خواص الخرسانة المتصلدة Properties and Testing of Hardened Concrete

 مهندس مدنى خريج:

خواص الخرسانة المتصلدة   
Properties and Testing of Hardened Concrete

مقاومة الضغط     Compressive Strength 

إن مقاومة الضغط هى أهم خواص الخرسانة المتصلدة على الإطلاق وهى تعبر عن درجة

جودتها وصلاحيتها ، ومقاومة الضغط هى المقاومة الأم للخرسانة حيث أن معظم الخواص

والمقاومات الأخرى مثل الشد و الانحناء والقص والتماسك مع حديد التسليح تتحسن وتزيد

بزيادة مقاومة الضغط والعكس صحيح. لذلك يجرى اختبار الضغط بغرض التحكم فى جودة إنتاج

الخرسانة فى موقع المشروع كما يستخدم هذا الاختبار فى أغراض التصميم الإنشائى لتحديد

للخرسانة فى Working Stress وإجهاد التشغيل Characteristic Strength المقاومة المميزة الضغط الذى يؤخذ كنسبة من المقاومة القصوى للضغط. كما يفيد اختبار الضغط فى تحديد

صلاحية الركام وماء الخلط للتعرف على تأثير الشوائب التى قد توجد بهما على مقاومة الضغط

العوامل المؤثرة على مقاومة الضغط :

تتأثر مقاومة الضغط بعوامل عديدة ومتنوعة وهي تشمل أربعة مجموعات رئيسية هى:

1-    المواد المكونة ونسب الخلط.

2-    طرق صناعة الخرسانة من خلط ونقل وصب ودمك.

3-    ظروف المعالجة.

4-   العمر وظروف الاختبار

اختبار مقاومة الضغط   Compressive Strength Test:

يجرى إختبار تحديد مقاومة الضغط للخرسانة المتصلدة عادة بعد مرور ٢٨ يوماً على صب

العينات وفى بعض الأحيان بعد ٧ أيام أو بعد فترة أخرى حسب الحاجة.

عينات الاختبار مكعب طول ضلعه ١٥ سم أو إسطوانة قطرها ١٥ سم وإرتفاعها ٣٠ سم.

طريقة إجراء الاختبار:

• توزن الكميات اللازمة من الأسمنت والركام الصغير والركام الكبير (أو المقاسات المحجوزة

على المناخل منفصلة) والماء ويراعى عند حساب الوزن أن تزيد كمية الخرسانة المخلوطة عن

الخرسانة اللازمة لملء القوالب بحوالى ١٥ % وذلك لتعويض أى فقد أو هالك قد يحدث أثناء

الإختبار.

• يُعد قالب الإختبار وتُغطى أوجه القالب الداخلية بطبقة رقيقة من الزيت الخفيف.

• تخلط مكونات الخرسانة إما ميكانيكياً أو يدوياً خلطاً جيداً حتى يصبح لونها متجانس.

• بعد إختبارات الخرسانة الطازجة يُملأ القالب مباشرة بالخرسانة على ٣ طبقات وتدك آل طبقة

إما بمكنةالإهتزاز أو يدويا حتى تدمك الخرسانة دمكاً تاماً دون حدوث إنفصال حبيبى.

• تغطى القوالب بعد صبها مباشرة وتوضع فى مكان درجة حرارته ١٥ إلى ٢٠ درجة مئوية

لفترة ٢٤ ساعة ويلاحظ أن لا تتعرض لأى إهتزازات.

• تُعلم العينات الخرسانية بعد ذلك ثم تفك من القوالب وتُغمر فى الحال فى ماء نقى درجة

٢٠ درجة مئوية وتُترك حتى وقت الإختبار ويُفضل ترك مسافات بين - حرارته حوالى ١٥

المكعبات وبعضها فى أحواض المعالجةكما يُنصح بعدم وضع المكعبات فوق بعضها.

الإنكماش و الزحف   Shrinkage & Creep

الانكماش هو خاصية من خواص الخرسانة التى تتصلد فى الهواء. ولايسبب الإنكماش مشاكل

إلا إذا كان هناك قيداً على الحركة حيث يسبب إجهادات شد داخل الخرسانة مما يؤدى إلى

تشرخها ويمكن التقليل من الآثار الضارة للإنكماش عن طريق:

أ - المعالجة الصحيحة والمبكرة للخرسانة                      Effective Curing

ب- عمل وصلات حركة                                         Movement Joints

ج- وضع أسياخ تسليح لمقاومة الإنكماش        Shrinkage Reinforcements

اسباب حدوث الانكماش :-

يحدث الانكماش فى الخرسانة نتيجة:

أ- هبوط الأجزاء الصلبة فى الخلطة وفقد الماء الحر من الخرسانة الطازجة مما يسبب ما

يعرف بإسم الإنكماش اللدن. Plastic Shrinkage

ب- الإتحاد الكيميائى بين الأسمنت والماء يؤدى إلى حدوث الإنكماش الذاتى Autogenous

 Shrinkage

ج - جفاف الخرسانة نتيجة فقد الماء يسبب حدوث إنكماش الجفاف.  Drying Shrinkage

الإنكماش اللدن. Plastic Shrinkage

يحدث الانكماش اللدن قبل تصلد الخرسانة خلال بضعة ساعات من صب الخرسانة وسببه هو فقد

الماء الحر من الخلطة وهبوط الأجزاء الصلبة (الركام) إلى أسفل مما يؤدى إلى صعود الماء إلى

أعلى وتبخره. فعندما يكون معدل تبخر الماء من سطح الخرسانة أسرع من معدل الإدماء (نزوح

الماء إلى سطح الخرسانة) ولذلك فإن الإنكماش اللدن يُلاحظ أكثر فى البلاطات والأعضاء ذات المساحه السطحية الكبيرة المعرضة للجو الحار أو الرياح. ويؤدى هذا النوع من الإنكماش إلى حدوث شروخ سطحية بالخرسانة. ويمكن منع شروخ الإنكماش اللدن بتقليل الفاقد من الماء السطحى عن طريق المعالجة المبكرة والفعالة.

الإنكماش الذاتى     Shrinkage  Autogenous 

 عندما تبدأ عملية الإماهة Hydration بين الأسمنت والماء يحدث نقص فى حجم المونة لأن

المونة المتصلدة حجمها أقل من مجموع حجمى الماء والأسمنت فى الخلطة مما يؤدى إلى

إنكماش الخرسانة الداخلية وهو ما يعرف بالإنكماش الذاتى لأنه يحدث ذاتياً نتيجة الإتحاد

الكيميائى بين الأسمنت والماء. أما إذا تمت معالجة الخرسانة تحت الماء فإن الماء الداخل فى

التفاعل يتم إستعاضته من الماء الخارجى وتمتص العجينة الأسمنتية ماءً زائداً مما يؤدى إلى

زيادة طفيفة فى حجم الخرسانة وليس إنكماشاً . أما الخرسانة التى تعالج فى الهواء أو تترك بدون معالجة فلايتم إستعاضة الماء الداخل فى التفاعل ولكن على العكس  يُسحب الماء من العجينة المتصلدة ويحدث إنكماشاً إضافياً هو إنكماش الجفاف. والإنكماش الذاتى يتأثر بعدة عوامل منها : التركيب الكيميائى للأسمنت - كمية الماء فى الخلطة ودرجة الحرارة

إنكماش الجفاف  Drying Shrinkage:

عندما تتعرض الخرسانة المتصلدة - المعالجة فى الماء - للجفاف فإنها تفقد أولاً الماء الموجود

فى الفجوات والشقوق الشعرية الداخلية ولا تبدأ فى الإنكماش إلا إذا إستمر الجفاف بحيث تفقد

الماء الموجود بالعجينة المتصلدة ذاتها وهو ما يعرف بالإنكماش نتيجة الجفاف .

ومن أهم وظائف الركام فى الخلطة تقليل إنكماش مونة الأسمنت. والإنكماش بالجفاف يبدأ بمعدلات عالية ويستمر لمدة طويلة ولكن بمعدل يتناقص بإستمرار. ويمكن إفتراض أن نصف الانكماش الكلى نتيجة الجفاف يحدث فى السنة الأولى.

العوامل المؤثرة علي انكماش الجفاف :

1-    مكونات الخرسانة

الماء : يحدث الإنكماش نتيجة فقد الماء إلى الجو المحيط. فكلما كان هناك ماء أكثر متاحللتبخركلما زادت إمكانية الإنكماش أثناء الجفاف.

الأسمنت  : أهمية الأسمنت بالنسبة للإنكماش ترجع فقط إلى أن كميته ونعومته تؤثر على كمية  الماء فى الخلطة.

الركام: كلما زادت كمية الركام كلما زاد تأثير الركام على تقليل الإنكماش لمونة الأسمنت. كذلك  فإن إستعمال الركام ذى مساحة سطحية أقل ما يمكن يساعد على تقليل محتوى الماءفى الخلطة وبالتالى يعمل على تقليل الإنكماش.

2-     معالجة الخرسانة : تعمل معالجة الخرسانة على تقليل الفاقد الحرارى وبالتالى تقليل فروق الحرارة فى الأعضاءالضخمةكما أنها فى نفس الوقت تقلل الفاقد من ماء الخرسانة وبالتالى تبطئ من معدل الإنكماش فى فترة المعالجة مما يقلل من إحتمالات التشرخ. 

3-    درجة الحرارة والرطوبة : كلما قلت نسبة الرطوبة كلما زاد معدل وكمية الفاقد من الماء إلى سطح الخرسانة مما يؤدى إلى زيادة الإنكماش ونفس التأثير يحدث عند زيادة درجة حرارة الجو.

4-     حديد التسليح :تنكمش الخرسانة المسلحة بدرجة أقل من إنكماش الخرسانة العادية نظراً لأن صلب التسليح يسبب قيداً على الحركة. وعلى ذلك فوظيفة أسياخ الإنكماش ليست فقط مقاومة إجهادات الشدالناتجة من الإنكماش وإنما تقليل الإنكماش نفسه كذلك.

5-     حجم وشكل العضو الخرساني

الزحف creep    : هو الانفعال غير المرن الذي يحدث مع مرور الزمن تحت تاثير اجهاد ثابت . اي ان الزحف  يعتمد علي الزمن .ومن العوامل  التى تؤثر على قيمة الزحف نوع الأسمنت المستخدم ومقاومة الخرسانة ونسبة الماء إلى الأسمنت فى الخلطة وكذلك الوقت الذى تم فيه أول تحميل للخرسانة وخواص المقطع الخرسانى وقيمة الرطوبة النسبية للجو المحيط بالمنشأ. وبصفة عامة فإن قيمة الزحف تقل كلما زادت مقاومة الخرسانة . يستمر الزحف مع الوقت فى الأعضاء المعرضة لأحمال ثابتة لسنوات عديدة ولكن معدل زيادة إنفعالات الزحف يقل حتى يصبح ضئيلا يمكن إهماله. وبالتقريب فإننا يمكننا أن نقول أن ربع قيمة الزحف الكلية تحدث فى أول شهر وأن نصف قيمة الزحف الكلية تحدث فى أول سنة. وأن قيمة الزحف بعد حوالى سبعة سنوات يزيد عن قيمة الزحف بعد عام بحوالى ٣٠ % فقط. وتجدر الإشارة أن قيمة الزحف النهائى فى الشد تساوى تقريباً القيمة فى  الضغط إلا أن معدل حدوث الزحف فى الشد يكون أسرع نسبياً من معدل حدوثه فى الضغط.

لظاهرة الزحف فى الخرسانة تأثيرات ضارة وتأثيرات أخرى نافعة نوجزها فيما يلى:

التأثير الضار:

يزيد من قيمة الترخيم (Deflection) فى بعض الحالات.

 يعمل على توسيع الشروخ التى تنشأ من عوامل أخرى.

زيادة الإنفعالات نتيجة الزحف قد يؤدى إلى تشريخ الخرسانة.

ولكن بصفة عامة فإنه لا توجد حالات إنهيار نتيجة الزحف بمفرده ولكنه عامل مساعد على

تصدع الخرسانة فى بعض الحالات.

التأثير النافع:

يؤدى الزحف إلى تقليل الإجهادات التى يسببها إنفعال شد ثابت مع الوقت(مثل الإنكماش)

وبالتالى يتولد عندنا إجهاد شد صافى هو الفرق بين الإجهاد الأصلى وتأثير الزحف. وهذه الظاهرة تعرف بالإسترخاء .Relaxation ومما هو معروف أن الشروخ لا تتكون إلا إذا زاد إجهاد الشد الصافى عن مقاومة الخرسانة للشد