اختبار التدرج الحبي

مقدمة

• يتكوّن البيتون من خليط محدد من مواد حصوية (حصى و رمل) و إسمنت و ماء و مواد إضافية.
• تشكل العجينة الإسمنتية (من الماء والإسمنت) رابطًا بين حبات المواد الحصوية، بينما يملأ الرمل الفراغات بينها.
• البيتون هو مادة البناء الأساسية في عصرنا.
• يتم استخدام البيتون في العديد من المجالات، بما في ذلك الجسور والطرق والمهابط والسدود، و محطات الطاقة النووية والكهرمائية، ومباني البناء.
• يُعزى ذلك إلى خصائصه الهندسية المميزة منها: قابليته للصب والتقولب، صبه في الموقع، اقتصاديته، و مقاومته العالية للجهود الخارجية.

صفات البيتون الإيجابية والسلبية

• الصفات الإيجابية:
  • قابليته للصب والتقولب.
  • صبه بسهولة في موقع العمل.
  • اقتصاديته - مواد أولية رخيصة ومتاحة.
  • مقاومته للحرارة والنار.
  • طاقة فعالة ضد الجهود الداخلية.
  • متانة وديمومة وصلابة عالية نسبيًا.
  • خصائصه الجمالية ومرونته المعمارية.
• الصفات السلبية:
  • مقاومته للشد منخفضة.
  • حجم غير ثابت "متغير".
  • متانة منخفضة مقارنة بوزنه الثقيل.
  • لدنته منخفضة.
  • فترة طويلة بين صب البيتون واستخدامه.
  • سهولة تشكل التشققات (ظاهرة الانكماش).
  • استهلاك كميات كبيرة من الخشب كقوالب.

تصنيف البيتون

• تصنيف البيتون وفقًا لغايات الاستخدام:
  • بيتون النظافة: عيار الإسمنت من 150 إلى 200 كجم/ م3.
  • بيتون الأساسات والكتل الكبيرة: عيار الإسمنت من 200 إلى 300 كجم/ م3.
  • بيتون الطرق ومهابط الطائرات: عيار الإسمنت من 300 إلى 325 كجم/ م3.
  • البيتون المسلح العادي: عيار الإسمنت من 300 إلى 350 كجم/ م3.
  • البيتون الخاص: يشمل البيتون المسبق الإجهاد، المسبق الصنع، والعالي. عيار الإسمنت من 400 إلى 500 كجم/ م3.
• تصنيف البيتون وفقًا لوزне الحجمي:
  • بيتون عادي: الوزن الحجمي من 2100 إلى 2400 كجم/ م3. يستخدم في معظم المنشآت الهندسية.
  • بيتون خفيف: الوزن الحجمي من 600 إلى 1800 كجم/ م3. يستخدم في صناعة العناصر الخفيفة، وهو عازل للحرارة والصوت.
    • أنواعه:
      • البيتون الفجوي ذو الكهوف بدون رمل.
      • البيتون الخلوي.
      • البيتون ذو الحجارة الخفيفة (مصنوع من خبث الأفران العالية، الغضار، والشيست).
      • البيتون ذو الحجارة الخاصة (مصنوع من مواد خاصة مثل قطع الخشب).
  • بيتون ثقيل: الوزن الحجمي من 3500 إلى 4500 كجم/ م3. يستخدم للحماية من أشعة النترونات.
  • تُستخدم الحجارة الثقيلة (مثل البازلت) في تركيبه.

الخصائص الهندسية للمواد الداخلة في تركيب البيتون

• خواص المواد الحصوية:
  • تشكل حوالي 75% إلى 80% من وزن البيتون.
  • تلعب دورًا رئيسيًا في مقاومة البيتون ومرونته وتحمل العوامل الطبيعية.
  • الخصائص المطلوبة:
    • خاملة كيميائياً.
    • ذات مقاومة عالية للعوامل الطبيعية.
    • قاسية وسطحها خشن.
    • شكلها مكعب أو قريب من المكعب.
    • تلتصق جيداً بالمونة الإسمنتية.
• مواصفات المواد الحصوية وفقًا لـ ASTM C33-90:
  • نسبة العناصر الطرية والشوائب والغضار يجب ألا تتعدى 3% من وزن المواد الحصوية الناعمة.
  • نسبة المار من المنخل رقم 200 (فتحة 0.075 مم) يجب ألا تتعدى 5 إلى 7%.
  • قيمة عامل نعومة المواد الحصوية الناعمة يجب أن تكون بين 2.4 و 3.2.
  • التدرج الحبي للمواد الناعمة يجب أن ينطبق على الجدول المرفق.
  • materials الحصوية الخشنة:
    • قاسية وذات مقاومة عالية للاحتكاك.
    • نسبة التآكل باالحتكاك (طريقة لوس انجلوس) يجب أن تكون أقل من 30%.
    • نوع خاص مقاوم للصقيع إذا كان البيتون معرضا ً لفعل الصقيع.
• خواص الإسمنت:
  • يشكل 15% إلى 17% من وزن البيتون.
  • المادة الرابطة التي تربط حبات المواد الحصوية.
  • يختار نوع الإسمنت وعياره حسب نوع المنشأة الهندسية.
  • يجب مطابقة الإسمنت المنتج مع الشهادة الممنوحة من المعامل المنتجة.
• خواص الماء:
  • يستخدم ماء الشرب.
  • اللون والرائحة لا تحددان صلاحية الماء للبيتون.
  • تجارب متعددة تحدد صلاحية الماء للبيتون.
  • خواص ماء الجبل وفقًا للكود العربي 1977:
    • نظيف وخالٍ من المواد الضارة مثل الزيت والحموض والقلويات والأملاح.
    • يجب أن يكون الماء خالٍ من الكلوريدات (أقل من 0.5 جرام/ لتر) والكبريتات (أقل من 0.3 جرام/ لتر).
    • يجب ألا تتعدى الأملاح الكلية 1.0 جرام/ لتر.

تأثير المياه على مقاومة البيتون

• وجد أن مياه المستنقعات تؤدي إلى نقصان مقاومة البيتون بنسبة 10% فقط بشرط ألا تزيد نسبة المواد العضوية في الماء عن 3%.
• تؤدي الطحالب إلى انتشار فقاعات هوائية في البيتون، مما يقلل من مقاومته.
• يجب ألا تزيد نسبة الطحالب عن 0.075% من وزن الماء لتجنب نقصان مقاومة البيتون بنسبة تزيد عن 15%.
• أظهرت الدراسات أن بعض الأملاح مثل أملاح المنغنيز، والتوتياء، والنحاس، والرصاص، تؤدي إلى انخفاض ملحوظ في مقاومة البيتون.
• تُعد نترات الرصاص مخربة تمامًا للبيتون.
• وجد أيضًا أن بعض أملاح الصوديوم، مثل يودات الصوديوم، وفوسفورات الصوديوم، وبورات الصوديوم، تؤدي إلى نقصان كبير أو انعدام مقاومة البيتون.

تأثير المياه على البيتون المسلح والمسبق الإجهاد

• تؤثر الأملاح الموجودة في المياه على البيتون المسلح والمسبق الإجهاد بشكل سلبي، حيث قد تؤدي إلى تآكل الحديد، مما يسبب تركيزًا في الإجهادات، وشقوقًا، وانهيارًا فجائيًا.
• يجب تجنب استخدام ماء البحر أو المياه ذات نسبة عالية من الكلور في صب البيتون المسلح أو المسبق الإجهاد.

الشوائب في الماء ونسبها المسموح بها

• يوجد العديد من الشوائب في الماء، مثل السيليت، والغضار، والمواد العضوية، والطحالب، وكربونات وبيكربونات، وكبريتات الصوديوم، وكبريتات المغنزيوم، وكلور الصوديوم، وكلور الكالسيوم، وكلور المنغنزيوم، وأملاح الحديد، والفوسفات، والأرسينات، والبورات، وأملاح التوتياء، والنحاس، والرصاص، والمنغنيز، والحموض العضوية، وسلوفيد الصوديوم، والسكر، وماءات الصوديوم.
• تختلف النسب المسموح بها لكل شائبة حسب نوعها وتأثيرها على البيتون.

الاضافات الكيميائية للبيتون

• هي مواد كيميائية سائلة أو بودرة تضاف إلى البيتون بكميات قليلة لتحسين خواصه.
• تُستخدم هذه الاضافات قبل التجمد (البيتون الطري) وبعد التصلب (البيتون الصلب).

المسرعات

• تُساعد المسرعات على تغيير قابلية انحلال وسرعة تميه مركبات الأسمنت، مما يؤدي إلى سرعة بدء التجمد.
• تشمل المسرعات كلور الصوديوم و كلور الكالسيوم.
• تُستخدم المسرعات في عدة تطبيقات مثل التسريع في بدء التجمد، فك سريع للقوالب، العمل في الطقس البارد، الأعمال البحرية والمائية، البيتون مسبق الصنع، والاصلاحات السريعة.
• تُضاف المسرعات بنسبة 1.5% إلى 2% من وزن الأسمنت.

المبطئات

• تعمل المبطئات على تأخير تميه وبدء التجمد للسمنت.
• تُضاف المبطئات بكميات قليلة مع ماء الجبل بنسبة 0.5% إلى 1% من وزن الأسمنت.
• تشمل المبطئات السكر وحمض الليمون وأكسيد الزنك وفوسفورات المواد القلوية.
• تُستخدم المبطئات في عدة تطبيقات مثل العمل في الطقس الحار، نقل البيتون لمسافات طويلة، واستئناف العمل البيتوني، والعزل في درجات الحرارة العالية.
• تؤثر المبطئات على المقاومة الميكانيكية للبيتون، حيث تقلل من المقاومة الابتدائية للضغط، بينما يكون تأثيرها على المقاومة النهائية للبيتون ضئيلًا.

الملدنات

• تُستخدم الملدنات لتحسين قابليّة تشغيل البيتون، حيث تقلل من كمية ماء الجبل وتسهل دمج مكونات البيتون.
• تنقسم الملدنات إلى نوعين: مخفضات الماء وحابسات الماء.

مخفضات الماء

• تُستخدم مخفضات الماء لتقليل كمية ماء الجبل المستخدمة في البيتون بمعدل 5% إلى 15%.
• تساهم مخفضات الماء في زيادة مقاومة البيتون بنسبة مماثلة لتقليل كمية الماء المستخدمة.
• تُضاف مخفضات الماء بنسبة 0.2% إلى 0.5% من وزن الأسمنت.

المسيالات

• تُستخدم المسيالات لتحسين قابلية تشغيل البيتون بشكل كبير، حيث يمكن أن يتغير هبوط البيتون بمخروط ابرامز من 5 إلى 20 سم، وتقلل من كمية الماء بمعدل يزيد عن 25%.
• تُضاف المسيالات بكمية 0.5% إلى 1.5% من وزن الاسمنت.

مكونات الفقاعات الهوائية

• تُستخدم هذه المواد لجعل البيتون مقاومًا للتلف الناتج عن التجمد والذوبان، عن طريق تشكيل فقاعات هوائية صغيرة داخل المونة األسمنتية أو البيتون.
• تُضاف مكونات الفقاعات الهوائية في البيتون الذي يتعرض للتجمد والذوبان المستمر والبيتون الموجود في المناطق البحرية والمائية.

مانعات التجمد

• تمنع مانعات التجمد تجمد الماء داخل البيتون الطري، مما يسمح بصب البيتون في درجات حرارة منخفضة دون أن يتأثر تجمد الأسمنت.

مانعات الرشح

• تُستخدم مانعات الرشح تحسين كتامة البيتون ومنع تسرب الماء من خلاله، وتوجد نوعين:
  • تُضاف مع ماء الجبل لتحسين كتامة البيتون.
  • تُستخدم كدهانات لسطح البيتون لمنع تسرب الماء داخله.
• تُستخدم مانعات الرشح في المنشآت البحرية والمائية والعمل البيتوني المجاور للمياه المحملة بالمواد الكيميائية المخربة.