الــخـرســانـة
التعريف : طبقا للموسوعة البريطانية هى مادة بناء مكونة من خليط من الاسمنت cement البورتلاندى والماء مكونة عجينة تربط الركام aggregate الذى يعمل كمادة خاملة لتكون كتلة شبة حجرية عند تصلد العجينة بين التفاعل الكيميائى بين الاسمنت والماء لتكون جسم الخرسانة الذى يتحمل الاحمال .
ركام صغير
ركام كبير
الركام (75% تقريبا)
اسمنت
هواء و ماء
أضافات
مكونات الخرسانة :
1- ركام (صغير – كبير ) مثل رمل – زلط – كسر حجارة ....
2- الاسمنت ( بورتلاندى – حديدى – مقاوم للكبريتات ... )
3- ماء .
4- الاضافات ( لتحسين قابلية التشغيل – معجل الشك تخفيض الماء وتأخير الشك منع نفاذ الماء والهواء المحبوس .
* حديد التسليح من مكونات الخرسانة المسلحة .
للخرسانة حالتان :
1- خرسانة طازجة fresh concrete
الخرساته الطازجه شرطها ان تكون ذات قوام معين تؤدى الى سهوله التشغيل دون حدوث انفصال حبيبى او نزيف (هروب الماء الى سطح الخرسانه حاملا معه الأسمنت)
2- خرسانة متصلدة hardened concrete : ان تكون ذات خصائص مثل مقاومه الضغط و التحمل مع الزمن تحول دون حدوث ضعف او تفتت او انهيار.
انواع الخرسانة :
1- خرسانة عادية : فى الأساسات العاديه (تحت القواعد المسلحه)
2- خرسانة مسلحة : فى جمبع الأعمال الأنشائيه.
3- خرسانة سابقة الاجهاد : خرسانه تم اكسابها اجهاد ضغط
4- خرسانة سابقة الصب :مثل البلاطات والأعمده و الحوائط او السلالم.
5- خرسانة عالية المقاومة : من 600 كجم\سم2 الى 1400 كجم\سم2
6- خرسانة الليفية : تحسن الشد-الأنحناء –القص و الصدم
7- خرسانة رش (المدفع ): فى اعمال الترميم ويكون بسبه الاسمنت الى الرمل 4:1
8- خرسانة الكتلية :يستخدم اسمنت منخفض الحراره فى اعمال السدود و الخزنات الأرضيه .
9- خرسانة المعمارية :ذات الوان و اشكال عديده.
* مزايا الخرسانة كمادة انشائية :
1- مقاومة عالية جداً وخصوصاً للضغط ( تحمل احمال الضغط )
2- سهولة تواجد المواد المكونة لها ( رمل – زلط – اسمنت )
3- افضل تكاليف بالنسبة للمواد الاخرى .
4- سهولة التصنيع ( الفرم ) .
5- امكانية التحكم فى نوعية و كمية المواد المكونة لها .
وذلك للحصول على خرسانات تصلح للاستخدامات المختلفة .
* عيوب الخرسانة :
1- ضعف المقاومة فى تحمل الشد ( اجهادات مقاومة الشد فى الخرسانة صغيرة لابد من استخدام حديد التسليح فى اماكن الشد )
2- حركة التمدد بالرطوبة والانكماش بالجفاف : التحركات الخرسانة الناتجة عن الانكماش بالجفاف(فقد الماء الموجود بالعينه المتصلده) تعالج بعمل فواصل للخرسانة اى ( كل جزء فى الخرسانة ينكمش بمفردة ) وكذلك التمدد بالرطوبة.
ملحوظه: نصف الانكماش بالجفاف يحدث فى السنه الأولى من عمر المنشأ.
3- التحركات بالحرارة : معامل تمدد الخرسانة هو نفسة للحديد. ويلافى ذلك بعمل وصلات الحرارية .
4- المنفذية : غير منفذة تماما ويلافى ذلك بعمل خرسانة كثيفة واستخدام مواد اضافية الى الخرسانة اما داخلية او سطحية .
استخدام الخرسانة :
المنشأت – الكبارى – الانفاق – الحوائط الحاملة – الابراج – المأذن – الخزانات ..... الخ .
ركام الخرسانة
خواص حبيبات الركام المؤثرة فى جودة الخرسانة
الخواص الطبيعية
1- الفراغات الداخلية
2- تماسك حبيبات الركام
3- شكل حبيبات الركام
4- تمدد الحرارى
5- الحرارة النوعية
6- الوزن النوعى
7- وحدة الوزن و الفراغات بين حبيبات الركام
8- الرطوبة و امتصاص الماء
9- الزيادة الحجمية للركام الصغير
10- المساحة السطحية لحبيبات الركام
11- التدرج الحبيبى
12- الطين و الطفل و التراب الناعم
الخواص الكيميائية
1- مدلول الخواص الكيميائية للركام
2- ثبات حجم الركام
3- التفاعل القلوى للركام
4- المواد العضوية بالركام
5- العناصر و الاملاح غير المرغوبة فى الركام
الخواص الميكانيكية
1- صلادة الركام
2- متانة الركام
3- مقاومة الركام الكبير و التهشم
4- تحمل الركام مع الزمن
مقدمة : تتكون الخرسانة من حبيبات صخرية متماسكة بمادة لاحمة هى عجينت الاسمنت . يمثل الركام الجزء المالئ الخامل نسبيا ويشغل حوالى 75 % من حجم الكتلة الخرسانية .
اما الوسط اللاحم فهم عبارة عن المادة الناتجة من اتحاد الاسمنت و الماء ( الركام متدرج فى الحجم من حبيبات صغيرة من الرمل الى حصى و حبيبات كبيرة من الزلط او الاحجار المكسرة )
الركام : 1- يقاوم الاحمال , يقاوم عوامل البرى . يقاوم الحرارة و البرودة و الجفاف .
2- مادة مالئة رخيصة
3-يساعد على انقاص التغيرات الحجمية من الشك و تصلد عجينة الاسمنت و الماء .
التقسيم العام للركام
أ- ركام من مصادر طبيعية ( من المحاجر بدون اى تغير لحالتة الطبيعية )
مثل رمل – زلط – الاحجار المكسرة
ب- ركام صناعى ( ركام ناتج بجانب الانتاج ) by – product
خشب الافران – مخلفات الفحم المحترق– ركام مصنع وفقا لمعالجة حرارية مثل ( الطين الحروق– الفيرموكيلت)
الفيرموكليت : مادة نافشه عازلة للحرارة .
ركام ملون للخرسانة المعمارية ( حبيبات الزجاج و السيراميك و الرخام )
الخواص العامة للركام:
1- بالنسبة للمقاس : ركام صغير ( مجموعة حبيبات تمر معظمها 95 – 100 % من المنخل القياسى 4.76 مليمتر .
ركام كبير ( مجموعة حبيبات التى تحتجز معظمها 95 – 100 % على المنخل القياسى 4.76 مليمتر .
ركام شامل ( خليط من الركام الصغير و الكبير )
2- بالنسبة للشكل : ( مدور – غير منتظم – زاوى – مفلطح – عصوى )
3- بالنسبة لحالة السطح : ( زجاجى – ناعم – حبيبى – خشن – بلورى – معشش و مسامى)
أ- تأثير المقاس : تزيد المساحة السطحية لحبيبات الركام كلما كان مقاسها صغيرا. و عند استخدامها فى الخرسانة تحتاج الى كمية من ماء الخلط اكثر حتى تستطيع ان تغلف كل المساحة السطحية الكبيرة للوصول الى درجة التشغيل المناسبة للخرسانة ويترتب على استعمال هذه الكمية الكبيرة من ماء الخلط نقص ظاهر فى مقاومة الخرسانة المتصلدة .
More cement paste
كذلك يحتاج الركام ذات المقاس الصغير الى كمية اكبر من عجينة الاسمنت اللازمة لتغليف هذا السطح الكبير .
To achieve good workability
Diameter of Aggregate(small) S.Area(increase) Mixing water (more) concrete strength (decrease)
ب- تاثير الشكل : الحبيبات المستديرة اكثر قابلية للانضغاط و الكبس عن مثيلتها من الحبيبات الزاوية وعلى ذلك يؤثر شكل الحبيبات الركام على النسبة المئوية للفراغات ومن ثم الكمية المطلوبة من عجينة الاسمنت .
الحبيبات المستديرة تعطى درجة عالية من التشغيل عن مثيلتها من الحبيبات الزاوية .
اما بالنسبة للركام غير المنتظم فأنة يعطى خرسانة صعبة التشغيل )
ملحوظة : الحبيبات التى نسبة مساحتها السطحية الى حجمها عالية فأن درجة التشغيل لديها منخفضة .)رمل ناعم)
ملحوظة : الحبيبات المفلطحة توجه نفسها فى مستوى بحيث تترك الفجوات والمياة اسفلها .
ج- تأثير حالة السطح : تؤثر حالة السطح للركام الى حد ما على مقاومة الخرسانة .
فالحبيبات ذات السطح اللامعه لا تعطى خرسانة بقوة الحبيبات ذات السطح المطفأه اللمعه او الخشنة قليلا .
· يرجع الى تأثير هذه السطوح على التماسك مع عجينة الاسمنت .
· الحبيبات ذات السطوح اللامعة تحسن قابلية التشغيل حيث تقلل الاحتكاك اثناء عملية الخلط .
· كلما ذادت نسبة المسامية فى الحبيبات الركام قلت قوة الخرسانة .
الزجاجى
مثل: حجر صوان اسود
ناعم
رخام
حبيبى
حجر رملى
خشن
بازلت
بلورى
جرانيت
معشش ومسامى
الحجر الخفاف
الاحجار المكسرة الصالحة كركام للخرسانة :
الجرانيت – البازلت – الحجر الرملى – الحجر الجيرى
اشترطات صلاحية ركام الخرسانة :
1- يجب ان تكون هذه الحبيبات صلدة – قوية الاحتمال نظيفة
2- لا تحتوى على مواد ضارة مثل بايريت الحديد او الفحم او الميكا و الشوائب العضوية .
3- يجب ان تكون المقاسات المختلفة للحبيبات موزعة توزيعات منتظما .
خواص الركام المؤثرة فى جودة الخرسانة :
1- الفراغات الداخلية فى حبات الركام :
يتوقف هذا التاثير على حجم الفراغات وكثرتها او اتصالها ووجود الفراغات يؤثر على قوة الركام فيضعفها و يزيد من قدرة حبات الركام على امتصاص الماء و النفاذية للسوائل ويؤثر ذلك على تحمل الخرسانة مع مرور الزمن حيث الحبيبات المشبعة تكون اكثر استعدادا للكسر عن مثيلتها غير المشبعة .
2- تماسك حبيبات الركام مع العجينة الاسمنتية :
تساعد خشونة سطح الحبيبات على زيادة التصاق الركام وعجينة الاسمنت وبصفة خاصة اذا كان اتجاة الخشونة متعامدا مع السطح العام لحبيبات الركام ، اما الخشونة المتموجة فليس لها تأثير ملحوظ .
3- شكل حبيبات الركام :
تقلل حبيبات الركام المفلطحة و العصوية درجة التشغيل الخرسانة لزيادة مساحتها السطحية وتحتاج الى زيادة كمية الرمل و الاسمنت و الماء لتعويض هذا النقص كما انها تنقص مقاومة الخرسانة للضغط .
الحبيبات الركام الزاوية تحتاج الى زيادة مونة الاسمنت للوصول الى درجة التشغيل المناسبه للخرسانة وبذلك تحتاج الى زيادة ملحوظة فى كميات الاسمنت و الماء اذا كانت نسبة الاسمنت الى الماء ثابتة .
4- التمدد الحرارى للركام :
يختلف التمدد الحرارى للركام باختلاف نوع الحبيبات حيث المعامل يتراوح من بين 0.5 _ 9 x10 -6
وتؤثر هذه الخصية على الخرسانة نتيجة اختلاف معامل تمدد حبيبات الركام عن معامل تمدد مونة الاسمنت اختلافا كبيرا .
5- الحرارة النوعية للركام :
تعتبر هذه الخاصية هامة جدا فى الخرسانة الكتلية ولكنها ليست بذات قيمة فى خرسانة المنشات العادية .
6- الوزن النوعى للركام : يعبر عن كثافة حبيبات الركام الفردية وليس عن كتلة الركام
أ- الوزن النوعى المطلق
ب- الوزن النوعى الظاهرى ( لعينة جافة )
ج - الوزن النوعى الظاهرى ( عينة مشبعة بالماء وسطحها جاف )
7- وحدة الوزن و الفراغات بين حبيبات الركام :
تعرف وحدة الوزن بانها وزن وحدة الحجوم من الركام .حيث يمكن للركام ان يكون سائبا او مدموكا او يكون جافا او رطبا مبللا. ويتم تحديده بواسطه معرفه وزن الركام الذى يملأ اناء ذا سعه محدده .
8- الرطوبة و امتصاص الركام للماء :
أ- جاف بالفرن : يتخلص الركام من كل ما به من رطوبة خارجية و داخلية.
ب- جاف بالهواء : يوجد بعض الرطوبة الداخلية لكن الحبيبات غير مشبعة .
ج- مشبع بالماء و السطح جاف :لا يوجد اى ماء حر او رطوبه على سطح الحبيبات لكن تكون جميع الفراغات مملوءة بالماء اى متشبعة .
د - رطب او مبلل : يتواجد فى هذه الحالة الماء الحر و الرطوبة على سطح الحبيبات كما تكون مشبعة بالماء
ملحوظة : خلال فترة الشك يكون مشبع بالماء والسطح جاف فإذا استخدم الركام فى الحالة الجافة يلزم اضافة ماء حتى لا يمتص ماء الخلط .
اذا كانت حبيبات الركام غير كاملة التشبع عند خلط الخرسانة فيمتص الركام جزء من ماء الخلط اما اذا وجد الماء الحر على سطح حبيبات الركام فانة يصبح فى هذه الحالة جزءا من ماء الخلط .
ملحوظه:تستخدم حالة حبيبات الركام عندما تكون مشبعة بالماء والسطح جاف فى معظم طرق تصميم خلطات الخرسانية.
9- الزيادة الحجمية للركام الصغير :
اذا اضيف الى الرمل ماء او كان رطبا ثم قلب فان طبقة رقيقة فى الماء تغلف حبيبات الرمل وتدفع الحبيبات بعيدا عن بعضها البعض نتيجة لتأثير ظاهرة الشد السطحى وبذلك يزيد حجم الرمل ثم تقل بعد ذلك اذا زادت الرطوبة حيث يقل تأثير الشد السطحى تدريجيا .
ملحوظة : ترتفع قيمة الزيادة الحجمية كلما صغرت حبيبات الرمل لكبر المساحة السطحية اى زيادة تأثير الشد السطحى .
10 - المساحة السطحية لحبيبات الركام :
احد العوامل الرئيسية التى تتحكم فى جودة الخرسانة نظرا لان مقاومة الخرسانة للاحمال تتوقف على مقاومة التماسك بين حبيبات الركام.
أذا استعمل : ( الركام الكبير ) فقط مع عجينة الاسمنت يكون الناتج خرسانة ضعغيفة لان المساحة النوعية لسطح الركام الكبير صغيرة وعلى ذلك يكون التماسك وترابط حبيبات الركام على مساحة صغيرة وبالتالى مقاومة ضعيفة للاحمال .
(( مساحة التماسك * اجهاد عجينة الاسمنت = الحمل الاقصى ))
أذا استعمل : ( الركام الصغير ) فقط مع عجينة الاسمنت يكون الناتج خرسانة ضعيفة المقاومة لان المساحة النوعية لسطح الركام الصغير كبيرة فلا تكفى حبيبات الركام عجينة الاسمنت الموجودة بقيمة محددة للالتصاق التام لجميع حبيبات الركام بالتالى تضعف المقاومة للاحمال .
يلاحظ ضعف مقاومة الخرسانة المصنوعة من الركام الكبير ناتج من تواجد الفراغات بالخرسانة نتيجة عدم امكان الدمك التام وعدم وجود حبيبات صغيرة لملئ الفراغات بين حبيبات الركام الكبير اما ضعف مقاومة الخرسانة المصنوعة من ركام صغير فهو ناتج عن كثرة ماء اللازم للخلط لاعطاء خرسانة قابلة للتشغيل و ينتج عن ذلك زيادة الماء الحر الذى يتبخر مسببا فراغات .
المساحة السطحية للركام الخليط تكون مناسبة لاحداث تماسك بين الحبيبات ويحقق المقاومة المطلوبة لخرسانة الاعمال الانشائية وهذه المساحة النوعية حوالى 25 سم2 / جم
11-التدرج الحبيبى : تعريف : هو فصل المقاسات المختلفة من الركام بعضها عن بعض فى اى كمية من الركام . ويكون ذلك باستخدام المناخل بهز الركام فى مجموعة من المناخل مرتبة حسب مقاس فتحاتها و موضوعة فوق بعضها بحيث يكون اكبرها مقاسا اعلى و اصغرها مقاسا فى اسفل ثم وزن المحجوز من كل منخل ، ثم حساب النسبة المئوية للركام المار فى كل منخل ثم توقع العلاقة بين مقاس فتحة المنخل و النسبة المئوية للركام المار .
التدرج الحبيبى للركام sieve analysis :
يتم تقسم عينة الركام الى اجزاء كل جزء يحتوى على مجموعة من الحبيبات التى لها نفس المقاس وذلك حتى :
1- يتم فهم وتحليل نتائج المناخل بأسلوب سهل .
2- معرفة مدى تطابق العينة مع حدود المواصافات .
3- معرفة كون العينة زائدة الخشونة او النعومة او ناقصة من تدرج معين .
انواع الركام فى جهة التدرج :
1- الركام المتدرج : هو الذى يحتوى على معظم مقاسات المناخل القياسية .
2- ركام جيد التدرج : هو الركام الذى يحتوى على الكمية المناسبة من المقاسات المختلفة للمناخل القياسية (تؤدى الى درجة تشغيل مناسبة للخرسانة و توفير فى كمية الاسمنت )
3- الركام الناقص : هو الركام الذى لا يوجد فيه مقاس او اكثر من مقاسات الركام المختلفة .
* المناخل القياسية لاختيار ركام الخرسانة :
1- ( 1.5 بوصة – 1.25 بوصة – 1 بوصة ) الفتحات الواسعة
2- (4/3 – 8/5 – 8/3 – 16/3 )بوصه الفتحات المتوسطة
3- ارقام (7 – 14 – 25 – 52 – 100 ) الفتحات الضيقة
المقاس الاعتبارى الاكبر : يعرف بأنة مقاس اصغر فتحة منخل تسمح لمرور 95 % من الركام الكبير على الاقل .
النسبه المئويه للمار للمار
(مثال لجدول التدرج الحبيبى لعينه ركام)
ميل شديد (رمل زائد)
ميل شديد (زلط زائد)
خط افقى تقريبا (المقاس ناقص)
مقاس المنخل
تحليل نتائج المناخل بأسلوب سهل
مسأله: ارسم منحنى التدرج الحبيبى لعينه من الركام علما بان وزنها الكلى 307 جرام و الوزن المتبقى بالجرام على كل منخل كما بالجدول الأتى:
مقاس المنخل
الوزن المتبقى (جرام)
النسبه %المتبقيه
النسبه المتراكمه
النسبه% للمار
2\1\1"
صفر
صفر
صفر
100
4\3"
صفر
صفر
صفر
100
8\3"
6
2%
2%
98
16\3"
31
10.1%
12%
88
رقم 7
30
9.8%
22%
78
رقم 14
59
19.2%
41%
59
رقم 25
107
34.9%
76%
24
رقم 52
53
17.3%
93%
7
رقم 100
21
6.8%
100%
صفر
اجمالى
307 جرام
%للمار
مقاس المنخل
مقياس لوغاريتمى او حسابى
12- الطين و الطفل و التراب الناعم بالركام :
وجود هذه المواد بالركام بكميات يجعل الركام غير صالح للخرسانة لانه يتسبب فى ضعف شديد فى مقاومة الخرسانة و تاخر لزمن تفاعل الاسمنت مع الماء وخصوصا اذا كانت مغلفة لحبيبات الركام فانها تضعف تماسك الركام و الاسمنت كما يتسبب وجودها زيادة الانكماش بالجفاف الذى ينتج عنه شروخ .
يجب ان لا تتعدى كمية الطين و المواد الناعمة بالركام قيم المعطاة بالكود المصرى .
كمية الطين و المواد الناعمة لا تتعدى الأتى:
3% بالوزن فى الرمل او الزلط المكسر
10% بالوزن من رمل الحجاره المكسره
1% بالوزن من الركام الكبير
الخواص الكيميائية
1- مدلول الخواص الكيميائية للركام :
التعبير بان الركام مادة مالتة خاملة ذات حصة سلبية غير مطلق حيث لا تكون كل حبيبات الركام خاملة بعد تغليفها بالاسمنت ويسبب اى تفاعل كيميائى مشاكل بالخرسانة .
أ- اذا كان بالركام املاح قابلة للذوبان فيسبب تبيقع و تزهر بالسطح
ب- اذا كان بالركام مواد كيميائية تتفاعل مع الاسمنت وبعض الشوائب العضوية تمثل هذا النوع من التفاعل الذى يؤثر على قوة الخرسانة وتحملها مع الزمن .
ج-اذا كان الركام يتفاعل مع الاسمنت عالى القلوية يسبب شروخ للخرسانة ونقصا فى المرونة و المقاومة .
2- ثبات حجم الركام : يعين ثبات حجم الركام بغمر الحبيبات فى محلول كبريتات الصوديوم لمدة من 16 الى18 ساعة ثم يجفف فى الفرن وتكرر العملية عدة مرات ويعتبر الركام ثابت الحجم اذا لم يحدث له اى شروخ او تفتت .
3- التفاعل القلوى للركام :
اذا استعمل عند خلط ركام فى شكل معين متبلور من السليكا يتواجد فى بعض الصخور البركانية مع اسمنت به نسبة عالية من القلويات فيحدث تفاعل بين هذا الركام والقلويات ينتج عنة زيادة فى الحجم يحدث احيانا بعد سنتين او اكثر من صب الخرسانة وعلى ذلك لملافاة هذا التفاعل يراعى تحديد نسبة المكونات التى يحتويها الاسمنت. ( 0.6 % من وزن الاسمنت فى بعض المواصفات )
4-المواد العضوية بالركام :
وجود المواد العضوية بكميات كبيرة بالركام يضر بالخرسانة حيث قد تتفاعل مع الاسمنت او تغلف الحبيبات فتمنع التماسك او تأخر زمن شك و تصلد الاسمنت وبالتالى تضعف الخرسانة .
5- العناصر و الاملاح غير مرغوبة بالركام :
الفحم و عناصر الكبريتور و الميكا و الاملاح الكيميائية الذائبة وخاصة الكبريتات وذلك لتفاعلها مع الاسمنت او كزيادة حجم الخرسانة مسببا الشروخ .
الشروخ الناتجه من التفاعل القلوى للركام محدثا زياده فى الحجم.
الخواص الميكانيكية
1- صلادة الركام :
يتعين صلادة الركام باجراء اختبار البرى abrasion على عينة اسطوانية.
حيث معامل الصلادة = 20 - ⅓ w و w = الفقد فى الوزن بالجرام .
2- متانة الركام Toughness :
تعين متانة الركام باجراء اختبار المتانة على عينة اسطوانية قطرها 25 مم وارتفاعها 25 مم وتسقط مطرقة وزنها 2 كجم من ارتفاع سنتيمتر واحد على عينة الاختبار ثم يكرر ذلك مع زيادة الارتفاع كل مرة بمقدار واحد سنتيمتر ويكون عدد الدقات اللازمة لكسر العينة مقياس لمتانة الركام .
3- مقاومة الركام الكبير للتهشم :
مقاومة الخرسانة العادية للتهشم حوالى 250 كجم / سم2 بينما مقاومة تهشم الركام الكبير تتراوح من 700 كجم / سم2 الى 2000 كجم / سم2 ولذلك لبست بذات اهمية للمنشات العادية بينما يفيد معرفتها فى الخرسانة الخاصة بالرصف و المعرضة للتآكل و يعتبر معامل التهشم دلالة على مدى مقاومة الركام للصدم .
4- تحمل الركام مع الزمن :
أ- المقاومة للعوامل الجوية : تقاوم بدرجة استخدامها فى اعمال الخرسانة ( مثل الزلط ).
ب- مقاومة الحريق : قليل المقاومة ( مثل كسر الجرانيت – البازلت – الزلط السليسى ) أما ركام خبث الافران العالية فهو عالى المقاومة جداً .
ت- المقاومة للبرى : تختص بركام اعمال الرصف (مثل الحجر الجيرى الصلد ).
المصادر:
كتاب د. عبد الكريم عطا و د. العريان "تكنولوجيا الخرسانه"
كتاب د. محمود امام
0 التعليقات:
إرسال تعليق