الخرسانة ومكوناتها

في ابسط الصور فان الخرسانة هى خليط من العجينة والركام. العجينة تتكون من اسمنت بورتلاندي وماء تغطي سطح الركام الناعم والخشن. من خلال تفاعل كميائي يسمى الامهه (Hydration) فأن العجينة تتصلب وتكتسب قوة لتشكل كتلة كالصخرة تسمى الخرسانة.
من خلال هذه العملية تقبع ميزة بارزة للخرسانة وهى انه يكون بلاستيكي وطيع عند بدء الخلط ويكون قوي ومتين بعد التصلب. هذه الصفات تشرح سبب قدرة الخرسانة على بناء ناطحات السحاب والجسور والطرق السريعة والسدود والمنازل.

نسب الخلط

مفتاح الحصول على خرسانة قوية ومتينة يقبع في نسب الخلط وطريقة الخلط للخليط المشكل للخرسانة. فالخرسانة التي لا تملك عجينة اسمنتية كافية لملاء كافة الفراغات بين الركام سيكون من الصعب أن توضع في القوالب المخصصة لها وسوف تنتج تعشيش خشن على سطح الخرسانة بالاضافة الى خرسانة مسامية. اما الخليط المحتوي على الكثير من العجينة الاسمنتية سيكون من السهل وضعه في القوالب بالاضافة الى حصوله على سطح املس وناعم مع ذلك سينتج لنا خرسانة تتقلص وتنكمش بشكل اكبر وستكون غير اقتصادية بتاتا من ناحية التكلفة.
وبالتالي فان تصميم الخلطة الخرسانية المناسبة سيولد لنا القابلية للتشغيل المطلوبة بالنسبة للخرسانة الطازجة بالاضافة الى المتانة والقوة اللازمتين عند تصلب الخرسانة.
عادة فان الخلطة الخرسانية تحتوي على (10-15)% أسمنت و (60-75) %ركام ناعم وخشن و ( 15 - 20 ) % ماء بالاضافة الى نسبة ( 5 - 8 ) % هواء محبوس بداخل الخرسانة.( هذه النسب هي نسب المكونات الى الحجم الكلي للخرسانة).
كيمياء الاسمنت البورتلاندي والتفاعل بداخل الخرسانة يبدء بالظهور في اول وجود للماء في الخلطة. وبالتالي فان الاسمنت والماء يشكلان العجينة الاسمنتية التي تغطي كل جزء من الرمل والحصى بداخل الخرسانة. طبعا هذا التفاعل الكميائي يسمي الامهه أو (Hydration) ، خصائص الخرسانة تتحدد بجودة ونوعية العجينة الاسمنتية المستخدمة ، وقوة العجينة الاسمنتية في المقابل تعتمد على نسبة الماء الى الاسمنت في العجينة.
نسبة الماء - الاسمنت هو وزن الماء مقسوما على وزن الاسمنت. الخرسانة ذات الجودة العالية يجب ان تحتوي على اقل نسبة ماء الى أسمنت من الممكن الحصول عليها بدون التأثير على قابلية التشغيل الخاصة بالخرسانة الطازجة.
بشكل عام أستخدام ماء اقل يولد خرسانة ذات جودة عالية بالاضافة الى ان الخرسانة يجب ان يتم وضعها في القوالب بشكل مناسب ودمجها بشكل مناسب والاعتناء بها في فترة التصلب بشكل مناسب ايضا. ماء الشرب عادة يكون مناسب للاستخدام في الخرسانة. بشكل عام فان الماء الذي لا لون ولا طعم مميز له يمكن ان يستخدم في خليط الخرسانة ، ايضا بعض الماء غير الصالح للشرب يمكن ان يستخدم في خليط الخرسانة.
أستخدام ماء ملوث في الخليط لن يؤثر فقط على فترة الشك للخرسانة أو على قوة الخرسانة لكنه من الممكن ان يؤدي الى ظهور لطخ على الخرسانة بالاضافة الى صدأ حديد التسليح وتغير دائم في حجم الخرسانة وتقليل متانة الخرسانة.
المواصفات عادة تنص على ان الماء يجب ان يكون خالي من الكلوريد والكبريتات والاملاح في ماء الخليط والا فان الاختبارات يجب ان تجرى على الخليط لتحديد تاثير احتواء الماء على هذه الملوثات في صفات الخرسانة الناتجة.

المكونات الاخرى

الركام من المكونات الاساسية في الخرسانة حيث انه يشكل نسبة (60-75)% من حجم الخرسانة وبالتالي وجب الاحتراس عند اختيار نوعية الركام المستخدم في خليط الخرسانة. نوع وحجم الركام المراد استخدامه في الخرسانة يعتمد على الاستخدام النهائي للخرسانة ، فمثلا المباني ذات القطاعات الصغيرة تطلب ركام خشن من النوع الصغير مع ان الركام الخشن بقطر (150 مم) يمكن ان يستخدم في بناء السدود الخرسانية الكبيرة. التدرج المتصل لحجم جزئيات الركام هو مطلب مرغوب وجيد للحصول على اعلى كفاءة للعجينة الاسمنتية من الممكن الحصول عليها. بالاضافة الى هذا فأن الركام يجب ان يكون نظيف وخالي من اي مواد لربما تؤثر على الخرسانة الناتجة.

بداية التصلب

بعد فترة بسيطة من اضافة خليط الماء والاسمنت والركام فان الخليط يبدء في التصلد والتصلب. كل أنواع الاسمنت البورتلاندي هو عبارة عن اسمنت هيدروليكي يبدء في الشك والتصلب من خلال تفاعلات كميائية مع الماء. خلال هذا التفاعل الذي يسمى الهردنة او الامهه (hydration) فأن عقد تبدء في الظهور من خلال كل جزيء اسمنت لتمتد وتتصل بعقدة اخرى تمتد من خلال جزيء اسمنتي اخر متصل بالركام. عمليات البناء الخرسانية تنتج من خلال عمليات تقويةالخلطة بالقوالب وتصلب الخلطة ثم اكتساب الخلطة للقوة فبمجرد ان يخلط خليط الخرسانة ويكون قابل للتشغيل يجب ان يوضع في القوالب قبل ان يقسى الخليط ويصبح صلب.
خلال عملية الوضع في القوالب فان الخرسانة تضغط للدمج وذلك للتخلص من أمكانية ظهور عيوب مثل التعشيش والجيوب الهوائية.للسقوف الخرسانية يجب ان تترك الخرسانة حتى يختفي شريط المياه الرطب الظاهر فوقها وبمجرد اختفائه تبدء عملية التنعيم والتسوية باستخدام الادوات الخشبية او المعدنية.

المعالجة

معالجة الخرسانة تبدء بمجرد ان يصبح سطح الخرسانة صلب كفاية ولا يتغير بالضغط الخفيف عليه، فترة المعالجة تضمن أستمرار فترة الامهه واكتساب الخرسانة للقوة المطلوبة. سطح الخرسانة يتم معالجته برش رذاذ الماء على الخرسانة أو باستخدام أغطية من الفيبر النباتي كالقطن مثلا ويكون رطب لتغطية سطح الخرسانة. طرق المعالجة الاخرى تمنع تبخر المياه من الخرسانة مثل ختم وتغطية الخرسانة بأغطية بلاستيكية أو استخدام رشاشات ماء خاصة. طرق معالجة أخرى خاصة تستخدم في الظروف القاسية سواء كانت حارة جدا او باردة جدا لحماية الخرسانة كتمديد انابيب للتسخين او التبريد بداخل الخرسانة المصبوبة , كلما تم ابقاء الخرسانة رطبة كلما كانت اقوى واكثر متانة. معدل التصلب يعتمد على مكونات الخليط ونعومة الاسمنت ونسب الخلط والرطوبة المتوفرة بالاضافة الى درجة حرارة الجو المحيط بالخرسانة. معظم قوة الخرسانة وعملية الامهه تتم في الشهر الاول من حياة الخرسانة لكن عملية الامهه تستمر بمعدلات ابطيء لعدة سنوات اخرى. وبالتالي فان الخرسانة تستمر بأكتساب القوة كلما تقدم بها العمر.



في ابسط الصور فان الخرسانة هى خليط من العجينة والركام. العجينة تتكون من اسمنت بورتلاندي وماء تغطي سطح الركام الناعم والخشن. من خلال تفاعل كميائي يسمى الامهه (Hydration) فأن العجينة تتصلب وتكتسب قوة لتشكل كتلة كالصخرة تسمى الخرسانة.
من خلال هذه العملية تقبع ميزة بارزة للخرسانة وهى انه يكون بلاستيكي وطيع عند بدء الخلط ويكون قوي ومتين بعد التصلب. هذه الصفات تشرح سبب قدرة الخرسانة على بناء ناطحات السحاب والجسور والطرق السريعة والسدود والمنازل.

نسب الخلط

مفتاح الحصول على خرسانة قوية ومتينة يقبع في نسب الخلط وطريقة الخلط للخليط المشكل للخرسانة. فالخرسانة التي لا تملك عجينة اسمنتية كافية لملاء كافة الفراغات بين الركام سيكون من الصعب أن توضع في القوالب المخصصة لها وسوف تنتج تعشيش خشن على سطح الخرسانة بالاضافة الى خرسانة مسامية. اما الخليط المحتوي على الكثير من العجينة الاسمنتية سيكون من السهل وضعه في القوالب بالاضافة الى حصوله على سطح املس وناعم مع ذلك سينتج لنا خرسانة تتقلص وتنكمش بشكل اكبر وستكون غير اقتصادية بتاتا من ناحية التكلفة.
وبالتالي فان تصميم الخلطة الخرسانية المناسبة سيولد لنا القابلية للتشغيل المطلوبة بالنسبة للخرسانة الطازجة بالاضافة الى المتانة والقوة اللازمتين عند تصلب الخرسانة.
عادة فان الخلطة الخرسانية تحتوي على (10-15)% أسمنت و (60-75) %ركام ناعم وخشن و ( 15 - 20 ) % ماء بالاضافة الى نسبة ( 5 - 8 ) % هواء محبوس بداخل الخرسانة.( هذه النسب هي نسب المكونات الى الحجم الكلي للخرسانة).
كيمياء الاسمنت البورتلاندي والتفاعل بداخل الخرسانة يبدء بالظهور في اول وجود للماء في الخلطة. وبالتالي فان الاسمنت والماء يشكلان العجينة الاسمنتية التي تغطي كل جزء من الرمل والحصى بداخل الخرسانة. طبعا هذا التفاعل الكميائي يسمي الامهه أو (Hydration) ، خصائص الخرسانة تتحدد بجودة ونوعية العجينة الاسمنتية المستخدمة ، وقوة العجينة الاسمنتية في المقابل تعتمد على نسبة الماء الى الاسمنت في العجينة.
نسبة الماء - الاسمنت هو وزن الماء مقسوما على وزن الاسمنت. الخرسانة ذات الجودة العالية يجب ان تحتوي على اقل نسبة ماء الى أسمنت من الممكن الحصول عليها بدون التأثير على قابلية التشغيل الخاصة بالخرسانة الطازجة.
بشكل عام أستخدام ماء اقل يولد خرسانة ذات جودة عالية بالاضافة الى ان الخرسانة يجب ان يتم وضعها في القوالب بشكل مناسب ودمجها بشكل مناسب والاعتناء بها في فترة التصلب بشكل مناسب ايضا. ماء الشرب عادة يكون مناسب للاستخدام في الخرسانة. بشكل عام فان الماء الذي لا لون ولا طعم مميز له يمكن ان يستخدم في خليط الخرسانة ، ايضا بعض الماء غير الصالح للشرب يمكن ان يستخدم في خليط الخرسانة.
أستخدام ماء ملوث في الخليط لن يؤثر فقط على فترة الشك للخرسانة أو على قوة الخرسانة لكنه من الممكن ان يؤدي الى ظهور لطخ على الخرسانة بالاضافة الى صدأ حديد التسليح وتغير دائم في حجم الخرسانة وتقليل متانة الخرسانة.
المواصفات عادة تنص على ان الماء يجب ان يكون خالي من الكلوريد والكبريتات والاملاح في ماء الخليط والا فان الاختبارات يجب ان تجرى على الخليط لتحديد تاثير احتواء الماء على هذه الملوثات في صفات الخرسانة الناتجة.

المكونات الاخرى

الركام من المكونات الاساسية في الخرسانة حيث انه يشكل نسبة (60-75)% من حجم الخرسانة وبالتالي وجب الاحتراس عند اختيار نوعية الركام المستخدم في خليط الخرسانة. نوع وحجم الركام المراد استخدامه في الخرسانة يعتمد على الاستخدام النهائي للخرسانة ، فمثلا المباني ذات القطاعات الصغيرة تطلب ركام خشن من النوع الصغير مع ان الركام الخشن بقطر (150 مم) يمكن ان يستخدم في بناء السدود الخرسانية الكبيرة. التدرج المتصل لحجم جزئيات الركام هو مطلب مرغوب وجيد للحصول على اعلى كفاءة للعجينة الاسمنتية من الممكن الحصول عليها. بالاضافة الى هذا فأن الركام يجب ان يكون نظيف وخالي من اي مواد لربما تؤثر على الخرسانة الناتجة.

بداية التصلب

بعد فترة بسيطة من اضافة خليط الماء والاسمنت والركام فان الخليط يبدء في التصلد والتصلب. كل أنواع الاسمنت البورتلاندي هو عبارة عن اسمنت هيدروليكي يبدء في الشك والتصلب من خلال تفاعلات كميائية مع الماء. خلال هذا التفاعل الذي يسمى الهردنة او الامهه (hydration) فأن عقد تبدء في الظهور من خلال كل جزيء اسمنت لتمتد وتتصل بعقدة اخرى تمتد من خلال جزيء اسمنتي اخر متصل بالركام. عمليات البناء الخرسانية تنتج من خلال عمليات تقويةالخلطة بالقوالب وتصلب الخلطة ثم اكتساب الخلطة للقوة فبمجرد ان يخلط خليط الخرسانة ويكون قابل للتشغيل يجب ان يوضع في القوالب قبل ان يقسى الخليط ويصبح صلب.
خلال عملية الوضع في القوالب فان الخرسانة تضغط للدمج وذلك للتخلص من أمكانية ظهور عيوب مثل التعشيش والجيوب الهوائية.للسقوف الخرسانية يجب ان تترك الخرسانة حتى يختفي شريط المياه الرطب الظاهر فوقها وبمجرد اختفائه تبدء عملية التنعيم والتسوية باستخدام الادوات الخشبية او المعدنية.

المعالجة

معالجة الخرسانة تبدء بمجرد ان يصبح سطح الخرسانة صلب كفاية ولا يتغير بالضغط الخفيف عليه، فترة المعالجة تضمن أستمرار فترة الامهه واكتساب الخرسانة للقوة المطلوبة. سطح الخرسانة يتم معالجته برش رذاذ الماء على الخرسانة أو باستخدام أغطية من الفيبر النباتي كالقطن مثلا ويكون رطب لتغطية سطح الخرسانة. طرق المعالجة الاخرى تمنع تبخر المياه من الخرسانة مثل ختم وتغطية الخرسانة بأغطية بلاستيكية أو استخدام رشاشات ماء خاصة. طرق معالجة أخرى خاصة تستخدم في الظروف القاسية سواء كانت حارة جدا او باردة جدا لحماية الخرسانة كتمديد انابيب للتسخين او التبريد بداخل الخرسانة المصبوبة , كلما تم ابقاء الخرسانة رطبة كلما كانت اقوى واكثر متانة. معدل التصلب يعتمد على مكونات الخليط ونعومة الاسمنت ونسب الخلط والرطوبة المتوفرة بالاضافة الى درجة حرارة الجو المحيط بالخرسانة. معظم قوة الخرسانة وعملية الامهه تتم في الشهر الاول من حياة الخرسانة لكن عملية الامهه تستمر بمعدلات ابطيء لعدة سنوات اخرى. وبالتالي فان الخرسانة تستمر بأكتساب القوة كلما تقدم بها العمر.

أصبحت الخرسانة هي أساس لعملية الإنشاء والتعمير وكذلك لرفاهية الإنسان.
وعلى الرغم من معرفة مكوناتها وأغلب خواص كل هذه المكونات إلا إن هذه الخرسانة
مازالت تمتلك بعض الأسرار مما يجعلنا في حاجة للدراسة والتمحيص أحيانا لتفضيل
نوع على الأخر. إلا إننا نمتلك بعض المفاهيم التي أصبحت راسخة في أذهاننا
إن اختيار مواد جيدة لصناعة الخرسانة وخلطها بنسبة صحيحة ليس هو وحده المحدد لمقدار جودة الخرسانة

لا تقاس جودة الخرسانة بمقدار جودة موادها ولا بمقدار جودة تصميم الخلطة الخرسانية ولا بمقدار الاجهادات التي تتحملها ولكن بمقدار ملاءمتها لأداء وظيفتها في المنشاء المستخدمة فيه ومقدرتها على مقاومة الضر وف المعرضة لها.
بخصوص سؤالك ما هو أفضل أنواع الركام ؟وما هو أفضل حجم له ؟
يمكن تقسيم شكل حبيبات الركام إلى خمس مجموعات:
1. مدور:استدارت الحبيبات نتيجة لتأكلها بفعل المياه أو بعوامل التعرية الأخرى ومكانها الأنهار.
2. غير منتظم: غير منتظم طبيعيا أو مشكل بعوامل التعرية وهو ناتج الحفر.
3. زاوي:ذو حواف حادة وهو نتيجة عن الأحجار المكسرة.
4. مفلطح:صخور طبقية ذات سمك صغير بالنسبة لطولها وعرضها.
5. عضوي:ذات بعدين صغيرين بالنسبة للثالث.

يمكن تقسيم سطح حبيبات الركام إلى ست مجموعات:
1. زجاجي:صدفي مكسر
2. ناعم:مصقول بفعل المياه
3. حبيبي:يظهر في مكسره حبيبات
4. خشن:سطحه خشن ذو حبيبات يحتوي على بلورات لا ترى.
5. بلوري:يحتوي على بلورات واضحة.
6. معشش ومسامي:به مسام وتجاويف واضحة.

تزيد المساحة السطحية كلما كان مقاسها صغير وعند استخدامها بالخرسانة تحتاج إلى كمية كبيرة من الماء حتى تستطيع إن تغلف كل المساحات السطحية.إن الحبيبات المستديرة أكثر قابلية للانضغاط وتعطي درجات عالية من التشغيل

شكرآ لك على الطرح الجميل