العوامل المؤثرة على مقاومة الضغط للخرسانة (رتبة الخرسانة)

تشير قوة / رتبة الخرسانة إلى قدرة الهيكل على الصمود تحت تأثير الأحمال. في عالم البناء، يريد كل مُنشئ أن يكون عمر بنائه طويل الأمد. تعتمد متانة الخرسانة على جودة المادة المستخدمة في الخرسانة. تظهر قوة الخرسانة مدى جودة المواد المستخدمة فيها. يمكن قياس قوة الخرسانة بمعلمات الأحمال، وهي الوزن الذاتي للخرسانة نفسها، وحمل / عبء أجزاء أخرى من المبنى على الخرسانة (التشطيبات وما إلى ذلك)، والحمل الحي، وأحمال الزلزال، وحمل الرياح.

قوة الخرسانة من نوعين ؛ واحد هو قوة الانضغاط والآخر هو قوة الشد للخرسانة. تحدث مقاومة الانضغاط بسبب المواد والأسمنت المستخدم في الهياكل الخرسانية، في حين أن مقاومة الشد ناتجة جزئيًا عن الخرسانة نفسها وينتج جزء كبير من هذه القوة من التسليح (الفولاذ والحديد) الموجودة فيها. قد تتأثر قوة الخرسانة بالعوامل التالية:

العوامل المؤثرة على مقاومة الشد للخرسانة:

تعتمد مقاومة الشد إلى حد كبير على الفولاذ (التسليح) المستخدم في الخرسانة، ومع ذلك، فإن الخرسانة نفسها لها أيضًا دور جزئي في تطوير قوة الشد.

أما في هذه المقالة نناقش بالتفصيل العوامل المؤثرة في قوة الضغط لمادة الخرسانة.

العوامل المؤثرة على مقاومة الضغط في الخرسانة:

• الخصائص الفيزيائية والكيميائية للأسمنت:

تؤثر الخصائص الفيزيائية والكيميائية للأسمنت على متانة وقوة الخرسانة. يعتبر أسمنت OPC (الأسمنت البورتلاندي العادي) مناسبًا للطقس الجاف حيث لا يوجد هجوم ملوحة وكبريتات. الأسمنت PPC (الأسمنت البورتلاندي البوزولاني) مناسب للإنشاءات تحت الماء وهياكل الاحتفاظ بالمياه لأنها مقاومة للهجمات الكيميائية. هناك نوع آخر من الأسمنت يشبه الأسمنت (الأسمنت البورتلاندي المقاوم للكبريتات)، وهو مقاوم لهجمات الكبريتات ومناسب في الإنشاءات بالقرب من شواطئ البحر. يؤثر التركيب الكيميائي والفيزيائي بالتأكيد على متانة الخرسانة.

اقرأ: مزايا وعيوب الأسمنت البورتلاندي البوزولاني (PPC)

• كمية الأسمنت:

تعتبر كمية الأسمنت عاملاً آخر يؤثر على قوة الخرسانة. بإضافة المواد المضافة مع الماء والأسمنت، فإن نسبة الأسمنت هي المحدد الأساسي لتقوية الهيكل الخرساني. إذا كانت نسبة الأسمنت أقل من النسبة المقترحة، فسيتم تقليل قوة الخرسانة. وبالمثل، يجب ألا تتعدى نسبة الأسمنت أيضًا النسبة المقترحة، لأن الكمية الزائدة من الأسمنت ستخلق مسافة كبيرة بين الركام الخشن، وبالتالي تقليل الترابط بين الركام الخشن.

• نوع الركام الخشن:

الركام الخشن هو الحجر والحصى والزلط (الركام الكبير). هناك عدة أشكال للركام الخشن. بعضها كروي، وبعضها مخروطي الشكل. الركام المخروطي الشكل لديه رابطة أقوى بكثير بين بعضها البعض عن الكروي. بشكل عام، فإن شكل الركام الخشن له تأثير عميق على قوة الهيكل الخرساني.

• كمية الركام الخشن:

يجب ألا تكون كمية الركام الخشن زائدة ولا يجب أن تكون أقل من المطلوب. ستؤدي الكمية الزائدة من الركام إلى فقدان الخرسانة لقوتها. وبالمثل، فإن الكمية المخفضة من الركام الخشن ستسبب فجوات أكبر بين حصى الركام، مما يؤثر على قوة الهيكل الخرساني.

• جودة الركام الناعم:

الركام الناعم يعني الجزيئات الدقيقة جدًا من خليط الخرسانة. يتكون الركام الناعم من الرمل والأسمنت نفسه. الغرض من الركام الناعم هو سد الفجوات بين جزيئات الركام الخشن. إذا كانت جودة الركام الناعم جيدة، فستكون قوة الخرسانة أكبر، بينما إذا لم يكن الركام الناعم / الرمل نقيًا ويوجد فيه شوائب، فستفقد الخرسانة الترابط القوي بين جزيئات الخلطة.

• كمية الركام الناعم:

بصرف النظر عن جودة الركام الناعم، فإن كميته مهمة أيضًا إلى حد كبير. إن النسبة المقترحة بين الركام الناعم والركام الخشن والأسمنت سوف تخلق ترابطًا قويًا بين مكونات الخرسانة. من ناحية أخرى، إذا تم إضافة الركام الناعم إلى الخليط بكميات زائدة، فإنه سيؤثر بالتأكيد على أداء الهيكل الخرساني.

• مستوى خلط المواد:

للحصول على نتيجة أفضل، يتم خلط الخليط (المضافات والماء والأسمنت) جيدًا. يؤدي الخلط المتساوي لمواد الخرسانة إلى توزيع جميع مكونات الخليط بالتساوي. إذا لم يتم خلط المواد جيدًا، يتركز الأسمنت في جانب واحد من الخليط. الهيكل المصنوع من الخرسانة المخلوطة بطريقة غير متساوية لن يطور القوة بالتساوي بين الأجزاء المختلفة من الهيكل.

• الظروف البيئية:

الظروف البيئية هي عامل آخر من العوامل المؤثرة على قوة الخرسانة. في المناطق المحيطة الرطبة، لا يحتاج الهيكل الخرساني إلى الكثير من صب الماء والمعالجة. أثناء تواجد الخرسانة في المناطق الجافة والحارة، تتم معالجة الخرسانة بشكل مكثف ولفترة طويلة. علاوة على ذلك، تؤثر الظروف البيئية أيضًا على متانة الخرسانة. في المناطق الممطرة أو في الجو الرطب، يصبح عمر الخرسانة أقصر من تلك الموجودة في منطقة التجوية الجافة والمعتدلة.

• نسبة الماء إلى الأسمنت:

تسمى نسبة وزن الماء إلى وزن الأسمنت نسبة الماء / الأسمنت. إنه أهم عامل لاكتساب قوة الخرسانة. تؤدي النسبة المنخفضة من (م/س) إلى زيادة قوة الخرسانة. بشكل عام ، يتم استخدام نسبة الماء / الأسمنت من ٠.٤٥ إلى ٠.٦٠. تؤدي كثرة الماء إلى الانفصال والفراغات في الخرسانة. نسبة الماء / الأسمنت تتناسب عكسياً مع قوة الخرسانة. أي عندما تزداد نسبة الماء / الأسمنت تنخفض قوة الخرسانة وعندما تنخفض نسبة الماء / الأسمنت تزداد قوة الخرسانة.

اقرأ: أهمية نسبة الماء إلى الأسمنت (م/س) في الخرسانة

• دمك الخرسانة:

يزيد دمك الخرسانة من كثافة الخرسانة بسبب إنها العملية التي يتم فيها إزالة الفراغات الهوائية من الخرسانة المصبوبة حديثًا مما يجعل الخرسانة مضغوطة وكثيفة. إن وجود فراغات هوائية في الخرسانة يقلل بشكل كبير من قوتها. يمكن لحوالي ٥٪ من الفراغات الهوائية أن تقلل القوة بنسبة ٣٠ إلى ٤٠٪. حتى عند نفس نسبة الماء / الأسمنت تختلف القوة باختلاف دقة الدمك. في الخرسانة المدموكة بالكامل، تكون القوة أعلى من الخرسانة المدموكة بشكل غير كافٍ.

• مكونات الخرسانة:

المكونات الرئيسية للخرسانة هي الأسمنت والرمل والركام والماء. تؤثر جودة كل مادة على قوة الخرسانة. لذلك يجب أن تفي جميع المواد بالمعايير القياسية للاستخدام في الخرسانة

• نوع الأسمنت:

يؤثر نوع الأسمنت المستخدم في الخرسانة على قوة الهيكل إلى حد كبير. يمكن استخدام أنواع مختلفة من الأسمنت مع مراعاة الظروف والتحديات البيئية المختلفة. يستخدم OPC في المناطق الجافة والنظيفة والخالية من المواد الكيميائية. بينما يستخدم PPC في المناطق الرطبة والمبتلة لأنه مقاوم لاختراق المياه. SRPC هو نوع آخر من الأسمنت المقاوم لهجمات الكبريتات. يعتبر هذا النوع من الأسمنت ناجحًا للغاية في بعض المناطق مثل المناطق البحرية والساحلية المالحة. يوجد بعض الأسمنت الذي يتصلب بسرعة كبيرة، وهو مناسب في المناطق التي لا تسمح فيها الظروف البيئية بنوع آخر من الأسمنت بطيء التصلب.

اقرأ: الأسمنت سريع التصلب (RHC) - حالات الاستخدام، المزايا والعيوب

• جودة المياه:

تؤثر جودة الماء أيضًا على قوة ومتانة الهياكل الخرسانية. في المناطق التي تكون فيها المياه نقية جدًا ولا تحتوي على أي كبريتات وكلوريدات، يوصى باستخدام OPC و PPC، حيث أن تكلفة الأسمنت معقولة جدًا، بينما في المناطق التي تكون المياه فيها غنية بالمعادن مثل الكبريتات والكلوريدات، يتم استخدام الأسمنت المقاوم للكبريتات والكلوريدات.

• الرطوبة النسبية:

الرطوبة النسبية تعني النسبة بين رطوبة الغلاف الجوي على المدى الطويل لمنطقة معينة وأعلى رطوبة ممكنة في تلك المنطقة. إذا كان الفرق بين الرطوبة أكبر، فإن خطر التأثير على الهيكل الخرساني أكبر أيضًا.

• معالجة الخرسانة:

إن معالجة الخرسانة هو الأكثر أهمية لمنع الانكماش اللدن، والتحكم في درجة حرارة الخرسانة، وتطوير القوة، والمتانة. توفر المعالجة الرطوبة ودرجة الحرارة المرغوبة في الداخل وبالقرب من السطح بعد صب الخرسانة وصقلها من أجل تطوير القوة. بمعنى آخر، توفر المعالجة كمية كافية من الماء للخرسانة لإكمال عملية الإماهة دون انقطاع وهو أمر مهم لتطوير القوة. عادةً ما تتوافق المعالجة لمدة ٧ أيام مع ٧٠٪ من قوة الضغط. تعتمد فترة المعالجة على أنواع الأسمنت وطبيعة العمل. بشكل عام ، يستغرق الأمر حوالي ٧ إلى ١٤ يومًا بالنسبة للأسمنت البورتلاندي العادي. هناك العديد من طرق المعالجة مثل الغمر، والرش، والتعفير، والأغطية الرطبة المشبعة بالمياه، إلخ.

اقرأ: معالجة الخرسانة | وقت المعالجة والمدة | طرق المعالجة

• شكل الركام:

هناك العديد من أشكال الركام مثل الزاوي، والمكعب، والممدود، والمطول، والقشاري، وغير المنتظم، والمستدير. الركام الزاوي له غلاف أو نسيج خشن، والركام المستدير له نسيج ناعم. وبالتالي، فإن الركام المستدير يخلق مشكلة نقص الترابط بين عجينة الأسمنت والركام. تُظهر جزيئات الركام الزاوي تأثيرًا متشابكًا أو مترابطا أفضل في الخرسانة، لكن الركام الزاوي يحتوي على كمية أكبر من الفراغات. لهذا، تكون الحاجة إلى ركام جيد التدرج. يكون شكل الركام أكثر أهمية في حالة الخرسانة عالية القوة والأداء العالي حيث يتم استخدام نسبة منخفضة جدًا من الماء / الأسمنت. في مثل هذه الحالات، تكون حبيبات الركام المكعبة ذات الدرجات الموحدة مطلوبة لتحسين قابلية التشغيل.

• حجم الركام:

تعطي حبيبات الركام الأكبر حجمًا قوة أقل نظرًا لأن مساحة سطحها أقل لتطوير رابطة العجينة المسؤولة عن القوة. الركام ذو الحجم الأكبر يجعل الخرسانة غير متجانسة. لن يتم توزع التحميل بشكل موحد عند الضغط عليها. بسبب النزيف الداخلي، تحدث مشكلة تطوير الشقوق (الشروخ) الدقيقة في الخرسانة عند استخدام ركام أكبر حجما في الخرسانة.

• تدرج الركام:

يحدد تدرج / تصنيف الركام من توزيع حجم حبيبات الركام. إنه أهم عامل عند خلط الخرسانة. هناك ثلاثة أنواع من تدرج وتصنيف الركام وهي: ركام مع الفجوات، والركام المتدرج بشكل سيئ، والركام جيد التدرج. يحتوي الركام جيد التدرج على جميع أحجام جزيئات الركام. لذلك، لديه كمية أقل من الفراغات. يعطي استخدام الركام جيد التدرج قوة أعلى للخرسانة.

• حالة الطقس:

تؤثر حالة الطقس أيضًا على قوة الخرسانة لأسباب مختلفة. في المناخ البارد، تتعرض الخرسانة الخارجية إلى عمليات التجمد والذوبان المتكررة بسبب التغير المفاجئ في الطقس. ينتج عنه تدهور في الخرسانة. مع التغيير في محتوى الرطوبة، تتمدد المواد المكونة للخرسانة وتنكمش. ينتج عن ذلك تشققات في الخرسانة.

• درجة الحرارة:

مع زيادة درجة الحرارة بدرجة معينة، يزداد معدل عملية الإماهة في الخرسانة، مما يكسبها القوة بسرعة. تؤدي التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة إلى حدوث تدرج حراري، مما يؤدي إلى تشقق الخرسانة وتشظيها أو تفتتها. لذا فإن القوة النهائية للخرسانة تكون أقل عند درجة الحرارة العالية جدًا.

• معدل التحميل:

تزداد قوة الخرسانة مع زيادة معدل التحميل لأنه مع معدلات التحميل العالية يكون هناك وقت أقل للزحف. ينتج الزحف تشوهًا دائمًا في الهيكل عند التحميل المستمر. لذلك، يحدث الفشل أو الانهيار عند حد الانفعال بدلاً من الإجهاد. في التحميل السريع، تكون مقاومة الحمل أفضل من التحميل البطيء.