تشير كثافة الركام إلى قياس الكتلة لكل وحدة حجم من المواد الحبيبية مثل الحجر المسحوق أو الرمل أو الحصى. تعتبر الكثافة أحد الاعتبارات الحاسمة في صناعة البناء والتشييد عند حساب الكمية اللازمة لمشاريع معينة وتحديد قوة ومتانة المزيج. ومع ذلك، هناك العديد من مقاييس الكثافة.
هناك حسابان للكثافة مفيدان بشكل خاص لمحترفي البناء حيث يأخذون في الاعتبار خصائص أنواع معينة من الركام وكيف ستؤثر على مشروعهم المحدد: الكثافة الظاهرية والكثافة النسبية. يحسب كل منهما قياس كثافة متميزًا على الرغم من أنه مرتبط وكلاهما مفيد في تطبيقات محددة.
قياسات الكثافة للركام
هناك قياسان رئيسيان لحساب كثافة الركام لمحترفي البناء: الكثافة الظاهرية والكثافة النسبية.
1. الكثافة الظاهرية
الكثافة الظاهرية، والمعروفة أيضًا بالكثافة الظاهرية، تحسب كتلة المادة الكلية لكل وحدة حجم. يشمل قياس الكثافة الظاهرية الجزيئات وكذلك المساحات الفارغة بينها. يتم التعبير عن هذا القياس بالكيلوجرام لكل متر مكعب (كجم/م³) أو رطل لكل قدم مكعب (رطل/قدم³).
يستخدم عمال البناء قياس الكثافة الظاهرية لحساب كمية المواد الإجمالية التي يحتاجونها لمهمة معينة مثل خلط الخرسانة أو الأسفلت أو ملء المساحات الفارغة. تمنح الكثافة الظاهرية لركام معين لمحترفي البناء نظرة ثاقبة حول قابلية تشغيله وقوته ومتانته.
2. الكثافة النسبية
تقيس الكثافة النسبية، أو الثقل النوعي للمواد الركامية، نسبة كثافة المادة مقارنة بكثافة الماء عند درجة حرارة وضغط معينين. يحسب القياس مقدار الحجم الذي ستزاحه المادة عند وضعها في الماء. يتم التعبير عن حساب الكثافة النسبية كرقم بدون وحدات.
الماء لديه كثافة نسبية قدرها 1. الركام لديه كثافة نسبية أعلى من الماء. نطاق الكثافات النسبية الإجمالية عادة ما يكون بين 2.0-2.9. يقوم متخصصو الصناعة باختبار الركام للتأكد من كثافته النسبية باستخدام إما أساس فرن جاف أو أساس جاف سطحي مشبع اعتمادًا على التطبيق الذي يتم استخدام الركام من أجله.
تساعد قياسات الكثافة النسبية في أخذ كثافة المادة ومساميتها بعين الاعتبار. المزيد من الركام المسامي يحتوي على المزيد من المساحات الفارغة التي سوف يملأها الماء. تشغل هذه الركام مساحة أقل في الماء من الركام الأقل مسامية. يعتبر الامتصاص أحد الاعتبارات الحاسمة في الركام عند استخدامه في الخلطات الخرسانية. الركام ذو معدلات الامتصاص العالية يمكن أن يؤثر على قابلية تشغيل المزيج وقوته ومتانته بسبب حاجته المتزايدة إلى الماء.
المشاريع التي تتطلب قياسات الكثافة
يستخدم محترفو البناء قياسات الكثافة النسبية والكثافة الظاهرية في ظروف ومشاريع مختلفة، اعتمادًا على التطبيقات المحددة.
الخلطات الخرسانية – تعتبر حسابات الكثافة الظاهرية والكثافة النسبية ضرورية لخلط الخرسانة. يستخدم عمال البناء الكثافة الظاهرية لأنواع الركام لتحديد كمية الركام والرمل والأسمنت التي يحتاجونها للحصول على القوة المطلوبة وقابلية التشغيل للخلطات الخرسانية. تساعد قياسات الكثافة النسبية شركات البناء على تقييم مسامية وضغط الركام، مما يؤثر على نسبة الماء في المزيج. الخلطات الإسفلتية – الكثافة الظاهرية هي المقياس الأكثر أهمية للركام في الأسفلت للتنبؤ بقوته وطول عمره. خلطات الأسفلت تجمع بين الركام مع البيتومين. لا يعد الماء أحد مكونات خليط الإسفلت، لذا فإن قياس الكثافة النسبية ليس مفيدًا مثل قياس الكثافة الظاهرية. القدرة على التحمل – تؤثر الكثافة الظاهرية لمجاميع معينة على قدرة تحمل طبقات التربة في الهندسة الجيوتقنية. يساعد حساب الكثافة الظاهرية على تقييم ضغط واستقرار التربة لمختلف المشاريع. تقييمات الجودة الإجمالية – الكثافة النسبية مفيدة في تقييم جودة مادة مجمعة معينة لوظائف معينة. تعتبر الركام الأقل مسامية وذات الكثافة الأعلى مقارنة بالمياه أفضل لمشاريع البناء الثقيلة مثل التصاميم الحاملة أو الهيكلية. عادةً ما تكون الركام خفيف الوزن أكثر مسامية ولكنه يعمل بشكل جيد مع التصميمات التي تتطلب متطلبات وزن صارمة.
نطاقات الكثافة النسبية والسائبة لأنواع الركام
| النوع الكلي | حجم الجسيمات | الكثافة النسبية | الكثافة الظاهرية |
| المجموع الدقيق | ≥ 4.75 ملم | 2.4-2.9 | 1400 إلى 1800 كجم/م³ (87 إلى 112 رطل/قدم³) |
| مجموع متوسط | 4.75 ملم – 19 ملم | 2.4-2.9 | 1400 إلى 1800 كجم/م³ (87 إلى 112 رطل/قدم³) |
| الركام الخشن | 4.75 ملم – 37.5 ملم | 2.4-2.9 | 1,350 إلى 1,650 كجم/م³ (84 إلى 103 رطل/قدم³) |
| مجمعة خفيفة الوزن | 4.75 ملم – 37.5 ملم | 0.9-2.2 | 800 إلى 1400 كجم/م³ (50 إلى 87 رطل/قدم³) |
| مجموع الوزن الثقيل | 4.75 ملم – 37.5 ملم | 2.5-4.0 | 2500 إلى 4000 كجم/م³ (156 إلى 250 رطل/قدم³) |
تحسين كثافة الخلطات الركامية
يعد تحسين مزيج مجموعة من الركام وسيلة لتحقيق أعلى كثافة كبيرة مع الحفاظ على خصائص الأداء المطلوبة. عندما يقوم المصنعون بذلك، فإنهم يسمحون للبنائين بتحسين كفاءة المواد، وتعزيز القوة والمتانة، وتقليل نفاذية المزيج إلى العناصر الخارجية مثل الماء والمواد الأخرى.
مزيج ركام جيد التدرج – يعد اختيار مزيج ركام جيد التدرج يحتوي على مجموعة متنوعة من أحجام الجسيمات أمرًا حيويًا في تقليل المساحات الفارغة لزيادة كثافة المزيج. محتوى الرطوبة المناسب – التحكم في الرطوبة في المزيج الكلي يسمح للبنائين بزيادة كثافة الركام لأن الرطوبة الزائدة تؤدي إلى كثافة أقل حسب حجم الوحدة. الشكل والملمس الكلي – تلتصق الحبيبات الزاوية أو ذات النسيج الخشن ببعضها البعض وتحسن من الاكتناز العام بشكل أفضل من الجزيئات المستديرة وذات الملمس الناعم. نوع المادة الركامية – بعض أنواع الركام أكثر كثافة من غيرها وهي مرغوبة من حيث القوة والمتانة، على الرغم من أن الركام خفيف الوزن مفيد في تطبيقات محددة. الاهتزاز والضغط – يساعد تطبيق الاهتزاز أو الضغط الميكانيكي على تقليل الفراغات الهوائية في المزيج الكلي ويزيد من الكثافة الظاهرية.