثة الرئيسية، تتفاعل أنواع الأسمنت (C3A و C3S و C2S) بسرعة مع الماء لإنتاج مركب يشبه الهلام يبدأ في التصلب ويحدث تثبيت الأسمنت.
يعتمد تقسيم وقت ضبط الأسمنت على وقت الإعداد الأولي للأسمنت ووقت الإعداد النهائي للأسمنت. بشكل عام، الإعداد الأولي هو الوقت المنقضي بين لحظة إضافة الماء إلى الأسمنت إلى الوقت الذي يبدأ فيه المعجون بفقدان المرونة. وقت الإعداد النهائي للأسمنت هو الوقت المنقضي بين لحظة إضافة الماء إلى الأسمنت إلى الوقت الذي فقد فيه المعجون تمامًا لدونته وحصل على صلابة كافية لمقاومة ضغط محدد معين.
مراحل تثبيت الأسمنت في الخرسانة:
يُعرف تحويل العجينة البلاستيكية من الأسمنت إلى كتلة غير بلاستيكية وصلبة باسم إعداد الأسمنت. ويعرف الوقت المطلوب لهذه العملية بوقت تحديد الأسمنت. قد يستغرق هذا التغيير من كتلة بلاستيكية إلى كتلة غير بلاستيكية أي وقت ما بين بضع دقائق إلى ساعة أو أكثر. كما يعتبر وضع الأسمنت ظاهرة كيميائية معقدة ويعتقد أنها تحدث في ثلاث مراحل، سيتم ذكرهم أدناه.
1- مرحلة التحلل المائي والترطيب للأسمنت في الخرسانة:
تبدأ عملية التثبيت بعد إضافة الماء. في هذه العملية، يتم ترطيب أربعة مركبات من الأسمنت (C3S وC2S و3CA1 و4CAFe)، بحيث يتم ترطيب مركب C3S من الأسمنت ويشكل مركب سيليكات مائية معقدة.
2- المرحلة الغروية للأسمنت في الخرسانة:
تنفصل المنتجات المتكونة من المرحلة أعلاه على شكل مادة هلامية تتكاثف تدريجياً وتعمل كغراء حول الركام. وبذلك تبدأ عملية ضبط الأسمنت. خلال هذه المرحلة، يصبح الملاط (معجون الأسمنت والماء والرمل) مشبعًا بالكامل ولا يمكنه امتصاص المزيد من الماء.
3- مرحلة التبلور للأسمنت في الخرسانة:
كما يشير اسم المرحلة، فإنّ معظم مكونات الهلام أو الحالة الغروية تتشكل في حالة بلورية. كما أن المركبات الأقل استقرارًا مثل ألومينات ثلاثي الكالسيوم وهيدروكسيد الكالسيوم هي المركبات التي تخضع لمرحلة بلورية مستقرة. بحيث يتصلب جل سيليكات الكالسيوم المائي أيضًا في وقت واحد تقريبًا. وينتج عن هذا التطور المتزامن تقريبًا للبلورات وتصلب الهلام إلى كتلة قوية ومتداخلة من البلورات والمواد الهلامية.
تتشكل البلورات بعد فترة زمنية معينة تُعرف بالوقت المحدد الأولي وتتشابك مع بعضها البعض. حيث أن الخرسانة سائلة تمامًا قبل أن يتماسك الأسمنت، ثم تتصلب تدريجيًا. بحيث يحيط خليط الأسمنت والماء الذي تبلور بهذه الطريقة جزيئات الركام وينتج مادة كثيفة، وتستمر الخرسانة في التصلب على مدى عدة أشهر. التصلب ليس عملية تجفيف ويمكن أن يحدث جيدًا في الماء.
تعمل الحرارة على تسريع عملية تثبيت وتصلب الأسمنت، كما أن البرودة تؤدي إلى إبطائها ويمكن أن توقف العمليات تمامًا. من أجل التبلور يحتاج الأسمنت إلى كمية من الماء تساوي 25% من وزنه. ولكن لكي يتم وضعها وتظل قابلة للتطبيق بشكل كافٍ، يلزم عادةً ضعف هذا المعدل. ومع ذلك، فإنّ الكثير من الماء يمكن أن يقلل من قوة ومتانة الخرسانة. كما يعمل المعجون (أيّ خليط الأسمنت والماء) كمواد تشحيم ومادة لاصقة.
وقت الإعداد الأولي والنهائي للأسمنت في الخرسانة:
1- وقت الإعداد الأولي للأسمنت في الخرسانة:
يُعرَّف وقت الإعداد الأولي للإسمنت في الخرسانة بأنه الفترة المنقضية بين وقت إضافة الماء إلى الأسمنت والوقت الذي تفشل فيه الإبرة ذات المقطع المربع 1 مم في اختراق كتلة الاختبار إلى عُمق حوالي 5 مم من قاع القالب. فترة 30 دقيقة هي الحد الأدنى لوقت الإعداد الأولي، المحدد من قبل الكود البريطاني للأسمنت البورتلاندي العادي والسريع التصلب و 60 دقيقة للأسمنت منخفض الحرارة.
2- وقت الإعداد النهائي للأسمنت في الخرسانة:
يُعرَّف وقت الإعداد النهائي للإسمنت في الخرسانة بأنه الفترة المنقضية بين وقت إضافة الماء إلى الأسمنت والوقت الذي تترك فيه الإبرة ذات المقطع المربع 1 مم مع ملحق بقطر 5 مم انطباعًا على كتلة الاختبار. كما أنه يلزم 600 دقيقة للحد الأقصى للوقت المحدد للمجموعة النهائية لجميع أنواع الأسمنت البورتلاندي المذكورة أعلاه.
العوامل المؤثرة على تحديد وقت الأسمنت في الخرسانة:
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على وقت تثبيت الأسمنت بعد خلطه بالماء. بحيث يتم تثبيت بعض أنواع الأسمنت بسرعة، في غضون بضع دقائق بينما قد يستغرق البعض الآخر وقتًا أطول نسبيًا. ومع ذلك، فإنّ وقت الإعداد الأولي للأسمنت هو 30 دقيقة للأسمنت البورتلاندي العادي. ووقت الإعداد النهائي للأسمنت هو 600 دقيقة أو 10 ساعات في المتوسط للأسمنت البورتلاندي العادي.
علاوة على ذلك، فإنّ الإعداد ليس عملية مفاجئة قد تكتمل فور بدئها، إنّها بالأحرى ظاهرة تقدمية لها بداية وتطور كامل ونهاية. وعلى هذا الأساس الأخير، يتم تمييز وضع الأسمنت في الإعداد الأولي والنهائي، ومؤهل بالوقت المطلوب في كل حالة. كما يتأثر الوقت اللازم لتركيب الأسمنت بشكل كبير بالعوامل التالية:
- درجة الحرارة التي يُسمح عندها بضبط عجينة الأسمنت، درجات الحرارة شديدة البرودة تؤخر وقت الإعداد.
- نسبة الماء الممزوج بالأسمنت (نسبة الماء إلى الأسمنت) في صنع العجينة، حيث يجب أن تكون الكمية المناسبة للترطيب الكامل وتشكيل الكريستال. كما ستؤدي كمية أقل من الماء إلى ترطيب غير كامل، وسوف تنزف الكمية الزائدة بعد تثبيت الأسمنت.
- رطوبة الغلاف الجوي التي يُسمح فيها بالحدوث، بحيث يعمل من خلال ظروف درجة الحرارة والرطوبة.
