الخرسانة هي مادة تتكون من الأسمنت والركام والمضافات والماء. باعتبارها واحدة من مواد البناء الأكثر استخدامًا في الوجود، لعبت الخرسانة دورًا أساسيًا في تشكيل العالم الحديث. نظرًا لقوتها ومتانتها وتوافرها، فهي لبنة بناء العديد من ناطحات السحاب والجسور والمنحوتات والطرق. تعتبر الخرسانة مثالاً مثاليًا للطرق التي يمكن للاختراع البشري أن يشكل بها عالمنا اليوم وفي المستقبل.
ما هي الخرسانة؟
الخرسانة هي مادة مختلطة تحتوي على كميات محددة من الأسمنت والركام الناعم أو الخشن وأنواع مختلفة من الإضافات والماء.
المجلدات
المكون الرئيسي للخرسانة عادة هو الأسمنت الذي يعمل بمثابة رابط لبقية المواد. عندما يتم خلطه بالماء، يخضع الأسمنت لتفاعل كيميائي يعرف بالترطيب ويشكل عجينة تربط جميع المواد. يعتبر الجير خيارًا رابطًا آخر في الخرسانة، على الرغم من أن هذا أقل شيوعًا في الخرسانة الحديثة. يستخدم الجير في المقام الأول كمادة رابطة في الخرسانة للترميم التاريخي، أو المباني التي تم إنشاؤها بجمالية تاريخية، أو كجزء من الخرسانة المستخدمة في تثبيت التربة لمشاريع بناء الطرق.
تجمعات
يمكن أن تشمل الركام الحصى أو الصخور المكسرة أو الرمل أو المواد المعاد تدويرها. يوفر الركام الحجم الأكبر والاستقرار في الخليط. يتراوح حجم الركام الناعم مثل الرمل من 0.0001 إلى 0.25 بوصة (0.025 – 6.5 ملم). تتراوح الركام الخشن من 0.25 إلى 1.5 بوصة (6.5-38 ملم) أو أكبر. يحدد حجم الركام مقدار المادة الرابطة المطلوبة في الخليط حيث يجب أن يملأ الرابط الفجوات بين الركام. ولذلك، فإن حجم الركام يمكن أن يؤثر على تكلفة الخرسانة.
يجب على الشركات المصنعة التأكد من أن كل الركام نظيف وخالي من الشوائب وإلا فقد يؤثر ذلك على جودة ومتانة الخليط الخرساني. بعض الركام مثل الكوارتزيت المسحوق أو الزجاج المسحوق أو أحجار النهر تكون جذابة. يقوم عمال البناء بتشكيل هذه الخرسانة بحيث تكون الركام مرئية. هذا خيار شائع في الخرسانة ذات المناظر الطبيعية.
الخلطات
وتشمل الخلطات الملدنات، وتعزيزات الألياف، وعوامل الترابط، ومركبات المعالجة، والمواد الواقية من التجميد والذوبان، وعوامل حبس الهواء، ومعدلات اللزوجة، على سبيل المثال لا الحصر. يتيح ذلك لمنتجي الخرسانة إنشاء خلطات خرسانية مميزة مصممة خصيصًا لأنواع معينة من التطبيقات والبيئات.
تاريخ موجز للخرسانة
يعود تاريخ الخلطات الخرسانية إلى العالم القديم. استخدمت الحضارات القديمة مواد بدائية مثل الطين والطين والقش لإنشاء مادة تشبه الخرسانة لتأمين الهياكل.
حقق الرومان أهم التطورات في تكنولوجيا الخرسانة من خلال تطوير مادة تسمى "opus caementicium"، والتي يطلق عليها الخبراء اليوم الخرسانة الرومانية. كان هذا نوعًا من الأسمنت الهيدروليكي الممزوج بالركام. العديد من الهياكل الرومانية التي أنشأها البناؤون باستخدام الأسمنت الروماني بما في ذلك المباني والجسور وقنوات المياه لا تزال قائمة حتى اليوم.
انخفض استخدام الخرسانة خلال العصور الوسطى وعصر النهضة ولكن تم تجديده مع التقدم الجديد في تكنولوجيا الأسمنت خلال الثورة الصناعية. ساعد إدخال أنواع جديدة من الأسمنت الهيدروليكي في إنشاء خرسانة أكثر موثوقية ومتانة. شهد القرن العشرين تطورات جديدة في استخدام الخرسانة بما في ذلك الهياكل الخرسانية المسلحة بالفولاذ. عندما يقوم البناءون بدمج الفولاذ في الخرسانة، فإن ذلك يسمح بإنشاء مباني أطول وجسور أطول وهياكل أكثر تعقيدًا. لعبت الخرسانة دورًا بارزًا في إنشاء البنية التحتية الحديثة مثل المطارات والسدود والطرق السريعة.
شهد العصر الحديث المزيد من التقدم في تطوير الخرسانة. ركز المصنعون والباحثون على إنشاء خرسانة أكثر متانة واستدامة واستقرارًا. لقد قاموا بتطوير صيغ خرسانية متخصصة مثل الخرسانة عالية الأداء والخرسانة ذاتية الضغط والخرسانة المسلحة بالألياف التي تسمح بنطاق أوسع من التطبيقات والإمكانيات في مشاريع البناء الخرسانية.
استخدامات الخرسانة
يقدر عمال البناء جميع أنواع الخرسانة بسبب قوتها ومتانتها وتعدد استخداماتها وفعاليتها من حيث التكلفة، لذلك فهي مفيدة في مشاريع البناء المتنوعة.
تشييد المباني
يستخدم البناءون الخرسانة في تشييد المباني السكنية والتجارية. من الشائع استخدام الخرسانة للأساسات والجدران والأعمدة والكمرات والألواح والأسقف.
الجسور والبنية التحتية
تحظى الخرسانة بشعبية كبيرة في أنواع مختلفة من الجسور والبنية التحتية للمدينة. يستخدم المهندسون والبناؤون الخرسانة المسلحة في البنية الفوقية للجسور، بما في ذلك الكمرات والعوارض والأرصفة. يتم استخدام الخرسانة في بناء الطرق والطرق السريعة حيث أن الخرسانة سطح متين يمكنه مقاومة التآكل وتوفير سطح صالح للاستخدام طويل الأمد. وتشمل التطبيقات الأخرى الأنفاق والجدران الاستنادية وهياكل الصرف الصحي والجدران الصوتية.
السدود والمنشآت المائية
تعتبر المياه موردا قيما للبشر، ولكنها يمكن أن تكون مدمرة أيضا. يستخدم البناءون الخرسانة لاحتواء موارد المياه والتحكم فيها في السدود والخزانات والقنوات ومحطات معالجة المياه. توفر الخرسانة القوة اللازمة لاحتواء الماء وكذلك ضمان الإدارة الدقيقة لهذا المورد الحيوي.
الأرصفة والممرات والطرق
تُستخدم الخرسانة بشكل شائع لتوفير مسار مستقر وسلس ومتين لحركة مرور المركبات والبشر. إنها مادة البناء الأكثر شعبية للطرق والأرصفة والممرات ومواقف السيارات والأرصفة.
الهياكل البحرية
إن قدرة الخرسانة على تحمل الصفات المسببة للتآكل لمياه البحر تجعلها عنصرًا حيويًا في المشاريع البحرية مثل الأرصفة والأرصفة والأسوار البحرية وحواجز الأمواج. يتم تحسين بعض الخرسانة لتطبيقات بحرية محددة لمساعدتها على مقاومة التآكل بما في ذلك زيادة مقاومتها للكبريتات، ومقاومة التآكل، وتقويتها لدورات التجميد والذوبان في البيئات شديدة البرودة.
الجدران الاستنادية
تعد القدرة على تغيير المناظر الطبيعية من خلال الجدران الاستنادية إحدى الطرق الأساسية التي يقوم بها مهندسو المناظر الطبيعية بتغيير الطوبولوجيا في العصر الحديث. يستخدم هؤلاء البناؤون الخرسانة في الجدران الاستنادية لكبح التربة عندما يقومون ببناء منطقة ما ولمنع التآكل بمرور الوقت.
الهياكل الصناعية
لا يوجد سوى أنواع قليلة من المواد المستقرة والمتينة بدرجة كافية للهياكل الصناعية مثل محطات الطاقة والمصانع والمستودعات وصهاريج التخزين. تتمتع الخرسانة بخصائص ذات قيمة خاصة في هذه الإعدادات بما في ذلك مقاومة الحرائق والمواد الكيميائية والماء.
عناصر مسبقة الصنع
يقوم المهندسون المعماريون والبنائون ببناء أجزاء من الهيكل خارج الموقع. يتم تشكيل هذه العناصر ومعالجتها ومن ثم نقلها إلى الموقع للتجميع. تشمل بعض العناصر مسبقة الصب الجدران الخرسانية والسلالم وألواح الأرضيات.
التطبيقات المعمارية والديكورية
الخرسانة ليست مجرد نفعية؛ يستخدم المهندسون المعماريون والفنانون البصريون مكونات ملموسة للتعبير عن رؤيتهم الإبداعية. نظرًا لأن الخرسانة متعددة الاستخدامات، فيمكن استخدامها لعرض الأشكال والأنسجة والأصباغ والواجهات الفريدة في مشاريع التصميم الداخلية والخارجية.
