أسمنت التربة (التربة المعالجة بالأسمنت) - مزايا، عيوب، أنواع وخصائص

نحن نعلم أن تربة الطين أو الرمل قادرة على تحمل الأحمال الثقيلة ولكنها تخضع للتسوية والهبوط والدمج والتشوه، والتي إذا لم يتم التحكم فيها، فإنها تؤدي إلى فشل وانهيار القص أو الانهيار النهائي للهيكل.

في الواقع، من المعروف أنه في عملية خلط مواد البناء المختلفة من شأنه أن يجمع أيضًا بين إيجابياتها. لذا فإن أسمنت التربة هو أحد العوامل الإيجابية التي تجمع بين إيجابيات التربة والأسمنت.

الأسمنت الذي نعرفه مكلف ويعتبر مادة بناء باهظة الثمن. من ناحية أخرى التربة متوفرة في كل مكان ؛ على الرغم من أنها ليست ذات جودة قياسية في بعض الأحيان ولكن بشكل عام تتوفر التربة الجيدة بوفرة. لذلك يمكننا أن نجعل التربة مثل الأسمنت، أي صخور صلبة وغير منفذة أيضًا عن طريق خلط التربة والأسمنت.

ومن هنا نستطيع اشتقاق تعريف أسمنت التربة:-

ما هو أسمنت التربة - Soil Cement؟

أسمنت التربة عبارة عن خليط عالي الكثافة ومضغوط أو مدموك بإحكام، صلب أو شبه صلب، متين ومنخفض التكلفة من التربة الطبيعية المسحوقة والأسمنت والماء والذي يتصلب نتيجة تفاعل الإماهة للأسمنت والماء.

إنه مادة رصف منخفضة التكلفة عند استخدامها كقاعدة في الأرصفة لحماية الطبقة السفلية، أو استخدامها كمادة مواجهة لسدود الردم حيث لا يتوفر التبليط الصخري riprap المناسب، أو تستخدم ككسوة لمواسير الصرف الثقيلة الخرسانية، أو تستخدم أيضا لحماية المنحدرات.

ناقشنا موضوع سابق عن تثبيت التربة يمكنكم مراجعته: ما هو تثبيت التربة؟ - الطرق والمواد المستخدمة والفوائد

يختلف أسمنت التربة عن عجينة الأسمنت البورتلاندي العادية، بمعنى أن أسمنت التربة يحتوي على محتوى أسمنت أقل ولا يشكل عجينة الأسمنت داخل المصفوفة الخاصة به ولكنه يشكل مصفوفة تحتوي على عقيدات من مادة غير متماسكة أو غير متصلبة أو غير رابطة.

ما هي مكونات التربة الأسمنتية (أسمنت التربة)؟

المكونات المطلوبة لأسمنت التربة، كما سبق ذكرها، هي الأسمنت والتربة والماء.

يجب أن يكون لكل مكون بعض الخصائص المناسبة يمكن استخدام البدائل المناسبة الأخرى لتجنب أي مشكلة في المستقبل.

يجب أن يكون الماء نظيفًا بشكل معقول وخالي من الكميات الضارة من القلويات أو الأحماض أو المواد العضوية لتجنب أي تفاعل سيئ مثل تفاعل القلويات والسيليكا أو كربنة الخرسانة وما إلى ذلك. وأي مياه مناسبة للشرب مناسبة أيضًا للأسمنت في التربة.

ثم يأتي المكون الباهظ الثمن أو المكلف نسبيًا الذي يجب أن تبحث عنه في الأسمنت البورتلاندي. أي نوع من الأسمنت يتبع معايير الجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM) أو الرابطة الأمريكية لمسؤولي الطرق السريعة والنقل بالولاية (AASHTO) جيد للاستخدام في التربة الأسمنتية.

الآن أهم مكون سيتم استخدامه بكميات وفيرة في أسمنت التربة هو التربة. في الواقع، يمكن استخدام أي تربة متوفرة محليًا ولكن بعض أنواع التربة نظرًا لخصائصها قد تحتاج إلى محتوى أسمنت أقل وقد يحتاج البعض إلى المزيد. لذلك يجب علينا أيضًا البحث عن نوع التربة الموجودة في الموقع.

محتوى الطين أو الطمي هو الأقل طلبًا في أسمنت التربة نظرًا لحقيقة أن جميع الطمي أو الطين أو المواد التي لا تحتوي على مواد ناعمة مثل رمال الشاطئ، ترتفع فيها متطلبات الأسمنت.

من الناحية المثالية، التربة الرملية والحصوية بها حوالي ١٠ إلى ٣٥ في المائة من الطمي والطين وما لا يقل عن ٥٥ في المائة من المواد التي ستمر من المنخل رقم ٤ ستعطي عادة أقل متطلبات محتوى الأسمنت. التربة التي تحتوي على ٥٠٪ أو أكثر من المواد التي تمر منخل رقم ٢٠٠ لا ينصح باستخدامها في حالتها الطبيعية.

يمكن استخدام المواد الحبيبية المحلية مثل الخبث، والكاليش، والليميروك، والسكوريا ، بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من مواد النفايات بما في ذلك الرماد المتطاير، ورمل قوالب السبكة، والغربلة من المحاجر والحصى كمواد للتربة. يمكن أيضًا استصلاح الطرق القديمة ذات القاعدة الحبيبية، مع أو بدون سطح بيتوميني، وإعادة تدويرها لصنع أسمنت تربة جيد. هذا يدل على مدى استدامة وصداقة أسمنت التربة للبيئة.

استخدام أسمنت التربة في الأرصفة والطرق السريعة

من الحقائق المعروفة أن عمر الخدمة وجودة الرصف يعتمدان بشكل أساسي على سلوك وأداء تربة الأساس. يستخدم الأسمنت في التربة نظرًا لخصائصه في البناء السهل والتكلفة المنخفضة والصيانة المنخفضة على نطاق واسع كمواد في طبقة الأساس أو طبقة ما فوق الأساس.

من الأمور المهمة التي يجب ملاحظتها هنا أن أسمنت التربة ليس مادة طبقة سطحية، بل هو مادة طبقة أساس تحتاج إلى طبقة سطحية من أي مادة مثل طبقة التغطية السطحية الأسفلتية والمعالجة البيتومينية أو ٩ بوصات من الخرسانة المسلحة المتصلبة أو أي شيء معتمد على طبيعة الاستخدام من الطرق السريعة وخصائص حركة المرور.

خصائص تربة الأسمنت

كما نعلم أن خصائص الخرسانة العادية تعتمد على كمية ونوع المكونات المستخدمة في عملية التصنيع، وكذلك الأمر مع الأسمنت في التربة. المتغيرات الرئيسية التي تتحكم في خصائص وخواص مخاليط التربة الأسمنتية هي نوع التربة أو مادة الركام المستخدمة، ونسبة الأسمنت في المزيج، وحالة الرطوبة ودرجة الدمك.

إن الكم الهائل من المتغيرات التي ينطوي عليها تحديد خصائص التربة الأسمنتية والسلوك غير المتوقع للمكونات يجعل من الصعب التنبؤ بخصائص وخواص عن كيفية أداء أسمنت التربة على المدى الطويل.

كيف يمكن التقليل من هذا السلوك غير المتوقع؟ من خلال معرفة بعض الخصائص قبل استخدام المواد الخام في المزيج. الاختبارات المعملية القياسية ضرورية للتحقق من مقبولية التربة ولتحديد محتوى الأسمنت المناسب ومحتوى الرطوبة الأمثل وأقصى وزن للوحدة الجافة لأسمنت التربة. بعد تصنيف التربة عن طريق تحليل المناخل والاختبارات الأخرى، يمكن تقدير محتوى الأسمنت المطلوب.

يضمن الاختبار أن يكون للخليط قوة ومتانة طويلة المدى. لا يوجد تخمين.

إجراءات وخطوات تنفيذ التربة الأسمنتية Soil-Cement

الآن دعونا نتحدث عن إجراءات التنفيذ أو التكوين: - باختصار، تتكون من تشكيل قاعدة الطريق، ونشر الأسمنت، وخلط الأسمنت والتربة، وإضافة الماء وخلطه، وضغطه/دمكه ومعالجته.

الآن نشرح بإيجاز كل خطوة على حدى: -

١- نشر المواد

تأتي أولاً عملية نشر الأسمنت. يمكن أن يصل الأسمنت في الموقع في أكياس أو في شاحنات كبيرة الحجم. في أي حالة، يجب نشر الأسمنت بشكل موحد، وتوضع الأكياس في نمط محدد مسبقًا اعتمادًا على محتوى الأسمنت المطلوب. الطريقة المثالية لنشر الأسمنت السائب هي استخدام رشاش الأسمنت المصمم خصيصًا، ولكن إذا لم يكن متاحًا فيمكن نثره يدويًا.

٢- خلط المواد

الآن تأتي عملية الخلط، سواء كانت عملية خلط مسبق بالمصنع أو عملية خلط في المكان، هناك حاجة دائمًا إلى الخلط الشامل. يمكن استخدام محطات الخلط المركزية في هذا الأمر. يتم اختيار المواد الحبيبية الهشة نظرًا لمتطلباتها المنخفضة من الأسمنت وسهولة المناولة والخلط. يتم نقل الأسمنت المختلط بالتربة إلى موقع العمل وينشر على الطبقة السفلية المعدة (طبقة الأساس).

٣- الضغط/الدمك

الخطوة التالية هي ضغط الطريق. يجب ضغط ودمك خليط التربة والأسمنت بنسبة ٩٥٪ على الأقل من كثافة بروكتور القياسية. يمكن تحقيق ذلك باستخدام أي بكرات ضغط مناسبة مثل الأسطوانة الفولاذية أو بكرة الإطارات الهوائية أو أسطوانة قدم الغنم. بعد اكتمال الضغط/الدمك، يتم إجراء أي تدريجات بسيطة مطلوبة، وتكون تربة الأسمنت جاهزة للمعالجة. يجب وضع طبقة المعالجة في أسرع وقت ممكن، حيث يجب أن يظل الطريق مبللاً حتى يتم تطبيقه. الممارسة المعتادة هي تطبيق طبقة المعالجة بعد الانتهاء من يومين أو ثلاثة أيام من العمل.

٤- تطبيق الماء والمعالجة

الخطوة التالية في تنفيذ أسمنت التربة هي استخدام الماء أو مركب المعالجة حسب متطلبات المشروع. كما هو الحال مع الخرسانة، فإن عملية تصلب التربة بالأسمنت عبارة عن تفاعل كيميائي بين الأسمنت والماء يسمى تفاعل الإماهة. من أجل اكتساب أسمنت التربة القوة، يجب أن يكون الماء متاحًا لهذا التفاعل. أيضا أي مادة معالجة تحافظ على الماء ستفي بالغرض.

أنواع أسمنت التربة

اعتمادًا على كمية ونوع المكونات المستخدمة في أسمنت التربة ؛ فهو متوفر في العديد من الأشكال والأنواع في المناطق المحلية. بعض منها على النحو التالي :-

١. التربة المعدلة بالاسمنت (CMS)

٢. استصلاح كامل العمق (FDR)

٣. قاعدة التربة الأسمنتية (SCB)

٤. القاعدة المعالجة بالأسمنت (CTB)

التربة المعدلة بالأسمنت (CMS)

إذا كان خليط التربة والأسمنت يحتوي على محتوى أسمنت منخفض نسبيًا من الأسمنت العادي للتربة مما يسمى بالتربة المعدلة بالأسمنت. نتيجة هذا الخليط هي مادة متشققة أو صلبة قليلاً، مماثلة للتربة، ولكن مع خصائص ميكانيكية محسنة مثل اللدونة المنخفضة، زيادة نسبة التحمل وقوة القص، وتغير الحجم المنخفض. الغرض من تعديل التربة باستخدام الأسمنت البورتلاندي هو تحسين الصفات الهندسية للتربة الضعيفة.

يمكن استخدام CMS لتقليل تماسك التربة الطينية أو الطينية (اللدونة)، أو تقليل خصائص تغيير حجمها، أو زيادة قدرتها على التحمل أو تحويل طبقة التأسيس الرطبة والناعمة إلى سطح يدعم معدات البناء.

استصلاح كامل العمق (FDR)

إنها الميزة الأكثر فائدة واستدامة لأسمنت التربة. في هذه الحالة، يتم الحصول على الركام للقاعدة المعالجة بالأسمنت عن طريق التكسير، أي التكسير إلى مسحوق ناعم وإعادة تدوير سطح الأسفلت القديم والمواد الأساسية إلى قاعدة صلبة متينة ومقاومة للصقيع.

قاعدة التربة الأسمنتية (SCB)

في هذا النوع يتم إدخال محتوى أسمنت أعلى نسبيًا. نتيجة لذلك يمكن استخدامه كقاعدة رصف رخيصة للطرق والشوارع ومواقف السيارات والمطارات. في هذه الحالة، يتم استخدامه كدورة أساسية (طبقة أساس الطريق) وبالتالي يتطلب طبقة مانعة للتسرب أو طبقة سطحية للحفاظ على عزل الرطوبة وتقليل التآكل والتلف.

بالمقارنة مع طبقات التأسيس الحبيبية، يمكن أن تكون قواعد أسمنت التربة أقل سماكة في المقطع العرضي وبسبب السلوك الشبيه بالبلاطات فإنها توزع الحمل على مساحة أكبر. يمكن بناؤها بمساعدة المواد المتاحة محليًا بسهولة وبالتالي فهي تحافظ على كل من المواد والطاقة.

القاعدة المعالجة بالأسمنت (CTB)

القاعدة المعالجة بالأسمنت عبارة عن مزيج من ركام التربة الحبيبية أو مادة الركام مع الأسمنت البورتلاندي والماء. إنها مشابهة لتلك الموجودة في قاعدة أسمنت التربة.

ما هي مزايا أسمنت التربة (تربة الأسمنت)؟

كما ذكرنا سابقا حول ماهية أسمنت التربة، وما هي المكونات المختلفة في أسمنت التربة، وكيف يتم استخدام أسمنت التربة في الطرق السريعة والأرصفة وأيضًا ما هي الأنواع المختلفة من أسمنت التربة. الآن نتحدث حول لماذا يجب علينا استخدام الأسمنت في التربة، وما هي فوائده الفعلية.

في الواقع إن أسمنت التربة كما أوضحنا سابقًا هو مثال ممتاز للبناء المستدام والصديق للبيئة. يمكنك ببساطة استخدام الأسفلت المعاد تدويره أو الأسفلت المستصلح بعد سحقه إلى شكل مسحوق يمكن وضعه في أسمنت التربة كتربة.

لكن هناك العديد من المزايا والاستخدامات الأخرى للأسمنت في التربة soil cement التي ستدفعك وتجذبك إلى اختيار أسمنت التربة كمواد بناء بديلة إذا كنت ترغب في إنشاء موقف للسيارات أو نوع من المداخل إلى حديقتك أو منزلك.

البناء السريع

أنت تعلم أنه في مادة الحشو الحبيبية النموذجية، تحتاج إلى ضغط ودمك التربة حتى تصل للاستقرار النهائي وهذا صعب بعض الشئ. ومع ذلك، فإن أسمنت التربة يستقر بعد الإنشاء مباشرة ويكتسب قوة بسرعة. كما أن الأساليب والمعدات الحديثة تجعل عملية تنفيذ أسمنت التربة بسيطة وفعالة للغاية.

إعادة تدوير المواد الموجودة

كما ذكرت سابقًا، يمكن أن تصنع رصيفًا جيدًا وفعالًا وقويًا من أسمنت التربة باستخدام رصيف مرن قديم غير مفيد. لقد تم القيام بذلك لسنوات في الواقع. يمكن إنقاذ الأرصفة المرنة الفاشلة ذات الحفر أو الشقوق والتي لا فائدة منها اقتصاديًا عن طريق إعادة التدوير وكسرها وسحقها ثم بعد إضافة كمية صغيرة فقط من الأسمنت يمكنك جعلها أسمنت تربة مستقر.

تكلفة أولية منخفضة

كما نعلم أنه في المكونات لصنع أسمنت التربة، كانت المادة الخام الوحيدة باهظة الثمن هي الأسمنت، وجميع المواد الأخرى متوفرة بشكل عام وعادة ما تكون متاحة في الموقع. لذلك لا داعي لاستخدام مواد باهظة الثمن، وبالتالي لا تجعلها اقتصادية فحسب، بل تجعل بنائها سريعًا أيضًا. إذا استخدمت طبقة الأساس التقليدية العامة، فقد تحتاج إلى شراء مواد base course باهظة الثمن بالإضافة إلى مصاريف الماكينات ونفقات النقل والتوزيع وغيرها، وهذا ليس هو الحال مع تربة الأسمنت.

مقاومة محتوى الرطوبة والصقيع

في مواد الدورة الأساسية (طبقة الأساس) العادية نواجه مشكلة خطيرة للغاية ؛ إذا ارتفعت الرطوبة السفلية إلى مادة القاعدة الأساسية، فإنها تندمج أو تهبط تحت عبء المرور، وستظهر في النهاية شقوقًا في الجزء العلوي من مسار الطريق السطحي. وبالمثل، إذا تجمد الماء في المناخ البارد، فإن نفس الضغوط ستؤدي إلى تدهور مسار الطبقة العلوية وستتلف مكونات الرصف الفعلية.

القوة

من الكيمياء العامة للأسمنت نعلم أن تفاعل الماء مع الأسمنت لا ينتهي أبدًا ؛ أي يستمر الترطيب والإماهة ويكتسب الأسمنت قوة أكثر فأكثر وهذا دليل على قوته الأكبر. أظهرت النوى المأخوذة من رصيف التربة والأسمنت أنه بمرور الوقت تزداد قوتها مما يجعلها مادة أكثر استدامة عن البدائل الأخرى المتاحة والممكنة.

الصلابة والسلوك الذي يشبه البلاطات

التربة الأسمنتية هي في الواقع أفضل خيار في مناطق التربة التي تعلم أنه لا يمكن لها أن تتحمل الكثير من الأحمال المرورية الثقيلة. يمتلك أسمنت التربة سلوكًا شبيهًا بالبلاطات مما يجعله أكثر صلابة وجساءة من مادة التأسيس العادية. في التربة الأسمنتية، يتم توزيع الحمل على مساحة أكبر مما يجعلها أكثر استدامة ويقلل أيضًا من ضغوط التربة السفلية ويسمح للقاعدة بالحفاظ على رتبتها الأصلية لسنوات عديدة دون أي إصلاح.

أعتقد أن هذه الأمور كثيرة وكافية بما يكفي لإعلامك بأن أسمنت التربة له العديد من المزايا والميزات.

عيوب أسمنت التربة

• تشكيل الشقوق
• يتطلب دائما التحقق من كمية المياه.
• لا يصلح لبعض أنواع التربة.
• يتطلب الإشراف المناسب.