الخرسانة Concrete حجر صناعي يتكون من خليط الإسمنت الپورتلندي وركام من كسر الحجارة أوالحصى والرمل والماء النظيف بنسب محدودة. ويعد الإسمنت المادة الكيمياوية التي تتفاعل مع الماء لتعطي عجينة رابطة لعناصر الركام.

تتوقف كفاية الخرسانة بعد تصلبها على نوعية المواد الداخلة في هجريبها ونسبها إضافة إلى طريقة المعالجة في الفترة الأولى من عمر الخرسانة.

التاريخ

يعتبر الرومان هم اول من استخدم الخرسانة العادية Plain Concrete في التاريخ من حوالى ألفى عام وقد استخدمت في معظم مبانيهم لسهولة تشكيلها وامكان تفيذها بعمالة مدربة تدريبا بسيطا .

الخرسانة هى مخلوط من مواد اولية مكونة من الرمل والزلط (أوالسن أى كسر الأحجار) والأسمنت مع اضافة الماء إليهما . وعند خلطهم جيدا تتم عملية تماسك بينهم تسمى زمن الشك Setting time .

وللخرسانة خصائص كثيرة تمتاز بها عن المواد الأخرى ، فهى تأخذ شكل صلد ومتين مع الزمن تدريجيا وتبدأ بالشك الإبتدائى Initial setting وتنتهى بالشك النهائى Final setting . كذلك فهى شديدة المقاومة للضغط Compression ولكنها في نفس الوقت ضعيفة جدا في مقاومتها للشد Tension لذلك فالخرسانة العادية (غير المسلحة) لا تستخدم ابدا في الأماكن التى تحدث فيها اجهادات الشد (مثل الكمرات).

للتغلب على هذه المشكلة ، يوضع الحديد وهومقاوم ممتاز لقوى الشد وقوى الضغط وفي حين ان أسياخ الحديد الطويلة يمكن ان تتحمل قوى الشد كلها فإن الخرسانة لا تتحمل قوى الضغط كلها إذا كانت قطاعاتها نحيفة Slinder فيحدث نتيجة لهذا انبعاج الخرسانة Buckling .

لذلك ، نجد ان مركبا خليطا من الخرسانة والحديد يعطى مادة مثالية لمقاومة الإجهادات المتنوعة المؤثرة عليها . وهذا المركب هوما يعهد باسم الخرسانة المسلحة Reinforced concrete .

تتوقف كفاية الخرسانة بعد تصلبها على نوعية المواد الداخلة في هجريبها ونسبها إضافة إلى طريقة المعالجة في الفترة الأولى من عمر الخرسانة.

مكونات الخرسانة

مكونات الخرسانة الأساسية هي الركام والماء والإسمنت:

الركام

ويشتمل على الركام الناعم والركام الخشن.

أما الركام الناعم fine aggregate فيحتوي على الرمل وكسر الحجارة أوالحصى أوأي مواد أخرى ذات خواص مماثلة، ويجب حتىقد يكون الركام نظيفاً وقاسياً ولا يحتوي على عوالق من مواد عضوية أوأية شوائب أخرى.

يجب حتى تمر مكونات الركام الناعم جميعها من غربال فتحاته 6.35ملم (الغربال رقم 4)، ويمكن التغاضي أحياناً بحيث لا يقل ما يمر من الغربال عن 85% من الركام، وينبغي حتى تكون مكونات هذا الركام متدرجة الأبعاد إلى حد مقبول، ولا توجد فيه مواد شديدة النعومة بكميات زائدة مما يؤدي إلى زيادة السطح النوعي للركام ومن ثم الحاجة إلى كمية كبيرة من الإسمنت لتغليفها، وعموماً فإن نسبة المواد ذات النعومة الزائدة (المارة على الغربال 100) يجب ألا تتجاوز 6%.

وأما الركام الخشن coarse aggregate فيحتوي على كسر الحجر والحصى أوأي مواد أخرى ذات خواص مماثلة ويجب حتىقد يكون نظيفاً وقاسياً إضافة إلى كونه خالياً من الشوائب كما هي الحال في الركام الناعم، وشكل حبيباته أقرب ماقد يكون إلى المنتظم، أوالدائري من دون زوايا حادة أوسطوح مستوية.

تعد الصخور الغرانيتية أوالبازلتية من أبرز مصادر الركام وكذلك الحجر الكلسي، أما البعد الأعظمي لحبيبات الركام الخشن، فيتوقف على نوع الخرسانة المطلوبة، وحدثا زاد حجم الشدف (البتر) انخفض السطح النوعي للركام ومن ثم تقل كمية الإسمنت اللازمة لصنع خرسانة ذات مقاومة محدودة. وبصورة عامة فإن القطر الأكبر لشدف الركام هو20ملم لأعمال العناصر الصغيرة من الخرسانة المسلحة، ونادراً ما يستخدم في أعمال الخرسانة المسلحة الركام ذوالشدف بقطر 40ملم.

كذلك يمكن استعمال الخبث الناتج عن الأفران العالية لأنه يتمتع بمقاومة مرتفعة تحت الضغط ويوفر سطحه الخشن التماسك الجيد مع الإسمنت، وينصح باستعمال هذا الركام في الكتل الخرسانية الكبيرة في حين يتم تجنبه في العناصر الخرسانية المسلحة ذات السماكة القليلة والمعرّضة لتأثير المياه بسبب تكوينه المسامي.

ماء الخلطة

يستخدم في تحضير الخرسانة الماء النظيف الخالي من الزيوت أوالحموض أوالقلويات أوالمواد العضوية وغيرها من الشوائب الضارة. ويجب تجنب مياه البحر في تحضير الخلطة الخرسانية، كما يجب، الابتعاد عن استخدام المياه النقية ذات المصدر المجاور للصخور الغرانيتية والتي تسبب انحلال الأملاح الموجودة في الخرسانة.

الإسمنت

هوالمادة الرابطة الأساسية

إن الخواص الأساسية للخرسانة المتصلبة هي المقاومة تحت الضغط، والتي يجري قياسها مخبرياً باستخدام عينات نظامية تخضع لحمولة محورية ضاغطة، والمقاومة تحت الشد التي يجري قياسها إما بتطبيق حمولة محورية شادة أوباستخدام تجربة الفتل الدائري. وإن المقاومة تحت الشد هي خاصية هامة، ذلك أنها تعبر عن نوعية الخرسانة بطريقة أفضل مما تعبر عنه المقاومة تحت الضغط إذ إذا الخرسانة التي تبدي مقاومة جيدة تحت الشد تتصف دائماً بمقاومة مرتفعة تحت الضغط إلا حتى العكس غير سليم دائماً وخصوصاً في حالة الركام غير النظيف. وأخيراً الهشاشة fragility وهي النسبة بين المقاومة تحت الضغط إلى المقاومة تحت الشد وتبدي الخرسانة ذات عامل الهشاشة المرتفع تشققات في عمر مبكر.

يمكن تعديل وتحسين خواص الخرسانة الطرية في طور تصنيعها أوالمتصلبة عن طريق المُضافات additives التي تخلط بنسب محددة مع الماء اللازم لتكوين الخلطة - وقد درج في العقدين الأخيرين من القرن العشرين استخدام المُضافات الصناعية ذات الأساس الراتنجي resine التي يمكن حتى تحمل المقاومة تحت الضغط أوالشد أوالاهتراء أوغيرها.

تبدي الخرسانة من حيث المبدأ مقاومة تحت الضغط تزيد بمرات عدة على مقاومتها تحت الشد، وقد أدى استخدام القضبان الفولاذية في الخرسانة إلى امتصاص قوى الشد فصارت تعهد باسم الخرسانة المسلحة.

ومع حتى فكرة الخرسانة المسلحة قديمة إلا أنها لم تستخدم على نطلق واسع قبل النصف الثاني من القرن التاسع عشر، وبدءاً من عام 1894 جرى في فرنسا مثلاً استخدام الحسابات النظرية في الخرسانة المسلحة بدلاً من التقديرات التجريبية empirique المستخدمة سابقاً.

ميزات الخرسانة والخرسانة المسلحة

يمكن حصر هذه الميزات فيما يأتي:

1ـ مرونة الاستخدام: تُصب الخرسانة الطرية في قوالب للحصول على أشكال مختلفة للخرسانة تبعاً لشكل النطقب المستخدم.

2ـ اقتصادية أعمال الصيانة: بحاجة المنشآت المعدنية إلى أعمال الطلاء الدوري، وتتأثر وصلات المنشآت الحجرية بالصقيع عادة، في حين لا بحاجة منشآت الخرسانة المسلحة الأساسية إلى أعمال الصيانة.

3ـ مقاومة الحريق: الخرسانة مادة ضعيفة الناقلية الحرارية، إضافة إلى أنها ذات تمدد حراري أقل من مواد البناء الأخرى كالغضار وحجر البناء. إذا انخفاض عامل التمدد الحراري يقلل من ظهور التشققات عند ازدياد درجة حرارة الخرسانة، كما إذا ضعف الناقلية الحرارية يحول دون وصول حرارة الحريق إلى باطن كتلة الخرسانة ليبلغ حديد التسليح.

وقد بينت التجارب حتى تعرض السطح الخارجي في كتلة من الخرسانة لدرجة حرارة مرتفعة في مدة ساعة واحدة، لا يؤدي إلى ازدياد ملحوظ في درجة حرارة الطبقة السطحية على عمق نحو2.5سم في السطح المذكور، في حين يكادقد يكون ازدياد الحرارة مهملاً في الطبقات على عمق 7.5سم.

وأخيراً، فإن تقارب عاملي التمدد الحراري للخرسانة ولحديد التسليح يسمح بإعادة استثمار المنشأة من الخرسانة المسلحة بعد إصلاحات سطحية في حالات الحريق الخفيف أوغير الطويل الأمد في حين حتى المنشأة المعدنية مثلاً وفي الشروط نفسها يمكن حتى تصبح غير قابلة للاستثمار.

4ـ مقاومة الحمولات الطارئة: الخرسانة المسلحة أقل تأثراً بتغير تطبيق الحمولات الحية عليها من بقية مواد الإنشاء، وذلك بسبب وزنها الذاتي المرتفع. بمعنى حتى الأجزاء الأقل مقاومة تخضع لتشوهات كافية لنقل القوى إلى الأجزاء الأكثر مقاومة.

5ـ إمكانية الحصول على بتر مسبقة الصنع: يمكن تطبيق البتر الخرسانية مسبقة الصنع في المعمل، ثم يجري تجميعها في مسقط العمل

عيوب الخرسانة

كما هوالحال في جميع مواد البناء، فإن الخرسانة المسلحة تبدي عدداً من العيوب أهمها:

1ـ الوزن الذاتي المرتفع: يتغير وزن الخرسانة بشكل أوبآخر تبعاً لنسب الخلطة وقوام الركام consistency ونوعيته، وبصورة عامة فإن المتر المكعب من الخرسانة ذات الركام العادي من الحصى والرمل يزن عادة بين 2240-2400 كيلوغرام، ويؤدي إضافة حديد التسليح إلى زيادة الوزن تبعاً لنسب الحديد المستخدم، ويتجاوز الوزن حدود 2400 كيلوغرام للمتر المكعب.

ومن ثم فإن للخرسانة وزناً ذاتياً أكبر من بديله المنفذ كمنشأة معدنية، مما يحتاج أساسات ذات حجم أكبر ويؤدي إلى ازدياد الكلفة.

2ـ الحاجة إلى الدقة في كمية حديد التسليح وطريقة ربطه.

3ـ غالباً ما يحتاج تصنيع النطقب اللازم للصب وقتاً طويلاً إضافة إلى أعمال التدعيم والتربيط، وضرورة بقاء النطقب حتى تحصل الخرسانة على المقاومة الكافية.

4ـ ضرورة أخذ الاحتياطات الكافية في أثناء صب الخرسانة وحمايتها بعد ذلك من الصقيع أومن الجفاف السريع.

انواع الخرسانة

تعددت انواع الخرسانة كثيرا في وقتنا الحاضر نتيجة مكوناتها نذكر منها على سبيل المثال :

- مونة خرسانية : مكونة من خلط الزلط الحمصانى مع مونة الرمل والأسمنت .

- خرسانة : وقد تسمى باطون وهي خليط من البحص (الطبيعي اوكسر الحجر الصلب) مع الرمل النظيف والخالي من الشوائب والبودره الناعمه جدا مع الأسمنت بنسب متعارف عليها فنيا.

- خرسانة عادية : وقد تسمى خرسانة نظافه ولا تستعمل في صب اي منشئآت عليها احمال وتصب عادة لملء الفراغات ولتثبيت التربه تحت اوحول منشئآت مسلحه بالحديد.

- خرسانة مسلحة: هي خرسانه تسمى مسلحه لأنها تصب مع قضبان حديديه لها اشكال خاصه يحددها مهندسون متخصصون بالتصميم لجعل الجسم المصبوب من هذه الخرسانه مع الحديد اكثر قوه وقادر على تحمل اوزان كثيره مثل (الجسور ، الأسقف ، المباني العاليه ...).

- خرسانة بيضاء : مكونة من خلط اسمنت أبيض مع مونة الرمل والبحص .

- خرسانة كسر طوب : مكونة من خلط كسر الطوب مع مونة الرمل والأسمنت .

• كما يوجد انواع اخرى من الخرسانات المسلحه التي لها صفات واستخدامات خاصة مثل :

- الخرسانة المسلحة المصبوبة تحت الماء .

- الخرسانة المسلحة المقاومة للحريق .

- الخرسانة المسلحة المقاومة للإشعاعات الذرية .

- الخرسانة المسلحة للسدود .

- الخرسانة المسلحة ضد القنابل .

- الخرسانة المسلحة المقاومة للزلازل .

- الخرسانة المسلحة الملونة .

• والطرق المتنوعة لتجهيز منتجات الخرسانة المسلحة يكسبها اسماء اخرى مثل :

- الخرسانة المصبوبة في المسقط (لا يتم تحريك الجسم المصبوب بعد الصب)In-Situ concrete .

- الخرسانة مسبقة الصب (تصب الاجسام في مسقط ويتم هجريبها في مسقط آخر) Pre-Cast concrete products .

- الخرسانة سابقة الإجهاد(تصب ويتم شدها بأسلاك قويه جدا لتكون قادره على حمل احمال كبيره جدا مثل الجسور الطويله جدا Pre-Stressed concrete .

خلط الخرسانة

قبل خلط مواد الحرسانة يجب التأكد من نظافة الرمل والزلط (اوالسن) ولذلك يجب تنظيفهم من اى مواد عضوية عالقة بها وذلك بهزهم في المنخل Sieve وغسلهم بالماء قبل استعمالهم لأن وجود نسب كبيرة من الطين اوالمواد العضوية اوالأملاح اوالفوسفاتات في الخرسانة يسبب تأكل وصدى الحديد الموجود فيها ويضعف من قوتها . ويتم خلط المواد الأولية للخرسانة عموما بطريقتين رئيسيتين :

الخلط اليدوى

بعد تنظيف الرمل والزلط ، تخزن المواد في مكان مناسب بالمسقط بعيدا عن الرطوبة ، يتم خلط الخرسانة يدويا بطريقة استعمال الجاروف وذلك لخلط كميات قليلة من الخرسانة .

اما الخلط اليدوى الشائع الاستعمال للكميات الكبيرة من الخرسانة فيتم بوضع حجم عدد 2 صندوق كيل Batch box من الزلط أوالسن يضاف عليهم حجم صندوق كيل من الرمل وعدد شكاير الأسمنت المطلوبة ثم تخلط هذه المواد على الناشف ثلاث مرات على طبلية مستوية صماء من الواح الخشب أواى مادة مماثلة باستعمال الجاروف ذوالشداد وبعدما يصبح لون المخلوط متجانسا يضاف الماء تدريجيا بالقدر المطلوب للخلط ، ويستمر التقليب والخلط ثلاث مرات حتلا يتجانس لون وقوام الخلطة .

الخلط الميكانيكى

تخلط الخرسانة ميكانيكيا بالنسب المطلوبة في خلاطات ذات سعة مناسبة مع تناسب حجمها بمعدل النقل والصب للعملية وتستعمل الخلاطات في مسقط العمل ويتناسب عدد الخلاطات مع نوع وطبيعة العمل ومع كميات الخرسانة المطلوبة .

وقد تجهز الخرسانة اوتوماتيكيا في محطات خاصة تعهد باسم محطات تجهيز الخرسانة Ready Mix ومنها تنقل إلى مسقط العمل عن طريق عربات مجهزة Concrete mix trucks وتتم طريقة الخلط في محطات تجهيز الخرسانة بطريقتين :

طريقة الخلط المركزى

تخلط وتجهز الخرسانة في هذه الطريقة في محطة تجهيز الخرسانة وقد يكون مكانها غالبا قريب مسقط المشروع وتتم العملية كالأتى :

يفرد الزلط (السن) والرمل وينظفوا بالمياه حتى يصيروا مشبعين بالمياه والسطح جاف وخصوصا في الجوالحار ثم يشونوا إلى اماكنهم الخاصة القريبة من صومعة الأسمنت السائب وخزان المياه وبعد قياس مواد الرمل والركام (الزلط أوالسن) والأسمنت يصب المخلوط في خلاط مركزى ويخلط على الناشف أولا عدة مرات ثم يضاف عليه الماء بنسبة معينة وعادة تحدد نسبة الماء / الأسمنت Water / Cement ratio على حسب نوع الخرسانة المطلوبة فتجهيز خرسانة بلاطة الأرضيات مثلا تكون نسبة الماء للأسمنت 0.7 (لعدم الحاجة إلى مقاومة عالية من الخرسانة فبلتالى تزيد نسبة المياه) اما تجهيز خرسانة الأسقف والأعمدة والكمرات فتكون نسبة المياه للأسمنت فيها حوالى 0.5 (للحاجة إلى مقاومة عالية ، فوجب تقليل نسبة المياه لتزيد المقاومة).

تنقل الخرسانة إلى المسقط عن طريق عربات مجهزة لذلك ويجب ألا يزيد مشوارها من المحطة إلى مسقط العمل عن 45 دقيقة وهى المدة الكافية لتكوين الشك الإبتدائى للخرسانة . كما يجب ان تقلب الخرسانة ببطء داخل اسطوانة العربة الناقلة اثناء النقل لمنع انفصال مواد الخرسانة أوتماسكها.

طريقة الخلط اثناء النقل

تخلط مكونات الخرسانة على الناشف في الخلاطة المركزية كما في طريقة الخلط المركزى إلا انه يتم خلط الخرسانة بالماء في العربة الخلاطة إما اثناء النقل لمسقط العمل اوقبل الصب مباشرة ، من فوائد هذه الطريقة انها تعطى وقتا اكبر في النقل إلا ان عيبها يتمثل في ان سعة العربة الخلاطة عادة تكون حوالى 3/4 سعة العربة الناقلة للخرسان الجاهزة وذلك لأن خلط مكونات الخرسانة بالماء يقلل من حجمها ، كما يجب ان تكون سرعة تقليب الخرسانة اثناء النقل تتراوح بين 2 -ستة دورة / دقيقة للحفاظ على قوام الخرسانة .

معالجة

الخصائص

الاهتمامات البيئية

Worldwide CO₂ emissions and global change

المياه السطحية الجارية

الحرارة في المناطق الحضرية

غبار الاسمنت

الاهتمامات الصحية

معالجة الخرسانة واحتياطات السلامة

وسائط الضرر

إصلاح الخرسانة

إعادة تدوير الخرسانة

السجلات العالمية

ضخ الخرسانة

الصب المستمر

استخدام ملموسة في البنية التحتية

هياكل كتلة ملموسة

هياكل خرسانة مسلحة

الهياكل الخرسانية سابقة الاجهاد

مواد الخرسانة

البناء بالخرسانة

المستدام بيئياً

كفاءة الطاقة

السلامة من الحرائق ونوعية الحياة

إعادة التدوير وإعادة تدوير

انظر أيضا

المصادر

• [1]
• محمد لطوف. "خرسانة" Check |url= value (help). الموسوعة العربية.

ملاحظات

تشييد المبانى ، أساسيات إنشاء المبانى ، د.م فاروق عباس حيدر ، الطبعة الرابعة 1994

• [2]
• [3]

بيبلوغرافيا

• Matthias Dupke: Textilbewehrter Beton als Korrosionsschutz. Diplomica Verlag, Hamburg 2010, ISBN 978-3-8366-9405-6.

الهامش

وصلات خارجية

مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع Concrete.

• FLY ASH: ITs origin, applications and the environment
• Fly ash in concrete How Fly Ash Contributes to Concrete Durability and Strength.
• Concrete History Oct 1 2009
• Refractory Concrete Information related to heat resistant concrete; recipes, ingredients mixing ratio, work with and applications.
• The effect of curing on the tensile strength of medium to high strength concrete
• Inhomogeneity of concrete strength distribution by volume of vertical monolithic (cast in situ) elements Reserves of concrete strength. Information may be used when design buildings against progressive failure.
• The History of Concrete
• Concrete carbonation chemistry at the TU Dresden
• Howard Kanare - Problems With Moisture in Concrete
• Concrete Moisture Testing - Relative Humidity vs. Calcium Chloride
• Short film on the reinforced concrete buildings that Ove Arup helped design for Dudley Zoo in the 1930s
• British Precast Concrete Federation
• Free Concrete Books :
  • Standard Practice for Concrete Pavements
  • Concrete Repair
  • High Performance Concrete Structural
  • Roller Compacted Concrete
  • Concrete Crack Repair