أسباب تشقق الخرسانة وحلول هندسية لتجنبها

تُعدّ ظاهرة تشقّق الخرسانة من أهم التحديات الإنشائية التي تؤثر على متانة المنشات وعمرها الافتراضي. وتعود هذه الظاهرة إلى مجموعة من العوامل المرتبطة بخواص الخرسانة وسلوكها أثناء الصب والتصلّب وبعد التشغيل. يستعرض هذا المقال الأسباب الخمسة الرئيسية لتشقق الخرسانة: 

1.     الانكماش الجفافي (Drying Shrinkage) 

يحدث الانكماش الجفافي عند تبخّر الرطوبة من المسامّ الشعيرية ومسامّ الهلام في الخرسانة المتصلّبة في بيئة غير مشبعة. ومع فقدان الماء، تتعرض البنية الداخلية الدقيقة لتغيير حجمي. وعندما يتجاوز الإجهاد الشدّي الناتج مقاومة الشد للخرسانة، تبدأ الشقوق في التكوّن. 

تُعدّ الخرسانة عالية الأداء (HPC) أقل عرضة للانكماش الجفافي مقارنةً بالخرسانة العادية نظرًا لانخفاض مساميتها. غير أن التأثير التراكمي للانكماش الجفافي يكتسب أهمية بالغة في الخرسانة الكتلية ويجب مراعاته في التصميم. 

2.     الانكماش اللدن/ الانكماش البلاستيكي خلال الصلابة الأولية (Plastic Shrinkage) 

يمكن العثور على الانكماش البلاستيكي في المرحلة البلاستيكية قبل التصلب. تتميز الخرسانة عالية الأداء بنسبة منخفضة من الماء إلى الجل(water-to-gel ratio) ، ومياه حرة أقل، وإضافات معدنية دقيقة أكثر حساسية للماء، مما يعني أنها لا تنزف و تفقد الماء بسرعة. وهذا يجعل الخرسانة عالية الأداء أكثر عرضة للمعاناة من الانكماش البلاستيكي. تفقد الخرسانة الماء على سطحها قبل أن تتصلب بالكامل، مما يجعلها تبقى في حالة بلاستيكية مستقرة من الداخل. تخلق هذه الفجوة ضغطًا شدًا على السطح. بمجرد أن يزداد الضغط ليزيد عن ضغط الشد، تحدث تشققات. ورغم أنها رقيقة جدًا، إلا أنها عديدة وموزعة بكثافة على سطح الخرسانة. 

3.     انكماش الجفاف الذاتي/التغيرات في الرطوبة هي السبب (Autogenous Shrinkage) 

 يشير الانكماش الذاتي إلى انخفاض الرطوبة في الهيكل الداخلي المغلق للخرسانة بالتزامن مع ترطيب الأسمنت. ينتج عن هذه الظاهرة وجود ماء غير مشبع في المسام. ونتيجة لذلك، ينشأ ضغط سلبي ويبدأ الانكماش الذاتي للخرسانة. بسبب نسبة الماء إلى الجل المنخفضة، يمكن أن ترى الخرسانة عالية الأداء قوة أكبر في مراحلها المبكرة وفقدان مياه أسرع. تنخفض الرطوبة النسبية لنظام المسام إلى أقل من 80 بالمئة. في الوقت نفسه، يمنع الهيكل الكثيف للخرسانة عالية الأداء الرطوبة من الخارج ويزيد من تفاقم الانكماش الذاتي. 

4.     الانكماش الحراري (Thermal Shrinkage) 

يُعدّ الانكماش الحراري من أبرز المخاوف في الخرسانة الكتلية، إذ يُولّد المحتوى العالي من الإسمنت حرارة إماهة كبيرة. يمكن أن ترتفع درجات الحرارة الداخلية للخرسانة من 35 إلى 40 درجة مئوية فوق درجة الحرارة المحيطة، وقد تصل الذروة إلى 70–80 درجة مئوية. 

يمكن أن يتجاوز الضغط الناتج عن الانكماش البارد بسهولة قوة الشد للخرسانة. ونتيجة لذلك، تظهر التشققات وتمتد من السطح إلى داخل الخرسانة، مما يؤثر بشكلٍ جاد على هيكلها. 

5.     الانكماش التلقائي / الأثر الجانبي لترطيب الأسمنت (Autogenous shrinkage) 

يسمى الانكماش التلقائي أيضًا الانكماش الكيميائي. خلال ترطيب الأسمنت، ينخفض الحجم المطلق لنظام الأسمنت والماء ويشكل العديد من المسام. ومع ذلك، يمكن أن يكون الترطيب محدودًا في الخرسانة عالية الأداء بسبب نسبة الماء إلى الجل المنخفضة وإضافات المعادن الدقيقة الإضافية. لذا، سيكون الانكماش الكيميائي أقل من ذلك في الخرسانة العادية. ومن الجدير بالذكر أن التشققات الناتجة عن الانكماش التلقائي لا تزال تؤثر على الهيكل المجهري للخرسانة. عند دمجها مع عوامل أخرى، يمكن أن تشكل أيضًا محفزًا للتشققات. 

ملخص 

يوضح الجدول التالي الاليات الخمسة وأهميتها النسبية في أنواع مختلفة من الخرسانة. 

       ملاحظة: بالإضافة إلى العوامل المذكورة أعلاه، يعد ضغط الانكماش الناتج عن الحرارة سببًا رئيسيًا آخر لتشقق الخرسانة. ينتج الضغط عن تقلبات درجة الحرارة والانكماش الذي يحدث عندما تطلق الكمية الكبيرة من الأسمنت المستخدمة في الخرسانة الضخمة حرارة الترطيب.

الوقاية والتحكم - كيفية مكافحة تشقق الخرسانة 

1. تحسين نسبة خلط الخرسانة 

• الاسمنت 

-      يُفضل استخدام الأسمنت ذي الحرارة المنخفضة والمتوسطة لتقليل حرارة التفاعل. 

-      يُمكن تقليل كمية الأسمنت مع الحفاظ على قوة الخرسانة وأدائها، وذلك بتقليل ارتفاع درجة الحرارة. 

• الركام (الحصويات)

-      يُفضل اختيار ركام عالي الجودة ذي حجم حبيبات متوسط. 

-      يُمكن استخدام كمية أكبر من الركام وكمية أقل من ملاط ​​الأسمنت لتقليل انكماش الخرسانة.

     على سبيل المثال(يُمكن للركام جيد التدرج والرمل متوسط ​​الكثافة أن يزيد من كثافة الخرسانة بشكل فعال). 

المضافات الكيميائية 

مُلدِّن نوفاستار الفائق متعدد الكربوكسيلات (PCE) هو عامل عالي الأداء لتقليل الماء، يُمكنه تحسين انسيابية الخرسانة وتقليل كمية الأسمنت دون زيادة استهلاك الماء. تُضفي نسبة منخفضة من هذا المُلدِّن سيولة جيدة على الخرسانة. كما أن محتوى أيونات الكلوريد والقلويات في مُلدِّن Novastar من نوع  (PCE) المتوفر لدينا، منخفض للغاية، مما يجعل الخرسانة أكثر متانة . 

2. تحسين عملية البناء 

صبّ الخرسانة على طبقات أو مراحل للتحكم في سماكة الطبقات وسرعة الصب. يساعد ذلك على توزيع الحرارة داخل الخرسانة بالتساوي وتجنب الإجهاد الحراري أو تدرجات الحرارة. 

دمك الخرسانة جيدًا لضمان كثافة مثالية وبالتالي منع تشققها. 

غطِّ الخرسانة بمادة عازلة للرطوبة، مثل غشاء بلاستيكي، بعد صبّها لتقليل التبخر والتشقق. 

تحكّم في درجة الحرارة داخل الخرسانة وخارجها برشّ الماء على سطحها. يساعد ذلك على ضبط درجة حرارة الخرسانة وتقليل الإجهاد الحراري. 

تواصلوا معنا لأي استشارة أو للحصول على عينة اختبار مجانية