ما هي قوة الخرسانة؟
ما هي قوة الخرسانة؟
كثير من الناس يعتبرون الخرسانة مادة قوية ومتينة ، وهذا صحيح. ومع ذلك ، عندما نتحدث عن القوة الملموسة ، ماذا نعني بالضبط؟ يصف هذا البحث قوة الخرسانة وأهميتها وتأثيرها على جودة ومتانة المشاريع الخرسانية. ابقى معنا.
ما هي مقاومة الانضغاط للخرسانة؟
لتقييم أداء خليط الخرسانة ، فإن مقاومة الانضغاط هي المقياس الأكثر شيوعًا والمقبول على نطاق واسع لقوة الخرسانة. تقيم هذه المقاومة قدرة الخرسانة على تحمل الأحمال الانضغاطية. لتقييم قوة الضغط للخرسانة ، يتم تكسير العينات الأسطوانية في آلة تم إنشاؤها خصيصًا لقياس هذه الخاصية.
تُقاس القوة بالميغاباسكالس (Mpa) أو بالجنيه لكل بوصة مربعة (psi). يستخدم معيار ASTM (الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد) C39 للاختبار. نظرًا لأن المزيج الخرساني يجب أن يفي بمتطلبات مهمة معينة ، فإن قوة الانضغاط أمر بالغ الأهمية.
تُعرَّف قوة الانضغاط بأنها الضغط الانضغاطي أحادي المحور في منطقة من الجسم عند الفشل التام لهذا العنصر. في كثير من الأحيان ، يتم تحديد قوة الانضغاط بشكل تجريبي عن طريق الضغط. نتيجة اختبار الضغط هي منحنى الإجهاد والانفعال الموضح في الرسم البياني التالي:
أهمية قوة ضغط الخرسانة
الخرسانة عبارة عن حجر صناعي يتكون من الأسمنت والماء والركام الخشن والناعم والرمل الخشن والناعم. عندما يتم خلط الماء والأسمنت مبدئيًا ، يتم تكوين تركيبة بلاستيكية (معجون) تغلف جزيئات الركام. يخضع الماء والأسمنت لتفاعل كيميائي يُعرف بالترطيب ، وتتحول الخرسانة عادةً من حالة تشبه العجينة إلى حالة صلبة في غضون ساعتين. ستستمر الخرسانة في المقاومة لأنها تصلب. تعتبر قوة 28 يومًا هي النقطة المرجعية لأقصى قوة ضغط للخرسانة ، وفقًا للمعيار. تعتمد معايير القوة بشكل متكرر على اختبارات الأسطوانات الخرسانية التي يتم سحقها تحت الضغط بعد 28 يومًا من البناء. يشار إلى المقاومة الناتجة باسم الخاصية الملموسة أو f’c.
عملية زيادة قوة الخرسانة
خلال الأسبوع الأول إلى العشرة أيام بعد تجفيف الخرسانة ، من الضروري ألا تتجمد أو تجف ، لأن أيًا من هذه الظروف يكون مدمرًا لقوة الخرسانة. من الناحية النظرية ، ستكتسب الخرسانة قوتها عند تخزينها في بيئة رطبة. ومع ذلك ، فمن الناحية العملية ، يتم الوصول إلى حوالي 90٪ من قوة الخرسانة خلال أول 28 يومًا.
تتمتع الخرسانة بشكل أساسي بمقاومة شد قليلة (عادة من 10 إلى 15 بالمائة من مقاومة الانضغاط) وبالتالي نادرًا ما تتطلب قضبان التسليح (الخرسانة المسلحة). يتم تحديد مقاومة الانضغاط للخرسانة من خلال العديد من المتغيرات ، مثل جودة وكمية موادها وحالة معالجتها.
نسبة الماء إلى الأسمنت هي أهم مؤشر للقوة. بشكل عام ، كلما كانت هذه النسبة أصغر ، زادت القوة النهائية للخرسانة. يبلغ الحد الأدنى لنسبة الماء إلى الأسمنت حوالي 0.3 بحيث تتلامس جميع جزيئات الأسمنت مع الماء (مما يضمن الترطيب الكامل).
في الواقع ، غالبًا ما تكون نسبة الماء إلى الأسمنت في النطاق من 0.4 إلى 0.6 لإعطاء مزيج الخرسانة اتساقًا قابلاً للاستخدام بحيث يمكن سكبه في القالب وحول قضبان التسليح. تصلب الخرسانة بشكل متزايد حيث يتبخر الماء غير المستخدم في الترطيب من الخليط المتصلب. بالنسبة للمكونات الكبيرة مثل البلاطة الخرسانية ، قد يؤدي هذا الانكماش إلى إجهاد شد إضافي ، خاصة إذا كان حجم كبير من الماء مسؤولاً عن الانكماش.
كما هو الحال مع جميع المواد ، تتحمل الخرسانة التغيرات في الحجم بسبب التأثيرات الحرارية ؛ في الطقس الدافئ ، تؤدي الحرارة الناتجة عن عملية الترطيب إلى تفاقم هذه المشكلة. نظرًا لانخفاض مرونة الخرسانة ، فإنها كثيرًا ما تتشقق نتيجة الانكماش وتقلبات درجات الحرارة. عندما يتمدد لوح خرساني مصبوب حديثًا بسبب تغير في درجة الحرارة ، على سبيل المثال ، تتشكل ضغوط داخلية مضغوطة في الخليط عن طريق التغلب على الاحتكاك بين الخرسانة والهواء المحيط.
قوة الشد للخرسانة غير كافية لتحمل نفس الاحتكاك. لذلك ، يتم استخدام مفاصل الانكماش بشكل متكرر للتحكم في موقع الشقوق التي لا مفر منها ، ويتم وضع ما يسمى بتقوية درجة الحرارة والانكماش في اتجاهات غير محددة سابقًا. تم تصميم هذا التعزيز لاستيعاب ضغوط الشد وتقليل عرض الشقوق.
بالإضافة إلى الضغوط الناتجة عن العمليات الحرارية والانكماش ، تتشوه الخرسانة أيضًا بسبب الزحف. يؤدي التعرض الطويل الأمد لمادة ما إلى إجهاد شديد إلى حدوث زحف. يحدث الزحف عندما تؤدي الأحمال المستمرة ، مثل الأحمال الميتة ، إلى ضغوط كبيرة.
على سبيل المثال ، يمكن أن يكون الانحراف الإضافي طويل المدى الذي يمكن أن يُعزى إلى الزحف في شعاع خرساني يصل إلى ضعف الانحراف الأولي الناتج عن الخصائص المرنة للحزمة. لمنع هذا التشوه المتزايد ، يجب الحفاظ على الضغوط التي تسببها الأحمال الثابتة. عادة ، يتم تحقيق ذلك من خلال دمج حديد التسليح في الخرسانة.
تأثير المكونات على قوة الخرسانة
قد يختلف وزن وحجم مكونات الخرسانة. الهدف هو تحقيق القوة والأداء الأمثل بأقل تكلفة ممكنة. توجد أحيانًا معايير فريدة ، مثل مقاومة التآكل ، والمتانة في المناخات القاسية ، أو عدم نفاذية الماء ، ومع ذلك ، ترتبط هذه الخصائص عادةً بالقوة. في بعض الأحيان ، يتم تحديد خرسانة أقوى على الرغم من أن fc أقل يناسب جميع المتطلبات الهيكلية.
كما تمت مناقشته سابقًا ، تتطلب الخرسانة المتينة نسبة منخفضة من الماء إلى الأسمنت. لذلك ، يبدو أنه فقط بالحفاظ على نسبة عالية من الأسمنت يمكن استهلاك كمية كافية من الماء لإنتاج الخرسانة الوظيفية. الأسمنت هو المكون الأكثر استخدامًا للخرسانة ، ويجب مراقبة استخدامه عن كثب.
60-75 في المائة من حجم الخرسانة تتكون من الركام ، وبالتالي فإن جودتها أمر حيوي. من المستحيل بناء خرسانة ممتازة من الركام الضعيف جدًا. يعتبر تصنيف الركام الناعم والخشن أمرًا ضروريًا لأن مجموعة كبيرة من الأحجام تقلل كمية معجون الأسمنت المطلوبة. تزيد الجسيمات المتدرجة بشكل مناسب أيضًا من كفاءة خليط الخرسانة.
ما هي مقاومة الشد للخرسانة؟
مقاومة الشد هي قدرة الخرسانة على مقاومة التمدد أو الانكسار تحت الضغط ، وهي تؤثر على حجم وتكرار التشققات في الهياكل الخرسانية. عندما تتجاوز قوى الشد قوة الشد للخرسانة ، تتشكل الشقوق. تتمتع الخرسانة التقليدية بمقاومة شد منخفضة إلى حد ما مقارنة بمقاومة الانضغاط. وهذا يستلزم تقوية الهياكل الخرسانية المعرضة لضغط الشد بمواد مثل الفولاذ الذي يتمتع بمقاومة شد عالية.
من الصعب اختبار مقاومة الشد للخرسانة بشكل مباشر ، لذلك يتم استخدام طرق غير مباشرة. تعد اختبارات قوة الانحناء وقوة الشد الانقسام من أكثر الطرق غير المباشرة شيوعًا. باستخدام اختبارات الشد على الأسطوانات الخرسانية ، يتم تحديد قوة شد الانقسام للخرسانة. يجب إجراء الاختبار وفقًا لـ ASTM C496.
ما هي قوة الانحناء للخرسانة؟
اختبار آخر غير مباشر يستخدم لقياس قوة الخرسانة هو مقاومة الانحناء. يتم تعريف هذا على أنه قدرة لوح أو عارضة خرسانية غير مسلحة على مقاومة فشل الانحناء. بمعنى آخر ، إنها قدرة الخرسانة على الانحناء.
اعتمادًا على خليط الخرسانة ، تكون مقاومة الانحناء عادةً من 10 إلى 15 بالمائة من مقاومة الانضغاط. ASTM C78 و ASTM C293 هما الاختباران المعياريان المستخدمان لتقييم قوة الانحناء للخرسانة. يتم تقديم البيانات من حيث معامل التمزق (MR) بالميغا باسكال.
اختبار قوة الانحناء حساس للغاية لمعالجة الخرسانة وتحضيرها. يجب إجراء هذا الاختبار باستخدام عينة رطبة. نتيجة لذلك ، عند وصف قوة الخرسانة ، يتم استخدام نتائج اختبار مقاومة الانضغاط عادةً لأنها أكثر دقة.
عوامل فعالة في قوة الخرسانة
نسبة الماء إلى الأسمنت
ينتج عن انخفاض نسبة الماء إلى الأسمنت خرسانة أقوى ، ولكن يصعب العمل بها. يجب تحقيق توازن جيد للوصول إلى المستوى المناسب من القوة مع الحفاظ على الكفاءة. هذا ممكن مع خطة الخلط الصحيحة.
خطة الخلط الأمثل
تتكون الخرسانة التقليدية من الماء والأسمنت ومزيج من الحصى والرمل. تعتبر النسبة الصحيحة من هذه المكونات ضرورية لتحقيق قوة عالية للخرسانة. قد يكون صب الخرسانة بمزيج عالي السيولة أمرًا بسيطًا ، لكن المنتج النهائي هش ويقلل من قوة الخرسانة.
وقت خلط الخرسانة
وقت الخلط الأمثل ضروري لقوة الخرسانة. عند نقطة معينة ، تزداد القوة مع وقت الخلط ، لكن الخلط المطول يمكن أن يؤدي إلى تبخر الماء المفرط وتكوين جزيئات صغيرة داخل الخليط. نتيجة لذلك ، تقل فعالية ومتانة الخرسانة. لا توجد قاعدة ذهبية لوقت الخلط الأمثل ، حيث أنها تختلف في بعض المتغيرات ، بما في ذلك نوع الخلاط المستخدم وسرعته والمكونات.
استنتاج
عند اختيار تقنية لقياس ومراقبة القوة الملموسة ، يجب على مديري المشاريع تقييم كيفية تأثير كل تقنية على خطتهم التشغيلية. في حين أنه يمكن إجراء بعض عمليات اختبار الخرسانة في الموقع ، إلا أن بعضها يحتاج إلى القيام به في المختبر. الوقت ليس هو القضية الوحيدة التي تؤثر على قرارات مديري المشاريع. تعد دقة إجراء الاختبار أمرًا بالغ الأهمية نظرًا لأنها تؤثر بشكل مباشر على جودة الهيكل الخرساني.