البحث العام

القائمة الفرعية

الأقسام

أسماء المشتركين

القائمة البريدية

اشتراك
إلغاء اشتراك

عداد الزوار


معرض الفيديو

إعلانات

الخرســــــــانــة الجـــــــاهـــــــــــزة

إعداد المهندس فهمي القربي


الخرســــــــانــة الجـــــــاهـــــــــــزة


تاريخ الخرسانة .



بصفة عامّة و للوهلة الأولى فإنّ كلمة "خرسانة" ليست مرادفا للجمال أو التّجميل. ورغم ذلك فإنّ الخرسانة تستعمل في تشييد أغلب المباني. لهذا السبب لا يمكن إنكار ما تتميّز به من صلابة إضافة إلى أنّها إقتصاديّة، لا تفنى، محافظة على البيئة، و يمكن الإتّكال عليها.


إنّ إستعمال الخرسانة ليس بالحديث بل يعود إلى عصر روما القديمة. كلمة "خرسانة" بالفرنسيّة « Béton » جاءت من الاتينيّة bitumen و تعني صخرة رسوبيّة سوداء اللّون . بالأنجليزيّة « concrete » و جاءت من اللاتينيّة concretum و تعني المعدن الصّلب. إنّ صلابة الخرسانة لا تحتاج إلى برهان بحيث أنّ أقدم المباني التي إكتشفها علماء الآثار يزيد عمرها على ثلاثة آلاف 3000 سنة. فمن بين المباني الأخّاﺬة التي تمّ إنجازها في عهد الرّومان نذكر البانتيون " Panthéon" و طريق المقابر “Abbey Road” في روما. كما نجد في حوض البحر الأبيض المتوسّط أنظمة قنوات و خطوط أنابيب نقل الماء هذا إضافة إلى المسارح و يعود ﺬلك إلى ألفي سنة مضت .
 
 
 
Panthéon – Rome
 
 
 
Abbey Road - Rome



بعد عهد الرّومان اندثرت تقنيّة صناعة الإسمنت. و لكن في منتصف القرن التاسع عشر أصبحت الخرسانة أهمّ مادّة من موادّ البناء. تعتمد الطريقة المتّبعة في صنع الإسمنت على تسخين مزيج من الطّين (أو الصلصال) و الكلس في درجة حرارة عالية جدّا. في النهاية يتمّ الحصول على إسمنت شبيه بالحجر الطبيعي. مع تطوّر المصانع الكبرى للإسمنت في أنجلترا و في العالم ككل أصبح الإسمنت المادّة الأوّلية للخرسانة

يتم إنتاج الخرسانة بخلط الأسمنت و الحصويات والماء بنسب محددة، و الهدف من خلط هذة المواد بكميات محددة هو جعل الخر سانة سهلة النقل و الصب و الخلط و التشطيب و التى بدورها تتصلب لتعطى مادة متينة وشديدة الصلابة.


و تتأثر خواص الخرسانة بمقدار كل مكون من مكوناتها.


أولاَ : الأسمنت :


الأسمنت هو تلك المادة الناعمة الداكنة اللون التي تمتلك خواص تماسكية و تلاصقية بوجود الماء مما يجعله قادراَ على ربط مكونات الخرسانة بعضها ببعض و تماسكها مع حديد التسليح. ويتكون الأسمنت من 3 مواد خام أساسية هي كربونات الكالسيوم الموجودة في الحجر الكلسي، والسيليكا الموجودة في الطين والرمل ، والألومنيا (أكسيدالألمنيوم)
 
Portland cement consists of five major compounds and a few minor compounds. The composition of a typical portland cement is listed by weight percentage in Table 2 . 
 
 Chemical Formula  Weight Percentage Cement Compound
Ca3SiO5 or 3CaO.SiO2  50 % Tricalcium silicate
 Ca2SiO4 or 2CaO.SiO2  25 %  Dicalcium silicate
 Ca3Al2O6 or 3CaO .Al2O3  10 %  Tricalcium aluminate
 Ca4Al2Fe2O10 or 4CaO.Al2O3.Fe2O3  10 %  Tetracalcium aluminoferrite
 CaSO4.2H2O  5 %  Gypsum
 
 
 
Table 2: Composition of Portland cement with chemical composition and weight percent.


أنواع الأسمنت :

هناك عدة أنواع من الاسمنت تأحذ اسمها من الغرض منها ولزوم استعمالها ولكن تبقى مكوناتها الأساسية واحدة وان اختلفت نسبتها من نوع لآخر ومن أهم هذه الأنواع :

الأسمنت البورتلاندي العادي، والأسمنت البورتلاندي سريع التصلد، والأسمنت البورتلاندي المنخفض الحرارة، والأسمنت المقاوم للأملاح والكبريتات، والأسمنت الألوميني … الخ

المكونات الرئيسية للأسمنت البورتلاندي العادي :

1-  ثلاثي سليكات الكالسيوم (Ca3SiO5 or 3CaO.SiO2 ) وتبلغ نسبتها من 45 - 55 % وهي المسئولة عن إعطاء القوة للخرسانة خلال الأيام الثمانية والعشرين الأولى.
2-  ثنائي سليكات الكالسيوم (Ca2SiO4 or 2CaO.SiO2 ) وتبلغ نسبتها من 15-25 % وهي المسئولة عن ظاهرة الالتئام الذاتي حيث تقوم بإغلاق الشقوق الشعرية في المونة وفي الخرسانة و كذلك قوة الشد للخرسانة.
3-  ثلاثي ألومنيات الكالسيوم (Ca3Al2O6 or 3CaO .Al2O3  ) وتتراوح نسبتها من 12-15 % وهي تتفاعل بسرعة عند الخلط وتطلق حرارة عالية لذلك فهي تعطي الخرسانة قوتها في اليوم الأول ولكنها لا تؤثر في القوة النهائية للخرسانة.
4-  ألومنيات حديد رباعي الكالسيوم (Ca4Al2Fe2O10 or 4CaO.Al2O3.Fe2O3  ) وتتراوح نسبتها من 7-12 % وهي تتفاعل في الأيام الأولى وتعطي حرارة عالية ولكنها أبطأ من ثلاثي ألومنيات الكالسيوم.
5-  بالاضافة إلى المكونات السابقة يحتوي الأسمنت على مركبات ثانوية كالجبس (CaSO4.2H2O) أو على شكل أكاسيد مثل أكاسيد البوتاسيوم والصوديوم والمغنيسيوم والتيتانيوم وثاني أكسيد الكبريت . وتشكل هذه المركبات نسبة قليلة من وزن الأسمنت.

خواص و فحوصات الأسمنت :

يجرى على الاسمنت العديد من الفحوصات لتحديد صفاته وللتأكد من جودته ومطابقته للمواصفات، ومن أهم هذه الفحوصات:

 - نعومة الأسمنت  Fineness of Cement
 - فحص القوام القياسي للعجينة الأسمنتية.
-  زمن الشك الابتدائي والنهائي  Initial & Final setting time
 - التحليل الكيماوي للاسمنت.
-  ثبات الأسمنت .
-  مقاومة الأسمنت للضغط المباشر.
-  مقاومة الاسمنت للشد المباشر.
-  فحص الانثناء

التخزين : يجري تخزين الأسمنت بعيدا عن رطوبة الأرض و الجو و المطر فى مكان جاف و نظيف و جيد التهوية .

2- الحصويات

إن لنوعية و خواص الحصويات تأثيراً كبيراً على خواص الخرسانة ونوعيتها لكونها تشغل حوالي (70-75%) من الحجم الكلي للكتلة الخرسانية. وتتكون الحصويات بصورة عامة من حبيبات صخرية متدرجة في الحجم منها حبيبات صغيرة كالرمل والأخرى حبيبات كبيرة كالحصى .
وإضافة إلى كون الحصويات تشكل الجزء الأكبر من هيكل الخرسانة والذي يعطي للكتلة الخرسانية استقرارها ومقاومتها للقوى الخارجية والعوامل الجوية المختلفة كالحرارة والرطوبة والانجماد فانها تقلل التغيرات الحجمية الناتجة عن تجمد وتصلب عجينة الاسمنت أو عن تعرض الخرسانة للرطوبة والجفاف . ولذا فإن الحصويات تعطي للخرسانة متانة أفضل مما لو استعملت عجينة الاسمنت لوحدها.


مما ورد سابقاً يتضح أن خواص الحصويات تؤثر بدرجة كبيرة على متانة وسلوك هيكل الخرسانة. وعند اختيار الحصويات لغرض الاستعمال في خرسانة معينة يجب الانتباه بصورة عامة إلى ثلاثة متطلبات هي: اقتصادية الخليط ، المقاومة الكامنة للكتلة المتصلبة ، والمتانة المحتملة لهيكل الخرسانة. و من الخواص المهمة الأخرى لحصويات الخرسانة هي تدرج حبيباته ، ولغرض الحصول على هيكل خرساني كثيف يجب أن يكون تدرج حصويات الخرسانة مناسبا وذلك بتحديد نسبة الحصويات الناعمة والحصويات الخشنة في الخليط . بالاضافة إلى ذلك يكون تدرج حبيبات الحصويات عاملاً مهماً في السيطرة على قابلية تشغيل الخرسانة الطرية. فعند تحديد كمية الحصويات الموجود في وحدة الحجم للخرسانة تكون قابلية تشغيل الخليط أكثر عندما يكون تدرج الحصويات مناسبا وبذلك تكون الحاجة لكمية الماء اللازمة للخليط أقل وهذا بدوره يؤدي إلى زيادة مقاومة الخرسانة الناتجة. كما وتؤثر الحصويات على الكلفة الكلية للخرسانة . وبصورة عامة فإنه كلما كانت كمية الحصويات الموجود في حجم معين من الخرسانة أكثر كلما كانت الخرسانة الناتجة اقتصادية أكثر وذلك لكون الحصويات أرخص من الأسمنت.


ولغرض الحصول على خرسانة متينة يجب أن تتميز حصوياتها بعدم تأثرها بفعل العوامل الجوية المختلفة كالحرارة والبرودة والتجمد والذي يؤدي إلى تفكك الحصويات، كما ويجب أن لا يحصل تفاعل ضار بين معادن الحصويات ومركبات الأسمنت ، إضافة إلى ضرورة خلو الحصويات من الطين ومن المواد غير النقية والتي تؤثر على المقاومة والثبات لعجينة الأسمنت . ويجب أن تكون الحصويات نظيفة قوية مقاومة للسحق والصدم ومناسبة من حيث الامتصاص ذات شكل وملمس مناسبين وغير قابلة للانحلال بالماء ، ومقاومة للتآكل .

خصائص الحصويات :
 
ا - يجب أن تكون حبيبات الحصويات شبه كروية وغير مفلطحة وتفضل الأنواع عديدة الأوجه.
ب- يجب ألا تزيد نسبة الامتصاص عن 5%.
ج- يجب ألا يقل الوزن النوعي الظاهري عن 2.35
د - يجب ألا تزيد نسبة الفاقد في وزن الحصويات عند اجراء اختبار الثبات عن 10-12% من الوزن.
هـ- يجب ان تكون الحصويات المستخدمة في الخلطات الخرسانية متدرجة ضمن حدود منحنيات التدرج.
و - يجب أن تخضع الحصويات للغسيل قبل استخدامها وذلك لضمان خلوها من المواد العضوية والأملاح الضارة.
 
 

3 - الماء
 

أهمية الماء :
 
1-  إن الماء ضروري لكي يتم التفاعل الكيماوي بين الاسمنت والماء.
2-  وهو ضروري أيضا لكي تمتصه الحصمة المستعملة في الخرسانة.
3-  يعطي الماء الخليط المؤلف من الركام الخشن والناعم والاسمنت درجة مناسبة من الليونة تساعده على التشغيل والتشكيل.
4-  بوجود الماء يمكن خلط مقدار أكبر من الحصويات بنفس الكمية من الأسمنت.
5-  إن الماء يعطي حجماً للخرسانة يتراوح ما بين 15- 20 %.
6-  يضيع جزء من الماء الموجود في خلطة الخرسانة أثناء عملية التبخر.
7-  إن الماء ضروري لعمليات إيناع الخرسانة أثناء تصلبها.


النسبة المائية الاسمنتية :

 
 
 
هي النسبة بين وزن الماء الحر المخصص للتفاعل ( عدا عن الماء الذي تمتصه الحصويات) إلى وزن الأسمنت في الخلطة. ولضبط نسبة الماء في الخلطة أهمية بالغة وعليها تتوقف قوة الخلطة ومساميتها وانفصالها ونزفها ومقدرتها على مقاومة العوامل الجوية من برودة وحرارة وتآكل حيث ان كثرة الماء تضعف الخرسانة وتسبب الانفصال والتدميع والمسامية وقلة الدوام والاهتراء وقلة التماسك والضعف والتقشر والانكماش والتشقق. والجداول التالية تحدد النسبة المائية الاسمنتية القصوى حسب درجة الخرسانة (ACI 211.3-76) :

قوة المكعب القياسي بعد 28 يوم النسبة المائية الاسمنتية
 
 مع هواء  بدون هواء     Kg/cm2
0.23
0.27
0.32
0.37
0.42
0.47
0.53
0.60
0.69
0.77
0.85
0.32
0.36
0.41
0.45
0.50
0.56
0.62
0.69
0.77
0.87
1.00
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
 

 خواص الماء المستعمل في الخرسانة :

1- يكون الماء المستعمل في خلط ومعالجة الخرسانة خاليا من المواد الضارة مثل الزيوت والشحوم والأملاح والأحماض والقلويات والمواد العضوية والفلين والمواد الناعمة سواء كانت هذه المواد ذائبة أو معلقة وخلافها من المواد التي يكون لها تأثير عكسي على الخرسانة من حيث قوة الكسر والمتانة.
2-  يعتبر الماء الصافي الصالح للشرب صالحا لخلط الخرسانة وايناعها.
3-  يسمح باستعمال الماء غير الصالح للشرب في حالة عدم توفر الماء الصالح لشرب على أن لا يزيد تركيز الشوائب فيه عن نسب معينة تحددها المواصفات.
4-  يحظر استعمال الماء غير الصالح للشرب في خلط وايناع الخرسانة إلا بعد أن يثبت مخبريا بأن مقاومة مكعبات الملاط (Mortar) الذي جرى خلطه بالماء غير الصالح للشرب تساوي على الأقل (90) % من مقاومة نظيراتها والتي جرى تحضيرها باستعمال ماء صالح للشرب وذلك عند عمر (7) أيام و (28) يوم وحسب المواصفات الأميركية رقم ASTM C-109
5-  يجرى تصميم الخلطة الخرسانية في المختبر باستعمال نفس الماء غير الصالح للشرب والذي سيجرى استخدامه في الخلطات الخرسانية بالموقع.


4- الإضافات :

الإضافات هي عبارة عن مواد أو تراكيب من عدة مواد كيمائية تضاف للخرسانة أثناء الخلط لتحسين خاصية أو أكثر من خواص الخلطة الخرسانية.

أهم أغراض استعمال الاضافات :

1-  تحسين قابلية التشغيل للخرسانة الطرية.
2-  تعجيل التصلب للحصول على مقاومة عالية في وقت قصير.
3-  ابطاء عملية التصلب ( الشك) في الأجواء الحارة أو النقل لمسافات البعيدة.
4-  تقليل الحرارة المتولدة وتقليل النضح أو النزف ( Bleeding )
5-  تحسين مقاومة التآكل وتقليل التقلص الحاصل أثناء التصلب.
6-  منع صدأ الحديد.

أنواع الاضافات:

بالرغم من تعدد أنواع الإضافات وأسمائها التجارية إلاّ أنها تندرج أساساً ضمن ثلاث مصنفات رئيسية هي:

1-  إضافات مسرعة للتفاعل.
2-  إضافات مبطئة للتفاعل.
3-  إضافات مقللة للماء.

إن لهذه الاضافات مضاراَ لذلك يجب عدم استعمالها إلا في الحالات الضرورية وحسب تعليمات الشركة المصنعة وبأقل الكميات . ومحاولة الاعتماد على تحسين خواص الخرسانة بتعديل مكوناتها الرئيسية.

الخلطات الخرسانية :

بعد أن يتم فحص المواد الأولية ( وهي الحصويات الخشنة والناعمة ، والماء والأسمنت والمواد المضافة) وبعد التأكد من صلاحيتها ومطابقتها للمواصفات، يتم عمل تصميم للخلطة الخرسانية لتعيين كمية كل مادة من المواد اللازمة للحصول على خلطة خرسانية حسب ظروف العمل ونوع المنشأ أو العنصر الخرساني المراد صبه.
وهناك عوامل عديدة تؤثر على التصميم كشكل الحصويات وحجمها وتدرجها وطبيعة العمل والتشغيل وطريقة الخلط وتوفر المواد ودرجات الحرارة، إلا أننا أثناء التصميم نأخذ بعين الإعتبار أن يتم تحديد المكونات بحيث تغطى كل حبات الرمل بالاسمنت وبحيث تدخل الحبيبات الأصغر حجما في الفراغات الأكبر حجما وبحيث تعطي الخرسانة القوة المطلوبة واللدونة اللازمة وأن تكون غير منفذة للماء ومتينة وقوية ومقاومة للعوامل الجوية بأقل التكاليف.

مواصفات الخرسانة
يوجد للخرسانة أربعة خواص أساسية
التشغيلية , الأنفصال الحبيبى , المقاومة و المتانة

و تمر الخرسانة بثلاث حالات
الليونة , الشك و الصلابة
وفى كل مرحلة تكون لها خواص مختلفة.

حالات الخرسانة
حالة الليونة تبدأ هذه الحالة من لحظة إضافة الماء و تكون فيها الخرسانة طرية و سهلة الصب
و الخواص الموجودة أثناء هذه المرحلة هى التشغيلية و الأنفصال الحبيبى و فى هذه الحالة تغرس أقدام العامل فى الخرسانة

حالة الشك تبدأ الخرسانة بالتصلد و لا تكون فيها الخرسانة طرية و الشك يحدث بعد الخلط و أثناء التشطيب
و الخرسانة المبتلة و السائلة تكون سهلة الصب ولكن تكون صعبة جدا فى التشطيب
وتبقى أثار العامل عل سطح الخرسانة أثناء هذه المرحلة

حالة الصلابة عندما تشك الخرسانة تبدأ في اكتساب المقاومة و الصلابة و الخواص الموجودة أثناء هذه المرحلة هى المقاومة و المتانة

1- الخاصة التشغيلية للخرسانة
التشغيلية تعنى الى أى حد تكون الخرسانة سهلة الصب و المناولة و الخلط و التشطيب
فالخرسانة الجافة تكون صعبة الصب و المناولة و الخلط و التشطيب وبالتالى لاتكون قوية و متينة عند تصلبها نهائيا.
و يستخدم اختبار الهبوط فى قياس تشغيلية الخرسانة.

 


K1 : بيتون غير قابل للصب وفق المعايير الألمانية و حسب واورد في دليل المضخات لدى شركة شفينغ
K2: بيتون قابل للصب وفق المعايير الألمانية و حسب واورد في دليل المضخات لدى شركة شفينغ
K3: بيتون سهل الصب وفق المعايير الألمانية و حسب واورد في دليل المضخات لدى شركة شفينغ

تتأثر الخاصة التشغيلية للخرسانة بـكمية معجون الخرسانة (معجون الخرسانة هو الجزء الطرى أو السائل فى الخلطة) و عند زيادته فى الخلطة تكون أكثر تشغلية، كما أن تدرج الحصويات المدور و الأملس أو جيد التدرج يزيد تشغيلية الخلطة.

2- مقاومة و متانة الخرسانة
الخرسانة جيدة الصنع بطبيعتها تكون قوية و متينة
و تكون كثيفة و غير منفذة و تقاوم التغير فى درجات الحرارة و تتحمل التغير فى الظروف المناخية
و تتأثر مقاومة و متانة الخرسانة بكثافة الخرسانة حيث تكون الخرسانة الكثيفة عديمة النفوذية للماء و تزداد متانة الخرسانة بزيادة مقاومتها. و الخرسانة الجيدة الصنع تكون مهمة جدا لحماية حديد التسليح فى الخرسانة المسلحة . يتم قياس مقاومة الخرسانة فى حالتها المتصلدة عادة بـمقاومة الضغط لدى استخدام إختبار الضغط.

تتأثر المقاومة و المتانة بـالتخلص من الهواء فى الخرسانة و الخلط المناسب يزيد من كثافة الخرسانة والتى بدورها تكون قوية و متينة. كما أن الماء الماء الدافئ يسرع من اكتساب الخرسانة مقاومتها بسرعة.

نوع الأسمنت الأنواع المختفلة من الأسمنت تؤثر على خواص الخرسانة مثل أخذ مقومتها القصوى بسرعة او ببطء، و تلعب نسبة الماء إلى الأسمنت دوراً هاماً فزيادة كمية الماء و عدم كفاية كمية الأسمنت تعني في النهاية خرسانة ضعيفة المقاومة و قليلة المتانة.

نسبة الماء إلى الأسمنت= وزن الماء / وزن الأسمنت
كلما قلت هذه النسبة زادت مقاومة الخرسانة