مواصفات البيتون و مواد البيتون عالي المقاومة

يونس الدايمي

عضو جديد
إنضم
22 أبريل 2010
المشاركات
169
مجموع الإعجابات
2
النقاط
0
:63:اولا: مواصفات البيتون عالي المقاومة

لم يبد منتجو الاسمنت اهتماما ً كبيرا ً لإنتاج اسمنت بمواصفات خاصة من أجل صنع البيتون عالي المقاومة لأن هذا البيتون لا يشغل إلا حيزا ً صغيرا ً من سوق البيتون . و في الوقت نفسه فإن اختيار المواد الداخلة في تركيب البيتون عالي المقاومة ستحد منه دوما ً اعتبارات اقتصادية مقارنة بالبيتون العادي ، إلى أن تصبح تكاليف إنتاج البيتون عالي المقاومة صغيرة نسبيا ً .

إن إنتاج البيتون عالي المقاومة أصعب من إنتاج البيتون العادي لعدة أسباب نذكر منها : أنه كلما ارتفعت المقاومة المطلوبة فإن مواصفات البيتون تنفصل عن نسبة الماء / الاسمنت التي تعتبر المؤشر الرئيسي لخواص البيتون العادي بوساطة مسامية العجينة الاسمنتية .

ففي البيتون العادي يوجد الكثير من الماء الذي يتحكم بحالة العجينة الاسمنتية ، هذا الماء الذي يوجد في قسم التماسك ( العجينة الاسمنتية المحيطة بالحصويات ) حول الحصويات الكبيرة يمثل الرابط في البنية المجهرية للبيتون و هو مكان بدء تحطم البيتون عند تعرضه للضغط .

3 ـ 1 ـ مقاومة البيتون على الضغط :
تعتبر المقاومة على الضغط من أهم خواص البيتون عالي المقاومة و لكنها ليست الوحيدة التي تميزه ، و ترتبط هذه المقاومة بشكل كبير بالبنية المجهرية للبيتون التي تؤثر في الخواص الأخرى كالمرونة و النفوذية .

ينكسر البيتون العادي في القسم الأضعف من الأقسام الثلاثة التالية : المونة بين الحصويات أو الحصويات نفسها أو التماسك بين المونة و الحصويات . و لرفع المقاومة على الضغط يجب الاهتمام بتقوية الأقسام الثلاثة معا ً .

و بالتالي يمكن أن نعتبر البيتون مادة غير متجانسة مؤلفة من ثلاث أقسام :
1 ـ العجينة الاسمنتية
2 ـ التماسك بين الحصويات و العجينة الاسمنتية .
3 ـ الحصويات ( التي يمكن أن تكون كريستالية كما في حالة الغرانيت ) .

3 ـ 2ـ تحسين مقاومة العجينة الاسمنتية :
إن مقاومة الأجسام على الضغط أكبر من مقاومتها على الشد ، لأن المادة تتحطم في الشد نتيجة الانتشار السريع لشق بسيط في حين أنه تلزم العديد من الشقوق المتحدة ليحصل الانكسار في الضغط .
و القاعدة العامة تقول أن مقاومة الضغط تقل عندما يزيد حجم المسامات ، و أنها تزيد حين يصغر حجم الرمل .
و بالنتيجة يمكن تحسين مقاومة العجينة الاسمنتية المميهة بالأخذ بعين الاعتبار ما يلي :
1 ـ المسامية : اجتماع عدد كبير من المسامات أو الفراغات بقطر أكبر من 50 mm في نقطة معينة تنقص مقاومة المواد بشكل كبير .
2 ـ حجم الحصويات : بشكل عام ، تزيد مقاومة الحصويات عندما يقل حجم الحبيبات

3 ـ 3ـ تحسين مقاومة التماسك :
إن التماسك في البيتون العادي يتم عادة في الطبقة ذات سماكة بين
0.05 - 0.1 mm. و بالنتيجة حسب نظرية Weibull ، فإن الشقوق تحدث في هذه الطبقة عندما يخضع البيتون لإجهادات متعددة .
إن مقاومة الحصويات لا يمكن أن تلعب دورا ً هاما ً في مقاومة البيتون طالما أنه توجد مسامات كبيرة و شبكة من الشقوق في طبقة التماسك لأن القليل جدا ً من الإجهادات المؤثرة على البيتون تنتقل من العجينة الاسمنتية إلى الحصويات .
نلاحظ عند تقوية سطح التماسك أن مقاومة و خصائص مرونة الحصويات تصبح كبيرة و تؤثر على سلوك البيتون عندما يوضع تحت تأثير إجهادات متزايدة ، و لتقوية قسم التماسك و تقليل سماكته يمكن تخفيض النسبة ماء / الاسمنت و استخدام غبار السيليس .

3 ـ 4ـ البحث عن الحصويات عالية المقاومة :
ليس ضروريا ً في البيتون العادي اختيار مواد حصوية خاصة المقاومة . في حين أنه في البيتون عالي المقاومة حيث العجينة الاسمنتية و طبقات التماسك قوية بشكل كاف ، يمكن أن تصبح الحصويات نقطة ضعف البيتون إذا لم يتم اختيارها بشكل جيد و سليم .
و يمكن أن نستعمل في صنع البيتون عالي المقاومة حصويات طبيعية أو زلط أو حصويات مجروشة .
تعتمد مقاومة الحصويات الطبيعية على مقاومة الصخرة الأم و التي لا يمكن تحسين مقاومتها . و لا يعتبر استخدام الديناميت أو الجرش الطريقة الأسلم للحصول على حصويات دون عيوب ، و يفضل استخدام الصخور ذات الحبيبات الدقيقة التي تنكسر بشكل يحوي على أقل عدد من الشقوق . و يمكن أن تكون الصخور الأم التي تستعمل للحصول على الحصويات إما وحيدة الطور كالصخور الكلسية و الدولوميت* و الصوان أو متعددة الأطوار كالغرانيت .
و لذلك فإذا أردنا تقوية مقاومة البيتون فيجب الانتباه بشكل خاص عند اختيار الحصويات المستعملة .

3 ـ 5 ـ حالة البيتون ذو النسبة ماء / الاسمنت الضعيفة :
من الجوهري استخدام أضعف نسبة ماء للاسمنت ممكنة من ناحية المقاومة ، و لكن يجب التذكر أيضا ً أن البيتون عالي المقاومة يجب أن ينقل و يوضع قيد الاستخدام بسهولة كما في البيتون العادي باستخدام نفس الوسائل .
إن حالة البيتون عالي المقاومة محكومة بعوامل كيميائية و أخرى فيزيائية . فمن العوامل الفيزيائية التي تلعب دورا ً هاما ً في حالة البيتون الطري نجد التوزيع الحصوي و شكل حبيبات الاسمنت . و من العوامل الكيميائية المؤثرة على حالة البيتون الطري نجد رد الفعل البدائي للاسمنت و الإضافات الاسمنتية عندما تتفاعل مع الماء و كذلك طول فترة السبات .

3 ـ 6 ـ النسبة ماء / اسمنت :
تعود الزيادة في مقاومة البيتون عالي المقاومة بشكل رئيسي إلى تقليل مسامية العجينة الاسمنتية المميهة و الذي ينتج عن استخدام المزيد من الاسمنت مع تقليل كمية ماء الجبل باستخدام الملدنات من جهة ، و استبدال قسم من الاسمنت بالإضافات الاسمنتية كلما أمكن ذلك من وجهة النظر الاقتصادية .
إن الإضافات الاسمنتية لا تملك نفس خصائص الربط للاسمنت البورتلاندي و لا تتفاعل بنفس سرعته .

و قد وجد أنه بعد 28 يوما ً ، و كذلك بعد أشهر أو سنوات فإن البيتون عالي المقاومة يحوي العديد من جزيئات الاسمنت و الإضافات الاسمنتية التي لم تتفاعل . و بالتالي نتأكد مما يلي :
1 ـ لن يتفاعل كل الماء الموجود في البيتون بشكل كامل مع النظام الاسمنتي المستخدم .
2 ـ لن تتميه كل حبيبات الاسمنت .
3 ـ لن تتفاعل جميع حبيبات الإضافات الاسمنتية .
:63:ثانيا : مواصفات مواد البيتون عالي المقاومة

يحضر البيتون عالي المقاومة باختيار دقيق للمواد الداخلة في تركيبه ، و الفقرات التالية تبين مواصفات المواد المستعملة فيه :

4 ـ 1 ـ تصنيف البيتون عالي المقاومة :
يصنف البيتون عالي المقاومة عادة إلى عدة أصناف بحسب مقاومتها على الضغط كما هو موضح في الجدول ( 4 ـ 1 ) :

مقاومة الضغط Mpa
50
75
100
125
150
صنف البيتون عالي المقاومة
I
II
III
IV
V
الجدول ( 4 ـ 1 )
4 ـ 2ـ اختيار المواد الداخلة في تركيب البيتون عالي المقاومة :
4 ـ 2ـ 1 ـ اختيار الاسمنت :
إن العامل الأول الذي يجب الانتباه إليه في تحضير البيتون عالي المقاومة هو الاسمنت و ذلك لأن فاعلية الاسمنت فيما يتعلق بالطراوة و المقاومة تصبح حرجة كلما زادت المقاومة المطلوبة على الضغط .
و بشكل عام فإنه من الممكن تحضير بيتون عالي المقاومة من الدرجة I باستخدام معظم أنواع الاسمنت التجارية الموجودة في الأسواق إلا في حال كونها ذات قلوية منخفضة جدا ً .
إلا أن بعض أنواع الاسمنت هذه لا يمكن أن تستخدم لصنع البيتون عالي المقاومة من الدرجة II ( مقاومة حتى 75 ) و القليل جدا ً منها يمكن أن تخدم في صنع بيتون عالي المقاومة درجة IV أو V .
كما أنه من الصعب تجنب التصلب السريع للبيتون عند استخدام بعض أنواع الاسمنت إذا أردنا صنع البيتون بنسبة ماء للاسمنت منخفضة حتى لو زدنا كمية الملدن .
أما فيما يتعلق بالمقاومة ، فيمكن القول أنه كلما زادت درجة نعومة الاسمنت ، كلما أعطت مقاومة أعلى لأن ذلك سيزيد من السطح السيليكاتي الذي يتفاعل بسرعة مع ماء الجبل ، و لكن من ناحية أخرى فإنه كلما زادت نعومة الاسمنت كلما زاد قطر الشقوق الناجمة عن الانكماش .
بالنتيجة يمكن إيجاد العديد من أنواع الاسمنت البورتلاندي التي تسمح بصنع البيتون عالي المقاومة من الدرجة II ، و يصعب الأمر عندما يتعلق بالبيتون عالي المقاومة من الدرجة III ، حيث يصبح من المفيد عندها استخدام الإضافات الاسمنتية .

4 ـ 2 ـ 2 ـ اختيار الملدن :
يعد اختيار الملدن الفعال بنفس درجة أهمية اختيار الاسمنت ، لأن الأنواع المختلفة من الملدنات لا تتفاعل بنفس الطريقة مع الاسمنت في البيتون عالي المقاومة .
و قد بينت التجارب أنه ليست لكل أنواع الملدنات نفس الفعالية في توزيع حبيبات الاسمنت داخل البيتون عند تقليل كمية الماء ، كما لا يملك بعضها نفس القدرة على التحكم في حالة البيتون ذو نسبة الماء للاسمنت الضعيفة خلال الساعات الأولى من خلط الاسمنت مع الماء .

و يمكن تصنيف الملدنات إلى خمس أنواع رئيسية حسب تركيبها الكيميائي :
1 ـ ملدنات الميلامين .
2 ـ ملدنات النفتالين .
3 ـ ملدنات اللينيوسيلفونات .
4 ـ ملونات كربوكسيلية .
5 ـ ملدنات البولي أكريلات .

4 ـ 2 ـ 3 ـ اختيار المادة المالئة للفراغات ( ذات النعومة العالية جدا ً):
دلت التجارب الأخيرة في مراكز الأبحاث أنه يمكن صنع بيتون عالي المقاومة باستخدام العديد من المواد الرابطة ( المالئة ) و التي قد تكون : الاسمنت البورتلاندي فقط ، أو الاسمنت البورتلاندي و الرماد الناتج عن أفران الصلب . أو الاسمنت البورتلاندي و غبار السيليس ، أو الاسمنت البورتلاندي و خبث الحديد و غبار السيليس ، أو الاسمنت البورتلاندي و الرماد و غبار السيليس .

و يجب الأخذ بعين الاعتبار عند صنع البيتون عالي المقاومة درجة I أو II استخدام الرماد أو خبث الحديد أو الاسمنت المركب كلما أمكن ذلك ، فهذه الإضافات هي أرخص سعرا ً من الاسمنت البورتلاندي و استخدامها يمكن ايضا ً من تقليل كمية الملدن المطلوبة نوعا ً ما . و بالتالي فهي ليست أفضل من الناحية الاقتصادية فحسب و لكنها تسهل السيطرة على طراوة البيتون .

أما بالنسبة لغبار السيليس فإن استخدامه يزيد ثمن إنتاج البيتون عالي المقاومة و لذلك فإننا نستخدمه لتسهيل الحصول على المقاومة المطلوبة و التحكم بحالة البيتون عالي المقاومة من الدرجة III .

4 ـ 2 ـ 4 ـ اختيار غبار السيليس :
كان من المعتقد سابقا ً أنه من اللازم استخدام غبار السيليس من أجل إنتاج البيتون عالي المقاومة و هو ليس بالأمر الصحيح دائما ً . إذ يمكن صنع البيتون عالي المقاومة من الدرجة I أو II دون غبار السيليس . و مع ذلك فإنه عند توفره بسعر مناسب فمن المستحسن استخدامه لأنه يسهل بشكل كبير الحصول على طراوة و مقاومة البيتون المطلوبتين .
و يمكن مراقبة نوعية غبار السيليس عن طريق :
1 ـ قياس محتواه من السيليس و القلويات و الكربون .
2 ـ قياس محتواه من الجزيئات الكريستالية بتوجيه أشعة X .
3 ـ قياس سطحه النوعي بامتصاصه للآزوت .
4 ـ قياس محتواه من البوزولان .
5 ـ التأكد من عدم احتوائه على السيليسيوم الذي يؤدي إلى تحرير الهيدروجين .

4 ـ 2 ـ 5 ـ اختيار الرماد :
تكمن المشكلة الرئيسية عند استخدام الرماد لإنتاج البيتون عالي المقاومة في أن تعبير الرماد هو تعبير شامل لمنتج متفاوت الصفات بشكل كبير مع أنه قد وضعت مقاييس و تصنيفات له .

و بالاعتماد على تصنيف ASTM ( المواصفات الأميريكية لاختبار المواد ) يمكن تقسيم الرماد إلى صنفين حسب تركيبة الكيميائي : الرماد من الصنف F الحاوي على القليل من الكالسيوم ، و الرماد من الصنف C الحاوي على الكثير من الكالسيوم .

و من الضروري جدا ً عندما نستخدم الرماد لصنع البيتون عالي المقاومة أن نراقب نوعيته بشكل جيد . و يجب الحذر من أداء الرماد على المدى الطويل لأن ناتج حرق الكربون في الأفران الحرارية يتغير مع الزمن .

و تبدأ مراقبة نوعية الرماد بمراقبة تركيبه الكيميائي حسب الأكاسيد التي تشكله (Fe2O3 , SiO2 , Al2O3 , CaO ) ثم حسب محتواه القلوي ، و حسب محتواه من الكربون و كذلك حسب محتواه من SO3 .

4 ـ 2 ـ 6 ـ اختيار خبث الحديد الناتج من الأفران العالية :
إن استخدام خبث الحديد في صنع البيتون عالي المقاومة قليل في الوقت الحالي ، و لكنه تبين في كل مرة استخدم فيها الخبث أنه يعطي خصائص جيدة تماما ً كالاسمنت البورتلاندي سواء كان ذلك في البيتون العادي أو في البيتون عالي المقاومة .
و تعد أفضل طريقة لمراقبة نوعية الخبث هي التحقق من نعومته حسب قياس Blaine .
4 ـ 2 ـ 7 ـ حدود استخدام الرماد و الخبث في البيتون عالي المقاومة :
إن استبدال قسم من الاسمنت بالخبث أو الرماد لصنع البيتون عالي المقاومة يجلب الكثير من الفوائد ، و مع ذلك فيجب استعمالهما بحذر و بكميات قليلة في الحالات التالية :
1 ـ الحاجة لمقاومة عالية بوقت قصير ( لأنه يؤخر التصلب ) .
2 ـ الصب في الطقس البارد .
3 ـ الحاجة لمقاومة التجمد و الذوبان .
4 ـ ضرورة تخفيض الحرارة الأعظمية للبيتون عالي المقاومة في عنصر إنشائي .

4 ـ 2 ـ 8 ـ اختيار الحصويات :
يجب أن يتم اختيار الحصويات بشكل دقيق لأن اختيارها بشكل عشوائي قد يؤدي إلى أن تكون الحصويات هي نقطة الضعف التي يبدأ فيها انكسار البيتون عند تعرضه للإجهادات .

4 ـ 2 ـ 8 ـ 1 ـ الحصويات الدقيقة :
يستحسن في البيتون عالي المقاومة استخدام الرمل الخشن لوجود كمية كافية من المواد الناعمة المؤلفة من الاسمنت و الإضافات الاسمنتية ، و بذلك فإنه لا حاجة لرمل ناعم من أجل تحسين طراوة البيتون و مقاومته للانفصال . كما أن استخدام الرمل الخشن يقلل نوعا ًُ ما كمية الماء اللازمة للحصول على المرونة المطلوبة ، مما يشكل فائدة من الناحية الاقتصادية أما من ناحية المقاومة فإن شرط استخدام الرمل هو أن يكون نظيفا ً و ألا يحوي الطين أو السيلت .

4 ـ 2 ـ 8 ـ 2 ـ الحصويات الكبيرة مجروشة أم زلطية :
يجب الحصول بعد الجرش على حصويات متساوية الأبعاد و مكعبية و ليس على جزيئات مسطحة أو طولية * .
و يمكن القول أن أفضل حصويات لصنع البيتون عالي المقاومة من حيث الشكل و المقاومة هي الزلط النهري أو الزلط الجليدي لأنها تتشكل غالبا ً من الجزيئات الأكثر قساوة في الصخرة الأم التي كسرت منها ، و لأنها نظفت جيدا ً بعبورها للمياه .

يمكن في البيتون العادي تقليل كمية الماء من أجل طراوة معينة بزيادة الحجم الأقصى للحصويات الكبيرة . بينما في البيتون عالي المقاومة فإن الزيادة في المقاومة الناتجة عن زيادة حجم الحصويات لا تكفي للتعويض عن الفقدان في


*الحصويات المسطحة و الطولية غير مستحسنة لأنها ضعيفة


المقاومة الناتجة عن الآثار السلبية التالية :
1 ـ بزيادة حجم الحصويات يصبح قسم التماسك أكبر و أكثر تباينا ً .
2 ـ من ناحية أخرى ، و في أغلب أنواع الصخور المستخدمة لصنع الحصويات الكبيرة في البيتون عالي المقاومة، فإنه كلما صغرت الجزيئات زادت قساوتها .

و بينت التجارب أنه في حالة أغلب الحصويات الطبيعية ، فإن القياس الأعظمي من 10mm إلى 12mm هو الأمثل لصنع البيتون عالي المقاومة . و لكن ذلك لا يعني أنه لا يمكن استخدام حصويات بقياس 20mm . و إذا كانت الصخرة الأم قاسية بشكل كاف و متجانسة فيمكن استخدام حصويات بقياس 20- 25 mm دون أن يؤثر ذلك بشكل سلبي على طراوة البيتون أو مقاومته .
م/ يونس الدايمي
 

مواضيع مماثلة

أعلى