الخرسانة هي المادة الرئيسيّة الداخلة في صناعة البناء، وتدخل في تشكيل العناصر الإنشائيّة ضمن المنشآت وهي العناصر التي تكون معرّضة للحمولات مثل:
جدران القص.
الجدران الاستناديّة.
الجوائز (الكمرات).
الأساسات بأنواعها.
الأعمدة.
البلاطات.
مكونات الخرسانة
تتكوّن الخرسانة بصورة عامة من اربع عناصر رئيسيّة التي تشمل:
- الاسمنت
- الركام
- الرمل
- الماء
اولاً: الاسمنت
مادة ناعمة داكنة اللون تمتلك خواص تماسكية وتلاصقيه بوجود الماء مما يجعلها قادره على ربط مكونات الخرسانة بعضها ببعض وتتماسك مع حديد التسليح ويتكون من 3 مواد خام أساسية هي كربونات الكالسيوم الموجودة في حجر الكلسي والسليكا الموجودة في الطين والرمل والأمونيا وله أنواع كثيرة.
أنواع الاسمنت
- الاسمنت البور تلاندي العادي
- الاسمنت البور تلاندي سريع التلصب
- الاسمنت البور تلاندي منخفض الحرارة
- الاسمنت المقاوم للاملاح والكبريتات
- الاسمنت البوزولاني
المكونات الرئيسية الاسمنت
يتألف مسحوق الإسمنت من مواد عديدة تختلف باختلاف نوع الاسمنت، ويُعتبر الاسمنت البورتلاندي أشهر أنواع الإسمنت وأكثرها شيوعًا واستخدامًا في وقتنا الحالي والذي يشمل على عدّة أصناف مختلفة، وتشمل المكونات الرئيسيّة للاسمنت البورتلاندي:
- سيليكات ثلاثي الكالسيوم (الأليت) 3CaO.SiO2
- سيليكات ثنائي الكالسيوم (البليت) 2CaO.SiO2
- ألومينات ثلاثي الكالسيوم 3CaO.Al2O3
- ألومينات حديدات رباعي الكاليسيوم (السيليت) 4CaO.Fe2O3.Al2O3
ثانياً: الركام
يعرف الركام بأنه الحبيبات الصلبة من الحصى والزلط وكسر الصخور الكبيرة الذي يشمل البحص أو الحجر والصخور، وله تأثير كبير على جودة الخليط بشكل عام لكونه يشغل حوالي 70%-75% من كمية الخليط ويكون بصورة عامة من حبيبات صخرية متدرجة في الحجم منها حبيبات صغيرة كالرمل وأخرى كبيرة كالحصى.
يؤثر شكل الركام بشكل كبير على الخرسانة الطازجة أكثر من الخرسانة التي تصلبت. ويتم ذلك من خلال القوام الخشن، وكثرة الزوايا مثلا والاستطالة في الحبيبات، جميعهم عوامل تؤدي إلى ارتفاع نسبة المياه لإنتاج قابلية التشغيل اما الحبيبات الناعمة والمستديرة لا تحتاج الي مياه زائدة وبالتالي فانه يؤثر على نسبة الاسمنت المستخدم في الخرسانة تبعا لزيادة او نقصان كمية المياه.
أشكال الركام
- الركام المستدير: وهو يعتبر أكثر أنواع الركام شيوعا واستخداما وأفضلهم من ناحية قابلية الانضغاط وقابلية عالية للتشغيل ولا يحتاج الي كمية كبيرة من الاسمنت ومثال عليه الرمل والزلط
- الركام الزاوي: وهو الركام الذي يشمل جميع أنواع الحجارة التي تم تكسيرها مثل السن ويتميز بأن لها قوة تماسك قوية جدا مع الخرسانة ولكن عيبه انه يحتاج الى كمية كبيرة من الاسمنت
- الركام الغير منتظم: وهو الركام الغير منتظم الشكل مثل زلط الحفر وحجر الصوان وهو يشبه خصائص الركام الزاوي في ان له قوة تماسك قوية جدا مع الخرسانة ولكن عيبه انه يحتاج الى كمية كبيرة من الأسمنت
- الركام المبطط او المفلطح والركام العصوي: وهو يعتبر أسوأ أنواع الركام في الخصائص وهو يشمل الأنواع التي تشبه الصخور الطبقية
ثالثاً: الرمل
الرمل هو حبيبات صغيرة طبيعية يتكون نتيجة تفتت جزيئات الصخور أو نتيجة تفتيت المعادن، ويعتبر من الموارد الطبيعية غير المتجددة والتي يتم إدخالها بكميات كبيرة في البناء وصنع الخرسانة.
مواصفات رمل البناء
الرمل المستخدم في الخرسانة هو الرمل الخشن المتدرج في الحجم ويتم اختياره على اساس أن تكون خالية من الأملاح والمواد العضوية والمواد الناعمة، وايضا اختيار الرمل ذو اللون الأصفر والابتعاد عن الرمال البنية الغامقة.
أنواع الرمل المستخدمة في البناء أكثر خشونة بكثير من حبيبات الرمل التي ستجدها على الشاطئ. تستخدم عادة في صنع الخرسانة والبلاط والجبس، وبالتالي فهي تشكل المباني من حولك. إن اضافة الرمل والحصى هي لتخفيض المقاومة لتجعلها مناسبة للحديد المستخدم بالإضافة لإعطاء الخلطة تدرج مناسب
رابعاً: الماء
يشكل عنصرًا هامًا في الخلطات الخرسانيّة، ويوفر الوسط المناسب لحدوث تفاعلات التصلّب بالإضافة إلى توفير قابلية تشغيل الخرسانة
خاصية قابلية التشغيل
قابلية تشكيل وصب الخرسانة، فإذا احتاجت الخرسانة إلى جهد وشغل لتشغيلها في القالب أو لصبها في الموقع فأن ذلك يعني قابليتها للتشغيل صعبة كما يعني أن الخلطة جامدة والعكس صحيح فالتشكيل السهل يعني خرسانة طرية وللخلطة الجامدة مزايا كثيرة تختلف عن الخلطة الطرية فهي أقل تكلفة من ناحية المواد وأقوى ولا تهرب منها الروبة ولا تتشقق أثناء جفافها إذا تمت معالجتها بشكل جيد وتستعمل مع القوالب الانزلاقية ولا يحصل فيها انفصال وهي أقل عرضة للتجمد. وبمقابل ذلك تحتاج إلى جهد في صبها ودكها وقد تعشش ولذلك يجب حفظ التوازن بين المزايا والعيوب بحيث تختار الخلطة ذات التشغيل الذي يناسب طبيعة العمل.
الإضافات
وهي عبارة عن مواد أو تراكيب تضاف للخرسانة أثناء الخلط لتحسين خاصية أو أكثر من خواص الخلطة الخرسانية, ولها ثلاث أنواع وهي:
- إضافات مسرعة للتفاعل.
- إضافات مبطئة للتفاعل.
- إضافات مقللة الماء.
أهم دواعي استعمال الإضافات:
1- تحسين قابلية التشغيل للخرسانة الطرية
2- تعجيل التصلب للحصول على مقاومة عالية في وقت قصير.
3- ابطاء التصلب في الاجواء الحارة أو التنقل لمسافات بعيدة.
4- تحسين مقاومة التآكل وتقليل التقلص الحاصل أثناء التصلب
5- منع صدا الحديد.
كما يوجد لهذه الإضافات مضار ولذلك يجب عدم استعمالها إلا في الحالات الضرورية وحسب تعليمات الشركة المصنعة وبأقل الكميات ومحاولة الاعتماد على تحسين خواص الخرسانة بتعديل مكوناتها الرئيسية.
أنواع الخرسانات
توجد العديد من الأنواع المختلفة للخرسانة التي تختلف عن بعضها من ناحية التحضير أو الاستخدام وفيما يلي بعض من أبرز هذه الأنواع.
الخرسانة العادية
تتألف من الخرسانة العادية من المكونات الاربعة الرئيسية بشكل كامل وتوجد في العناصر الإنشائيّة التي تخضع لإجهادات الضغط فقط مثل عتبات الأبواب
الخرسانة المسلحة
يتم تدعيمها بحديد التسليح، وتستخدم على نطاق أوسع بكثير فهي تدخل في جميع العناصر الإنشائيّة تقريبًا (بلاطات – أعمدة – كمرات)، حيث أنّها تقاوم إجهادات الضغط فقط لذلك نلجأ إلى استخدام الحديد الذي يتمتع بقدرة كبيرة على مقاومة إجهادات الشد.
خرسانة مسبقة الاجهاد
من الأنواع الشائعة بكثرة لما تقدمه من مزايا كبيرة، حيث تُصنع العناصر الخرسانيّة في مصانع مختصة تعمل على إكسابها إجهادات ضغط مناسبة قبل تحميلها لتجعلها عناصر مسبقة الإجهاد ويمكن تركيبها بشكل مباشر في المشروع.
بديل الخرسانة
الخرسانة الخضراء
كونها أكثر المواد استهلاكًا في العالم مع إنتاج يصل إلى حوالي 10 مليارات طن سنويًا، فهي أيضًا أكثر المواد استخدامًا في عالم البناء حيث تشكل أساس البنية التحتيّة ويعيش أكثر من 70% من سكان العالم في مبانٍ خرسانيّة. مع هذا الإنتاج الهائل والاستخدام الكبير، ظهرت بعض المخاوف من تأثير انبعاثات الغازات الدفيئة الصادرة عن التصنيع على ظاهرة الاحتباس الحراريّ، وأصبح العالم يبحث عن البدائل الخضراء والمستدامة الصديقة للبيئة.
الخرسانات الليفيّة
تحتوي على مادة ليفية تزيد من تماسكها الإنشائي. إذ تحتوي على ألياف قصيرة منفصلة موزعة بانتظام وذات اتجاه عشوائي. من الألياف المُستخدمة في تسليح الخرسانة: الألياف الفولاذية. الألياف الزجاجية. الألياف الاصطناعية. الألياف الطبيعية. ويُضفي كل منها خصائصًا مختلفة على الخرسانة.
معالجة الخرسانة
أن قوة تحمل الخرسانة وتماسكها ومقاومتها لنفاذ الماء تزداد بمرور الوقت مادامت الظروف مُهيئة لاستمرار التفاعل الكيميائي بين الماء والاسمنت كما تتحسن أيضا الخواص الأخرى للخرسانة مثل مقاومتها للحرارة والبرودة وعوامل الجو المتقلبة والتحسن الذي يطرأ على خواص الخرسانة يكون سريعاً في أول عهدها ولكنه يستمر ببطء بعد ذلك إلى اجل غير معلوم.
ان المعالجة المبكرة والفعالة والمستمرة في المراحل الأولى لعمر الخرسانة أمر ضروري لتشكيل القوة والمتانة وعدم النفاذية والمقاومة وثبات الحجم والشروط الأساسية التي يجب توفرها حتى يستمر التفاعل هي درجة الحرارة المناسبة والرطوبة الملائمة والمعروف أن الخرسانة الطرية تحتوي على مقدار من الماء أكثر مما يلزم لإتمام التفاعل الكيميائي للإسمنت الا انه في معظم الأحوال يتبخر جزء كبير من هذا الماء بفعل الحرارة ولذلك لابد من إضافة الماء باستمرار إلى الخرسانة للتعويض عن الماء الذي تبخر.