ما هي الخرسانة عالية الأداء؟
يتم إنتاج الخرسانة عالية الأداء من أجل تلبية العديد من المتطلّبات التي تعتبر حاسمة لنجاح بناء المباني في ظروف خاصة. قد تتضمن متطلبات الأداء للخرسانة عالية الأداء تحسين وضع الخرسانة والضغط دون الفصل، والخصائص الميكانيكية طويلة المدى وقوة العمر المُبكّر والمتانة واستقرار الحجم وعمر الخدمة.
الخرسانة عالية الأداء: عبارة عن خرسانة مُصمّمة هندسيًا تُلبّي متطلّبات الأداء والتوحيد الخاصة التي لا يمكن تحقيقها دائمًا بشكل روتيني باستخدام المواد التقليدية فقط وممارسات الخلط والصب والمعالجة العادية وفقًا لرمز معهد الخرسانة الأميركي. ويُعالج معظم أوجه القصور في الخرسانة التقليدية على سبيل المثال المتانة في البيئات القاسية ووقت البناء والقدرة على امتصاص الطاقة للهياكل المقاومة للزلازل وإصلاح الأعمال.
لذلك، تُعتبر الخرسانة عالية الأداء أفضل بكثير من الخرسانة الأسمنتية التقليدية حيث أن مكونات الخرسانة عالية الأداء تساهم بشكل أمثل وكفاءة في الخصائص المختلفة. أخيرًا، يجب أن يكون معروفًا أن جميع الخرسانة عالية الأداء لديها قدرة عالية على القوة ولكن جميع الخرسانة عالية القوة قد لا تكون ذات أداء عالٍ. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه قد لا يتم الحصول على جميع المتطلّبات في نفس الوقت.
ما هي متطلبات الخرسانة عالية الأداء؟
1- قوة عالية للخرسانة عالية الأداء في وقت مبكر:
القوة المُبكّرة العالية هي خاصية مهمة يجب أن تمتلكها الخرسانة عالية الأداء من أجل تصنيفها على أنها خرسانة عالية الأداء. تمكن هذه الخاصية الخرسانة عالية الأداء من الحصول على قوتها المحددة في سن مبكّرة مقارنة بالخرسانة العادية، وقد تتراوح الفترة الزمنية التي يجب أن تتحقق فيها قوة محددة من بضع ساعات إلى عدة أيام.
خاصية عالية القوة في وقت مبكّر تجعل هذا النوع من الخرسانة ليتم استخدامه للخرسانة مسبقة الإجهاد للسماح بالتوتر المبكّر والخرسانة الجاهزة للإنتاج السريع للعناصر والبناء عالي السرعة في المكان وإعادة الاستخدام السريع للشكل والبناء في الطقس البارد والعديد من استخدامات اخرى. ويمكن إنتاج قوة مُبكّرة عالية باستخدام واحدة أو مجموعة من المواد و الممارسات التالية.
- أسمنت فائق القوة.
- نسبة عالية من الأسمنت (400 إلى 600 كجم / م 3).
- نسبة مواد تدعيم مائية منخفضة (0.20 إلى 0.45 بالكتلة).
- ارتفاع درجة حرارة الخرسانة المخلوطة حديثًا.
- ارتفاع درجة حرارة المعالجة.
- مضافات كيميائية.
- مواد الأسمنت التكميلية.
- المعالجة بالبخار.
- عازل للاحتفاظ بحرارة الترطيب.
2- قوة عالية نهائية للخرسانة عالية الأداء:
يمكن أن تتمتّع الخرسانة عالية الأداء بمقاومة ضغط أعلى مقارنة بالخرسانة التقليدية، إذا كانت مقاومة الانضغاط للخرسانة أكبر من 40 ميجا باسكال، فإنّها تعتبر قوة عالية وفقًا لرمز معهد الخرسانة الأميركي. يتم إنتاج الخرسانة عالية الضغط تحت السيطرة الدقيقة في مصانع الخرسانة، قد يتطلّب أو لا يتطلّب إنتاج الخرسانة عالية القوة شراء مواد خاصة. يجب أن يعرف المنتج العوامل التي تُؤثّر على قوة الضغط والدراية لتغيير هذه العوامل للحصول على أفضل النتائج.
3- ديمومة وحياة طويلة للخرسانة عالية الأداء:
عادة ما يكون عمر الخدمة للخرسانة عالية الأداء أطول من عمر الخدمة للخرسانة التقليدية بسبب المتانة الفائقة والقوة العالية. هذا هو السبب في أن عمر خدمة الهياكل التي تم إنشاؤها باستخدام الخرسانة عالية الأداء أكبر من المباني المشيدة بالخرسانة التقليدية.
4- الصلابة العالية للخرسانة عالية الأداء:
يجب أن يكون للخرسانة عالية الأداء صلابة مرضية. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام الركام المناسب مثل البازلت والألياف المناسبة مثل ألياف البولي بروبلين في خليط الخرسانة.
5- المتانة العالية للخرسانة عالية الأداء:
تؤدي أوجه القصور في متانة الخرسانة التقليدية إلى العديد من المشاكل في البيئات العدوانية. ومع ذلك، تحتاج الخرسانة عالية الأداء إلى معالجة معظم هذه المشاكل بسبب السحجات والتجميد والذوبان والكربونات وهجوم الكبريتات والانفجارات والتفاعلات القلوية التجميعية، وإلا فإنّها لا تقدم الأداء المتوقع خلال فترة خدمتها.
1- مقاومة التآكل للخرسانة عالية الأداء:
ترتبط مقاومة التآكل بقوة الخرسانة وهذا هو السبب في أن الخرسانة عالية الأداء هي الحل المثالي لظروف الكشط. تُعتبر هذه الخرسانة مناسبة لبناء الممرات المائية والأحواض الثابتة والأرصفة الخرسانية أو الأرصفة الخرسانية المعرضة لحركة المرور الكثيفة أو الكاشطة.
2- مقاومة الانفجار للخرسانة عالية الأداء:
بقدر ما يتعلّق الأمر بمتطلّبات مقاومة الانفجار، يجب أن تتمتع عالية الأداء بقوة ضغط أكبر من 120 ميجا باسكال وتحتوي على ألياف فولاذية. غالبًا ما تُستخدم الخرسانات المقاومة للانفجار في خزائن البنوك والتطبيقات العسكرية.
3- نفاذية الخرسانة عالية الأداء:
تعتمد كل من المتانة والعمر الافتراضي للخرسانة على نفاذية الغطاء الخرساني. بشكل عام، يجب أن يكون للخرسانة عالية الأداء نفاذية منخفضة جدًا للهواء والماء وأيونات الكلوريد، يتم تحقيق نفاذية منخفضة من خلال الضغط الجيد، وانخفاض نسبة الماء إلى الأسمنت، وأحيانًا استخدام أنواع خاصة من الأسمنت.
4- الانتشار في الخرسانة عالية الأداء:
تمتلك الخرسانة عالية الأداء مقاومة كبيرة للانتشار على سطحها بسبب الأيونات الضارة مثل الكلوريد لأن نسبة الماء إلى الأسمنت منخفضة. كلَّما انخفضت نسبة الماء إلى الأسمنت، انخفض معامل الانتشار. المواد اللاصقة التكميلية، وخاصة دخان السيليكا، تُقلّل من معامل الانتشار.
5- الكربنة في الخرسانة عالية الأداء:
يجب أن تتمتع الخرسانة عالية الأداء بمقاومة جيدة ضد الكربنة، يمكن تحقيق ذلك من خلال نفاذية منخفضة. وبشكل عام، تكون مقاومة الخرسانة عالية الأداء للكربنة أعلى بكثير من العمر الافتراضي للهيكل بشرط توفير غطاء خرساني مناسب.
6- التحكم في درجة الحرارة للخرسانة عالية الأداء:
يلعب التحكّم في درجة الحرارة أثناء الإنتاج والتنسيب والمعالجة دورًا حاسمًا في جودة وقوة ومتانة الخرسانة عالية الأداء. يوصى بممارسة طريقة البناء والتركيب التي تنتج درجة حرارة منخفضة في وقت التسليم، وأدنى درجة حرارة قصوى ممكنة بعد الوضع، وتدرجات درجة حرارة دنيا بعد الوضع وتخفيض تدريجي لدرجة الحرارة المحيطة بعد الوصول إلى أقصى درجة حرارة.
يمكن أن تؤدي درجات الحرارة والتدرجات المرتفعة بشكل مفرط إلى ترطيب سريع للغاية وتشقق دقيق وكبير للخرسانة. لذلك، فإنّ استخدام النيتروجين السائل أو الثلج أو الماء المبرد كجزء من مزيج الماء يمكن أن يتحكّم في درجة الحرارة.
7- مقاومة التجميد والذوبان في الخرسانة عالية الأداء:
بشكل عام، يجب أن تكون للخرسانة عالية الأداء قادرةً على مقاومة التقشر والانفصال الناتج عن التجميد والذوبان، هذا بسبب انخفاض نسبة الماء إلى الأسمنت. يمكن تحسين مقاومة التجميد والذوبان بشكل ملحوظ من خلال استخدام عامل حبس الهواء.
8- الهجوم الكيميائي في الخرسانة عالية الأداء:
تحتاج الخرسانة عالية الأداء إلى توفير مقاومة كبيرة ضد الهجمات الكيميائية، يمكن تحقيق ذلك في المقام الأول باستخدام خرسانة كثيفة وقوية ذات نفاذية منخفضة للغاية ونسبة منخفضة من المياه إلى مواد الإسمنت.
9- تفاعل القلويات والسيليكا في الخرسانة عالية الأداء:
يمكن أن تُؤثّر التفاعل بين بعض الركام السليكي وهيدروكسيدات القلويات على أداء الخرسانة على المدى الطويل. يتم تجنّب ذلك في الخرسانة عالية الأداء بسبب انخفاض المياه إلى نسب الأسمنت التي تجف إلى مستوى لا يسمح بحدوث التفاعل القلوي للسيليكا واستخدام كميات كبيرة من مواد الأسمنت التكميلية التي قد تكون لديها القدرة على التحكم في تفاعل قلويات -لسيليكا.
