الانكماش: Shrinkage

مدونة المهندس المدنى الخريج : تكنولولجيا الخرسانة

الانكماش Shrinkage :

هو خاصية من خواص الخرسانة التى تتصلد فى الهواء ولا يسبب الانكماش مشاكل فى الخرسانة الا اذا كان هناك قيد للحركة حيث تتولد اجهادات شد داخل الخرسانة مما يؤدى الى تشرخها ويمكن التقليل من الاثار الضارة للانكماش بالاتى :

1-المعالجة الصحيحة والمبكرة للخرسانة .

2-عمل وصلات حركة .

3-وضع اسياخ تسليح لمقاومة الانكماش .

اسباب حدوث الانكماش :

1-هبوط الاجزاء الصلبة فى الخلطة وفقد الماء الحر من الخرسانة الطازجة ( الانكماش اللدن ) .

2-الاتحاد الكيميائى بين الاسمنت والماء ( الانكماش الزاتى ) .

3-جفاف الخرسانة نتيجة فقد الماء  ( انكماش الجفاف ) .

 (الانكماش اللدن ): Plastic  Shrinkage

يحدث قبل تصلد الخرسانة خلال بضعة ساعات من صب الخرسانة

يلاحظ اكثر فى البلاطات والاعضاء ذات المساحة السطحية الكبيرة المعرضة للجو الحار او الرياح

يؤدى الى حدوث شروخ سطحية بالخرسانة

العلاج : المعالجة المبكرة والفعالة .

الانكماش الذاتى :Autogenous Shrinkage

يتأثر بعدة عوامل منها:

1-التركيب الكيميائى للأسمنت .

2-كمية الماء فى الخلطة .

3-درجة الحرارة.

إنكماش: الجفاف  Drying Shrinkage:

ü                      عندما تتعرض الخرسانة المتصلدة - المعالجة فى الماء - للجفاف فإنها تفقد أولاً الماء الموجود فى الفجوات والشقوق الشعرية الداخلية ولا تبدأ فى الإنكماش إلا إذا إستمر الجفاف بحيث تفقد الماء  الموجود بالعجينة المتصلدة ذاتها

ü                      يبدأ بمعدلات عالية ويستمر لمدة طويلة ولكن بمعدل يتناقص بإستمرار. ويمكن إفتراض أن نصف الانكماش الكلى نتيجة الجفاف يحدث فى السنة الأولى.

ü                      ومن أهم وظائف الركام فى الخلطة تقليل إنكماش مونة الأسمنت

العوامل المؤثرة علي انكماش الجفاف :

1-مكونات الخرسانة

ü                      الماء : يحدث الإنكماش نتيجة فقد الماء إلى الجو المحيط. فكلما كان هناك ماء أكثر متاح للتبخركلما زادت إمكانية الإنكماش أثناء الجفاف.

ü                      الأسمنت  : أهمية الأسمنت بالنسبة للإنكماش ترجع فقط إلى أن كميته ونعومته تؤثر على كمية  الماء فى الخلطة.

ü                      الركام: كلما ذادت كمية الركام كلما ذاد تأثير الركام على تقليل الإنكماش لمونة الأسمنت. كذلك  فإن إستعمال الركام ذى مساحة سطحية أقل ما يمكن يساعد على تقليل محتوى الماء فى الخلطة وبالتالى يعمل على تقليل الإنكماش.

2- معالجة الخرسانة

تعمل معالجة الخرسانة على تقليل الفاقد الحرارى وبالتالى تقليل فروق الحرارة فى الأعضاء الضخمةكما أنها فى نفس الوقت تقلل الفاقد من ماء الخرسانة وبالتالى تبطئ من معدل الإنكماش فى فترة المعالجة مما يقلل من إحتمالات التشرخ.

3-درجة الحرارة والرطوبة

كلما قلت نسبة الرطوبة كلما زاد معدل وكمية الفاقد من الماء إلى سطح الخرسانة مما يؤدى إلى زيادة الإنكماش ونفس التأثير يحدث عند زيادة درجة حرارة الجو.

4- حديد التسليح

تنكمش الخرسانة المسلحة بدرجة أقل من إنكماش الخرسانة العادية نظراً لأن صلب التسليح يسبب قيداً على الحركة. وعلى ذلك فوظيفة أسياخ الإنكماش ليست فقط مقاومة إجهادات الشد الناتجة من الإنكماش وإنما تقليل الإنكماش نفسه كذلك.

 5-حجم وشكل العضو الخرساني.

العيوب التي تظهر في المنشأت الخرسانية أسبابها وعلاجها

تكنولوجيا الخرسانة

 العيوب التي تظهر في المنشأت الخرسانية  أسبابها وعلاجها

أولا - اسباب حدوث العيوب في المنشآت الخرسانية:

1- قصور التصميم الإنشائى وإهمال التفاصيل الإنشائية:
يعتبر القصور فى التصميم الإنشائى وأعمال التفاصيل الإنشائية من أهم أسباب حدث العيوب بالعناصر الإنشائية للمنشآت الخراسانية وتختلف درجة التأثير ابتداء من انتشار الشروخ الشعرية الى الشروح المتوسطة والكبيرة ونهاية بالانهيار الكامل.

ويرجع القصور فى التصميم إلى أحد السباب التالية:
-عدم إتباع اشتراطات المواصفات القياسية والقواعد التطبيقية لتصميم وتنفيذ الخرسانة المسلحة الخاصة فى حساب الأحمال المعرض لها المبنى والاجهادات الناتجة عن هذه الأحمال والاجهادات المفروض أن تتحملها القطاعات الخراسانية بأمام كاف.
-الخطأ فى الحسابات الإنشائية.
-إهمال عمل جسات بعدد كافى لتحديد خواص التربة ونوعية الأساسات المناسبة لها الخواص قبل البدء فى أختيار نظام الأساسات المقترح.
-عدم الاهتمام بتصميم ميدات قوية رابطة للأساسات وخاصة الميدات الرابطة لقواعد الجار.
-استعمال نسب منخفضة فى حديد التسليح تؤدى إلى ضعف اجهادات القطاعات الخراسانية أو استعمال نسب عالية إلى صعوبة صب الخرسانة ووجود فراغات داخلها (ظاهرة التعشيش).
-إهمال بعض الأحمال التى قد يتعرض لها المبنى مثل تأثير الرياح والزلازل وغيرها من العوامل الطبيعية.
-الإهمال فى تصميم فواصل التمدد والانكماش والهبوط والفواصل الإنشائية.
-إهمال الظروف المحيطة بالموقع والتى قد تؤثر على التصميم مثل منسوب ونوعية أساسات المبانى المجاورة والتغير المنتظر فى منسوب المياه الجوفية.
-إهمال عمل لوحات كافية للتفاصيل الإنشائية وجداول لتفريغ حديد التسليح.

  2 القصور فى طريقة التنفيذ:
-عدم الاهتمام بعمل تصميم معملى للخلطات الخراسانية باستعمال نفس المواد المستعملة فى الموقع.
-إهمال اختبارات الجودة للخرسانة مثل تحديد درجة سيولة الخرسانة وتحديد مقاومة الانضغاط لمكعبات القياسية.
-عدم الاهتمام باختبارات ضغط للمواد المستعملة فى الخرسانة مثل:
. التحليل الكيميائى لمياه الخلط.
. اختبار صلاحية الأسمنت.
. اختبار التدرج الحبيبى ومحتوى المواد الناعمة للركام.
. اختبار محتوى الأملاح ومقاومة الانضغاط للركام.
. اختبار الشد والمرونة لحديد التسليح.
-عدم استعمال المعدات الحديثة فى خلط وصب ودمك الخرسانة.
-قلة كفاءة الشدات الخشبية للخرسانة مما يسبب عدم تحملها لأحمال الخرسانة والإعمال أثناء عملية الصب مما يضعف مقاومة الخرسانة.
-اختبار أمكانية غير مناسبة لفواصل الصب وعدم الاهتمام بمعالجة فواصل الصب بالطريق الصحية.
-تنفيذ الغطاء الخرسانى بسمك أقل أو أكثر من اللازم.

3 عيوب مكونات الخرسانة
- استعمال ركام يحتوى على مواد لها قابلية التفاعل مع الأسمنت مثل استعمال الركام الذى يحتوى على مواد من السيلكا النشطة أو الكربونات أو الكبريتات.
-استعمال ركام غير مدرج أو يحتوى على مواد ناعمة أكثر من النسبة المسموح بها مما يسبب فى ضعف مقاومة الخرسانة.
-إهمال غسيل وهز الركام للتخلص من الأملاح التى تؤثر على سلامة حديد التسليح والتخلص من المواد الناعمة التى تؤثر على مقاومة الخرسانة.
-استعمال أسمنت غير مطابق للمواصفات مثل أنواع الأسمنت التى تحتوى على نسب أعلى من المسموح بها من الجير الحى أو اختلاف زمن الشك أو مقاومة الانضغاط عن ما جاء فى المواصفات القياسية.
-استعمال أسمنت غير معلوم المصدر أو تاريخ الإنتاج أو طريقة التخزين مما يؤدى إلى ضعف مقاومة الخرسانة نتيجة لسوء التخزين أو انتهاء مدة الصلاحية.
-استعمال أنواع غير مناسبة من الأسمنت كاستعمال الأسمنت الحديدة فى أعمال الخراسانية المسلحة واستعمال الأسمنت سريع الشك فى الأجواء الحارة.
-استعمال مياه غير مناسبة لخلط الخرسانة مثل المياه الراكدة ومياه البحر والمياه التى تحتوى على مواد كيميائية مثل الكبريتات.
-استعمال نوعيات من حديد التسليح الغير مطابق للمواصفات وعادة ينتج مثل هذه النوعيات من حديد النوعيات من حديد التسليح من بواقى الحديد الخردة فى مصانع غير معتمدة.

4 إهمال العزل المائى والحرارى
-يؤدى إهمال العزل المائى للأسطح النهائية ودورات المياه الأساسية خاصة فى حالة ارتفاع منسوب المياه الجوفية واحتوائها على نسب عالية من الأملاح الضارة إلى تسرب المياه داخل الخرسانة ووصولها إلى حديد التسليح مما يسبب صدأ الحديد وتآكله بالكامل وسقوط الغطاء الخرسانى وفى النهاية قد يؤدى إلى انهيار العنصر الخرسانى بالكامل لذلك يجب الاهتمام بالعزل كأحد المسببات الرئيسية لمعظم العيوب التى تحدث فى المنشآت الخراسانية.
-كذلك يؤدى عدم وجود عزل حرارى مناسب للأسطح النهائية إلى زيادة تمدد وانكماش العناصر الخراسانية للأسقف مما يسبب حدوث اجهادات زائدة لهذه العناصر تؤدى فى النهاية إلى حدوث الشرخ والانفصال بين الحوائط والهيكل الخرسانى.

5- تعرض المنشأة لعوامل لم تؤخذ فى الاعتبار عند التصميم
-تآكل الخرسانة وصدأ حديد التسليح من الغازات الضارة المتوفرة فى الأجهزة الصناعية.
-تعرض الأسطح الخراسانية للاحتكاك والصدم الناتج عن استعمال المعدات الميكانيكية خاصة فى أرضيات المصانع والجراجات.
-تآكل الأرضيات الخراسانية بالمواد الكيميائية المستعملة فى مصانع الأسمدة والمواد السكرية المستعملة فى مصانع الأغذية.
-تعرض المنشأة للزلازل والهزات الأرضية.
-التغير فى استعمال المنشأة الخرسانى مما يغير فى الأحمال التصميمية للمنشأة.
-زيادة ارتفاع المبانى عن الارتفاع المحدد أثناء التصميم.
-استخدام أنواع الأساسات فى المبانى المجاورة تأثر على سلامة المبنى.

ثانيا - الحماية والترميم والتقوية:

ترميم وتقوية وحماية المنشآت الخراسانية يعنى بالمقام الأول عمل العلاج والتعديلات اللازمة للعناصر الإنشائية الأساسية (مثل الأساسات والميدات والحوائط السائدة والأعمدة والكمرات والبلاطات والحوائط الحاملة) بغرض زيادة قوة تحملها لتقاوم الاجهادات التى سوف يتعرض لها المنشأة الخراسانية بأمان كافى يتفق مع ما جاء فى المواصفات القياسية والقواعد التطبيقية لتصميم وتنفيذ المنشآت الخراسانية.
وبالرغم من اختلاف الأسباب التى تؤدى ضرورة ترميم المنشأة الخراسانية عن الأسباب التى تستدعى عمل التقوية أو الحماية فإن طرق العلاج تتشابه فى الثلاث حالات المذكورة.
ويمكن التفرقة بين الترميم وتقوية وحماية المنشآت الخراسانية وذلك على الوجه التالى:

أولاً: ترميم المنشآت الخراسانية:
يتم ترميم المنشآت الخراسانية فى حالة حدوث عيوب بالعناصر الإنشائية تؤدى الى تقليل مقاومة هذه العناصر للاجهادات التى يتعرض لها المنشأة وفى هذه الحالة يلزم عمل العلاج المناسب لإعادة العناصر الإنشائية إلى حالتها الأصلية.
ويكون الترميم ذات ضرورة رئيسية فى الأحوال التالية:
-حدوث شروخ متنوعة فى العناصر الخراسانية وقد تتسع هذه الشروخ وتصل إلى انهيار كامل للعنصر الخرسانى.
-حدوث صدأ لحديد التسليح.
-حدوث إنبعاج غير مسموح به فى الكمرات الخراسانية.
-حدوث ميل فى الأعمدة.
-حدوث هبوط فى القواعد والأساسات.
-حدوث تآكل فى الأسطح الخراسانية نتيجة لتعرضها للمياه أو المواد الكيميائية أو عوامل البرى والاحتكاك.

ثانياً: تقوية المنشآت الخراسانية:
يتم تقوية المنشآت الخراسانية بغرض زيادة كفاءة العناصر الخراسانية بسبب تعرضها لأحمال أكبر من الأحمال التى تتحملها هذه العناصر بأمان كفى وليس بسبب وجود عيوب ظاهرة بهذه العناصر مثل الشروخ أو صدأ الحديد وغيرها.
ويتم تقوية العناصر الخراسانية فى الأحوال التالية:
-اكتشاف وجود أخطاء فى التصميم الآنشائى بعد تمام التنفيذ.
-اكتشاف وجود أخطاء فى طريقة التنفيذ بعد تمام التنفيذ.
-اكتشاف وجود عيوب فى المواد المستعملة تؤثر على نوعية الخرسانة.
-الرغبة فى زيادة كفاءة العناصر الإنشائية بعد تمام التنفيذ بغرض عمل تعديلات بالمبنى مثل زيادة الارتفاع أو التغيير فى استعمالات.
-اكتشاف احتمال تعرض المبنى لأحمال لم يؤخذ فى الاعتبار عند التصميم.
ثالثا: حماية المنشآت الخراسانية:
يتم تنفيذ طبقات الحماية للمنشآت الخراسانية عند تعرض العناصر الخراسانية لعوامل خارجية تؤثر على سلامة هذه العناصر سواء كانت هذه العوامل جوية أو كيميائية أو ميكانيكية.
ويتم حماية العناصر الخراسانية فى الأحوال التالية:
-تعرض العناصر الخراسانية لتسرب المياة نتيجة لعدم كفاءة وصلات الصرف الصحى والمياة.
-تعرض العناصر الخراسانية للعوامل الجوية التى تهاجم الخرسانة مثل الأمطار والرياح المحملة بالغازات الصناعية.
-صدأ وتآكل حديد التسليح بفعل الأبخرة والغازات فى المصانع المنتجة للمواد الكيميائية مثل مصانع الأسمدة وغيرها.
-تعرض الأساسات للمياة الجوفية التى تحتوى على نسب عالية من الأملاح والمواد الكيميائية التى تؤثر على الخرسانة وحديد التسليح.
-تعرض الأسطح الخراسانية لعوامل البرى والاحتكاك والصدم الناتج عن الأحمال الميكانيكية.
وعادة يتم حماية العناصر الخراسانية قبل تعرضها للعوامل المذكورة، أما فى حالة تعرض العناصر الخراسانية للعوامل المذكورة فترة كافية لحدوث أضرار واضحة بالخرسانة أو حديد التسليح فإنه يلزم ترميم العنصر الخرسانى وإعادته الى حالتى الأوى قبل البدء فى تنفيذ طبقات الحماية المناسبة.

الإنفاذية للخرسانة Permeability

تكنولوجيا الخرسانة

الإنفاذية للخرسانة Permeability  

    قد تكون إنفاذية الخرسانة أحد مسببات عدم تحمل الخرسانة فمثلا مهاجمتها بواسطة بعض السوائل وتخللها لها يعتمد على درجة الانفاذية الذى يعبر عن السهولة التى تصبح بها الخرسانة مشبعة بالماء  , فى الخرسانة المسلحة تكون الإنفاذية احد اسباب تعريض حديد التسليح للماء والهواء الذى ينتج عنه صدأ الحديد الذى يؤدى الى زيادة حجمه ومن ثم تحدث شروخ وطرد لغطاء الخرسانة فوق الحديد وهى ظاهرة عادية فى المبانى القريبة من البحر .

         يلزم تقليل الإنفاذية للخرسانة فى الحالات الاتية :                                   

ü                      فى المستودعات الحافظة للسوائل يجب تقليل الإنفاذية للخرسانة 

ü                      فى حالة تعريض المنشأ للضغط الهيدروستاتيكى كما فى داخل السدود

ü                      فى حالة الضغط الإسموزى

تنتقل المياه خلال الخرسانة بنفس الطبيعة التى تنتقل بها خلال اى  مادة مسامية وكلما زادت الاماهة لعجينة الاسمنت قلت الانفاذية كما تعتمد الانفاذية على نوع الاسمنت وخواصه . وتعطى الاسمنتيات الاكثر نعومة عدم انفاذية اكبر لنفس نسبة الماء الى الاسمنت كما تتاثر الانفاذية بالتركيب الكيمايئى للاسمنت حيث يؤثر التركيب الكيمايئى للاسمنت فى درجة اماهة الاسمنت الا ان المسامية والانفاذية القصوى لا تتاثر بهذا العامل ويمكن القول انه كلما قلت انفاذية الخرسانة كلما زادت مقاومة الخرسانة إلا إذا جفت عجينة الاسمنت فى هذه الحالة تزيد الانفاذية ربما نتيجة للشروخ المتولدة  . بالنسبة لتاثير الركام على الانفاذية للخرسانة فكلما زاد حجم الركام زادت الانفاذية لنسبة معينة من الماء الى الاسمنت ويلزم ان يكون الركام متدرجا للحصول على خرسانة قليلة الانفاذية . هنالك انواع خاصة من الاسمنتيات لهذا الغرض وقد تكون بعضا من هذه المواد مؤثرا فى الخرسانة الفقيرة الا ان اغلبها ليس مؤثرا على الخرسانة الغنية وبصورة عامة ان استخدام اسمنت اكثر فى الخلطة يكون اكثر تاثيرا على الانفاذية عن استخدام تلك المواد ولربما كان ذلك ارخص من ناحية التكاليف الا ان هنالك مجموعة من المواد تغطى بها سطح الخرسانة لتقليل التسرب خلال الخرسانة المسامية خلال السطح المواجه لضغط الماء ومن بعض هذه المواد :

ü                       انسجة تلصق بالسطح الخرسانى بواسطة اسفلت ساخن

ü                      محاليل اسفلتية

ü                      مونة اسمنتية معالجة جدا

ü                      بارفين ذائب فى محاليل متطايرة      

تأثير الانفاذية على الخرسانة :

ü                      إن سريان الماء والهواء داخل الخرسانة يؤدى إلى صدأ حديد التسليح وتآكله.

ü                      فى الأجواء الباردة يتجمد الماء داخل الفراغات مسبباً تمدد ينشأ عنه إجهادات تؤثر على متانة الخرسانة.

ü                      قد يحمل الماء بعض الأملاح معه داخل جسم الخرسانة فتتفاعل كيميائياً أو تتحول إلى بلورات مما يسبب إجهادات داخلية تضعف الخرسانة.

ü                      قد يحمل الماء عند خروجه من الخرسانة بعض الأملاح أو المرآبات المكونة للخرسانة مما يسبب زيادة الفراغات. كما أن هذا الماء يتبخر تاركاً الأملاح على السطح الخارجى للخرسانة مما يضر بشكل المنشأ.

العوامل المؤثرة على الانفاذية :

ü                      نسبة الماء إلى الأسمنت حيث تزداد الانفاذية بزيادتها .

فزيادة كمية الماء تؤدى إلى وجود فراغات بالخرسانة عند جفافها. كذلك فى حالة زيادة الماء

فإن القوام يصير مبتلاً مما يسمح بهبوط حبيبات الركام الثقيلة إلى أسفل ثم يخرج الماء إلى

السطح خلال ممرات شعرية تظل موجودة بعد جفاف الخرسانة.

ü                      الركام - يجب أن يكون الركام من النوع المصمت السليم غير المسامى كما يجب أن يكون

متدرجا ويجب أن يكون من النوع الذى لا يتفاعل قلوياً مع الأسمنت حتى تتلافى وجود

الفراغات الناتجة من هذا التفاعل.

ü                      الإضافات - يمكن تحسين مقاومة نفاذ الماء من الخرسانة بإستخدام الإضافات للأغراض

الآتية:

أ - لتقليل نسبة ( نسبة الماء الى الاسمنت ) بحيث تقل كمية الماء فى الخلطة.

ب- لتكوين طبقة سدودة تقوم بسد المسام فى الخرسانة. أثناء عملية الإماهة وبالتالى CSH

ج- لتعديل تكون بللورات هيدرات سيليكات الكالسيوم

الاحتياطات والتوصيات لانتاج خرسانة غير منفذة :

ü                      يجب أن لا تكون الخلطة فقيرة الأسمنت.

ü                      يجب أن تكون الخلطة لدنة بالدرجة الكافية لملء الشدة والفرم.

ü                      إستعمال نسبة قليلة من (نسبة الماء الى الاسمنت ) بقدر الإمكان وتعويض النقص فى القابلية للتشغيل بإستخدام إضافات مناسبة .

ü                      يجب أن يكون الركام جيد التدرج حتى نحصل على أقل نسبة فراغات ممكنة.

ü                      إستخدام مواد بوزولانية إذا أمكن ذلك.

ü                      يجب العناية بعمليتى الصب والدمك لتجنب تكون جيوب هوائية ولإخراج فقاعات الهواء مع مراعاة عدم حدوث إنفصال حبيبى.

ü                      7 إستعمال مواد سدودة للماء بعد صب الخرسانة وفك الفرم.  

طرق الحماية :

       تنقسم طرق الحماية الى قسمين رئيسين:

ü                      إضافة مادة مانعة لنفاذ الماء الى مكونات الخرسانة أثناء إعداد الخلطة وهذه المادة قد تكون مسحوقا ناعما يقوم بملء الفراغات الموجودة فى الخرسانة أو مادة تعمل على سرعة تكوين الجيلاتين لتتصلب الخرسانة سريعا أو مركبا طاردا للماء يعمل على عدم سريان الماء بواسطة الخاصية الشعرية .

ü                      المعاملة السطحية للخرسانة ويمكن ان توكن باحدى الصور الاتية :

1 - تشريب السطح بمواد طاردة للماء وملء الفجوات بطبقات حماية سطحية .

2 - عمل طبقات حماية سطحية بعمل الاتى :

أ - البياض بمواد ذات سمك 0.5 ملم  الى 5.0 ملم .

ب- التغطية بمواد مطاطة .

ت - الاغشية البوليمرية الجاهزة لتثبيت الخرسانة .

ث - إستخدام ألواح من صلب لايصدأ أو ألواح من البلاستيك .

ج - التبليط ببلاطات مقاومة للمواد الضارة بالخرسانة مثل السيراميك .

المرجع :A.M.Neville- Properties Of Concrete