خصائص الخرسانة هي قائمة بالصفات التي تمتلكها الخرسانة. يساعد تحديد هذه الخصائص في توضيح قدرة الخرسانة على توفير السلامة الهيكلية والمتانة والوظيفة في مشاريع البناء أو التصميم المختلفة. نظرًا لأن الخرسانة مادة مستخدمة على نطاق واسع، فإن معرفة خصائصها المتنوعة أمر ضروري لمحترفي البناء وأصحاب المنازل الذين يستخدمونها بشكل منتظم أو دوري.
إن فهم هذه الصفات الملموسة سيسمح لأي شخص بالنظر في التصميم الحيوي والسلامة الهيكلية، واختيار المواد الصحيحة، وضمان الأداء والمتانة، والسماح بالابتكار والتحسين.
ما هي خصائص الخرسانة؟
يمكن تقسيم خصائص الخرسانة إلى مجموعتين رئيسيتين: تلك التي تظهر في حالتها السائلة وتلك التي تظهرها في حالتها الصلبة.
خواص الخرسانة الطازجة (الحالة السائلة)
تظهر الخرسانة صفات معينة مباشرة بعد عملية الترطيب وهي التغيرات الكيميائية التي تبدأ بعد خلط الأسمنت بالماء. خصائص الخرسانة في شكلها السائل أو المعجون هي قابلية التشغيل، وزمن التثبيت، والنزف، والانفصال.
قابلية التشغيل
تصف خاصية قابلية التشغيل السهولة التي يمكن بها خلطها ونقلها ووضعها وضغطها دون فصل أو نزيف مفرط. تقيس هذه الخاصية مدى سهولة تشكيل الخرسانة وتشكيلها أثناء عملية البناء. هناك عدد من العوامل بما في ذلك محتوى الماء، ونوع وحجم الركام، ونوع الأسمنت وكميته، والمضافات، ووقت الخلط وطريقة الخلط تؤثر على قابلية تشغيل الخرسانة.
تتطلب المشاريع المتنوعة مقاييس مختلفة لقابلية التشغيل. من خلال تقييم قابلية تشغيل الخرسانة، يمكن لمحترفي البناء تحديد الخرسانة الأفضل لمشروع معين. تتم معالجة قابلية التشغيل من خلال إجراءات مختلفة بما في ذلك اختبار الركود أو اختبار Vee-bee أو اختبار عامل الضغط اعتمادًا على نوع الخرسانة.
تحديد الوقت
زمن التجمد للخرسانة هو مقدار الوقت الذي تستغرقه الخرسانة السائلة لتتحول إلى حالة صلبة. هذه خاصية مهمة لأنها تحدد التعامل مع المشروع ووضعه وإنهائه. يمكن أن تؤثر العديد من العوامل على وقت تجميد الخرسانة بما في ذلك نوع الخرسانة ونسبة الماء ودرجة الحرارة المحيطة والإضافات الإضافية.
يتكون وقت الإعداد من مرحلتين متميزتين: وقت الإعداد الأولي ووقت الإعداد النهائي. وقت الإعداد الأولي هو الوقت الذي تستغرقه الخرسانة للانتقال من شكلها البلاستيكي إلى شكل لم يعد من الممكن تغييره. هذه هي المرحلة الأولية حيث تكتسب الخرسانة القوة والصلابة. يقوم المصنعون بقياس وقت الإعداد الأولي باستخدام إبرة Vicat أو اختبارات مقاومة الاختراق الأخرى.
الإعداد النهائي هو الوقت الذي تستغرقه الخرسانة لتصبح صلبة تمامًا وعندما تصبح جاهزة لتحمل الأحمال الثقيلة. تمثل هذه المرة نهاية عملية الإعداد وبداية العمليات الأخرى مثل المعالجة أو إزالة النموذج. يقوم مصنعو الخرسانة بقياس ذلك من خلال اختبارات مقاومة الاختراق.
نزيف
وتفسر خاصية النزيف الظاهرة التي تحدث في الخرسانة السائلة أو البلاستيكية حيث ينفصل الماء عن الخلطة الخرسانية ويصعد إلى السطح. يؤدي ذلك إلى تراكم الماء على سطح الخرسانة. يحدث النزيف في الخرسانة بسبب ترسب الجزيئات الصلبة بسبب الجاذبية، مما يؤدي إلى إزاحة الماء. النزيف المفرط ليس مفيدًا للخرسانة لأنه يمكن أن يسبب تشوه السطح ويقلل القوة والمتانة.
يقوم مصنعو الخرسانة باختبار منتجاتهم لتحديد خصائص النزيف باستخدام اختبارات معينة مثل اختبار أسطوانة النزيف أو اختبار لوحة الضغط. يمكن للبنائين تحديد النزيف وتخفيفه من خلال نوع الخرسانة، وكمية المياه الأقل، واستخدام الركام الناعم، واستخدام الخلطات التي تقلل الماء.
الفصل
يشير الفصل في الخرسانة إلى التوزيع غير الموحد للمكونات في جميع أنحاء الخليط الخرساني. يحدث هذا عندما تنفصل الجزيئات الصلبة في المزيج، مثل الركام، عن المكونات الأخرى مثل معجون الأسمنت.
يمكن أن تؤثر عوامل متعددة على الفصل في الخرسانة بما في ذلك الحجم والكثافة الإجمالية، ونسب المزيج الخرساني، والتعامل و/أو النقل غير المناسب، وعدم كفاية الدمج أو الاهتزاز. تتمثل عواقب الفصل في الخرسانة في عدم تجانس المزيج مما قد يؤثر على السلامة الهيكلية والمتانة. ويمكن أيضا أن يسبب عيوب السطح. بعض الاختبارات التي يستخدمها المصنعون لتحديد الانفصال في الخرسانة هي اختبار ثبات الغربال واختبار جدول التدفق.
خواص الخرسانة المتصلدة
يقوم مصنعو الخرسانة باختبار الخرسانة المتصلبة على فترات دورية لاختبار خصائصها المحددة، وعادةً بعد السماح للخرسانة بالشفاء.
قوة
تقيس خاصية قوة الخرسانة قدرتها على تحمل القوة مع الحفاظ على سلامتها الهيكلية. وهذه من أهم الخصائص الحيوية في تحديد استخدامه ونطاق المشاريع المناسبة. بالنسبة للخرسانة القياسية، يتم قياس القوة بعد 28 يومًا وهو وقت كافٍ لتطوير قوة كبيرة.
قوة الضغط – خاصية قوة الضغط هي مقياس لقدرة الخرسانة على تحمل قوة الضغط دون فشل. وهو أقصى حمل يمكن أن تتحمله الخرسانة قبل أن تتشقق أو تتشوه أو تنهار. تقيس معايير الصناعة قوة الضغط من حيث الميجا باسكال (MPa) أو الجنيه لكل بوصة مربعة (psi). قوة الشد – قوة الشد هي مقدار التمدد الذي يمكن أن تتحمله الخرسانة قبل تعرضها للضرر. قوة الضغط هي الأكثر أهمية في الخرسانة، ولكن فهم قوة الشد أمر حيوي لبعض التطبيقات. عادة ما تكون قوة الشد للخرسانة أقل بكثير من قوة الضغط. تعتبر قوة الشد خاصية مهمة في التصاميم سابقة الإجهاد. قوة الانثناء – قوة الانثناء هي قدرة الخرسانة على تحمل قوى الانحناء أو الشد. تعتمد هذه الخاصية على قوة الشد للخرسانة. وتسمى قوة الانثناء أيضًا "معامل التمزق". يشير هذا المصطلح إلى أقصى ضغط عند الفشل في اختبار الانحناء للعارضة أو المنشور الخرساني. قوة القص – قوة القص هي خاصية تقيس قدرة الخرسانة على مقاومة القوى التي تتسبب في انزلاق طبقة من الخرسانة أو تشوهها بالتوازي مع طبقة أخرى. يمكن أن يحدث هذا عندما تتعرض العوارض أو الأعمدة أو الألواح الخرسانية للضغوط الالتوائية أو الانحناء.
متانة
المتانة هي الخاصية التي تفسر قدرة الخرسانة على مقاومة التدهور والحفاظ على صفاتها الجمالية والأداءية. تعد هذه الخاصية عنصرًا حاسمًا عندما يخطط المصممون والمهندسون المعماريون للهياكل التي ستدوم. يمكن أن يحدث انهيار الخرسانة لأسباب فيزيائية أو كيميائية أو ميكانيكية. تؤثر عوامل متعددة على متانة الخرسانة بما في ذلك التعرض البيئي، والخليط الخرساني، ونسبة الماء إلى الأسمنت، والتصميم الهيكلي، والمعالجة المناسبة، وجودة النقل وممارسات البناء.
يقوم مصنعو الخرسانة باختبار متانة الخرسانة من خلال الاختبارات المعملية والمراقبة الميدانية. يقومون باختبار نفاذية الخرسانة، ومقاومة اختراق أيونات الكلوريد، وتفاعل القلويات والسيليكا، ومقاومة الكبريتات، ومقاومة الكربنة، والمقاومة في دورات التجميد والذوبان.
كثافة
تقيس خاصية كثافة الخرسانة كتلتها لكل وحدة حجم. إنه رقم يوضح كمية المواد المعبأة في مساحة معينة. تؤثر الكثافة على القوة والمتانة والخواص الحرارية والسلوك الهيكلي للخرسانة. تحدد مكونات الخليط الخرساني كثافته. ويشمل ذلك نوع وكمية الركام والأسمنت والمياه وأي مواد تكميلية.
كلما زادت كثافة الخرسانة، زادت قوة الضغط والكتلة الحرارية. سوف تؤثر الكثافة على قابلية تشغيل الخرسانة. تتطلب الخرسانة ذات الكثافة العالية خبرة أكبر في الخلط والمعالجة.
انكماش
يشير الانكماش إلى الخاصية التي تصف الانخفاض في حجم أو أبعاد الخرسانة المتصلبة بسبب التفاعل الكيميائي أو عملية التجفيف. وهذا أمر طبيعي يحدث عندما يتبخر الماء من الخليط الخرساني. يمكن أن يؤدي الانكماش إلى حدوث تشققات وتشوهات في الهيكل الخرساني.
تقوم شركات الخرسانة باختبار الخرسانة الخاصة بها لفهم سلوك الانكماش المحتمل. إنهم قادرون على تقديم توصيات لمساعدة شركات البناء على تقليل انكماش الخرسانة من خلال تصميم المزيج المناسب وممارسات المعالجة، ووضع المفاصل الحيوية، والتعزيز الإضافي، والمضافات التي تقلل من التوتر السطحي للماء داخل الخرسانة للسماح بتجفيف أكثر تجانسًا.
نفاذية
تشير خاصية النفاذية إلى قدرة الخرسانة على السماح للماء والسوائل الأخرى بالمرور عبر هيكل المسام. تؤثر هذه الجودة بشكل مباشر على متانة الخرسانة وأدائها. تتأثر نفاذية الخرسانة بنسبة الماء إلى الخرسانة وتدرج الركام والمواد الأسمنتية وزمن المعالجة وبعض الإضافات.
تعتبر الخرسانة ذات النفاذية العالية والمنخفضة ذات قيمة في سياقات معينة، على الرغم من أن الخرسانة ذات النفاذية المنخفضة أقوى وأكثر متانة. تسمى الخرسانة ذات النفاذية العالية بالخرسانة المسامية أو النفاذية. يستخدم المهندسون هذا النوع من الخرسانة في تطبيقات إدارة المياه.
الخصائص الحرارية
تشير الخواص الحرارية إلى قدرة الخرسانة على توصيل وتخزين ومقاومة تدفق الحرارة. تلعب الخاصية دورًا مهمًا في كفاءة الطاقة والأداء الحراري للهيكل. هناك العديد من المقاييس التي تحدد الخواص الحرارية لنوع معين من الخرسانة.
الموصلية الحرارية – تقيس الموصلية الحرارية كيفية توصيل المادة للحرارة. لا تقوم الخرسانة بتوصيل الحرارة بشكل جيد، ولكن كلما زادت كثافة الخرسانة، كلما كانت موصلة للحرارة بشكل أفضل. المقاومة الحرارية – تمثل المقاومة الحرارية، وهي أيضًا قيمة R، قدرة الخرسانة على مقاومة تدفق الحرارة. وهذا هو عكس الموصلية. الكتلة الحرارية – تتمتع الخرسانة بكتلة حرارية عالية مما يشير إلى قدرتها على تخزين وامتصاص الحرارة. وهذا مفيد في تنظيم درجة الحرارة من الداخل إلى الخارج. التمدد والانكماش الحراري – يمكن للخرسانة أن تتمدد أو تتقلص مع تغيرات درجة الحرارة. في حين أن هذه التغييرات صغيرة نسبيًا بالنسبة للخرسانة، إلا أنه يجب على المهندسين أخذها في الاعتبار عند تصميم الهيكل لاستيعاب هذه الحركات الصغيرة.
يستخدم مصنعو الخرسانة اختبارات مختلفة لتحديد الخواص الحرارية للخرسانة بما في ذلك اختبارات التوصيل الحراري، وقياس السعرات الحرارية بالمسح التفاضلي (DSC)، وحسابات المقاومة الحرارية.
