مضافات الخرسانة

تاريخ النشر: 18/01/2021
عدد المشاهدات: 1403
تم نشر الموضوع بواسطة: اعلام قسم هندسة تقنيات البناء والانشاءات
م.م صفا علي حسين
المضافات الخرسانية: تعرف بأنها مواد أخرى غير الركام والأسمنت والماء والألياف ، وتستخدم كمكون في ملاط الخرسانة أو الأسمنت ، وتضاف إلى الخليط مباشرة قبل الخلط أو أثناء الخلط. مصطلح المادة المضافة هو مادة تضاف للأسمنت أثناء مرحلة تصنيع الأسمنت. بينما الخليط عبارة عن مادة تضاف إلى الخليط الخرساني أثناء مرحلة الخلط. تتكون الخرسانة التقليدية من أربعة مكونات: الأسمنت والماء والركام الناعم والركام الخشن. ومع ذلك ، تحتوي الخرسانة المعاصرة على مكونين إضافيين: خليط كيميائي ومواد اسمنتية تكميلية.
يمكن تحسين خصائص الخرسانة ، في كل من الحالة الصلبة والحالة الطازجة ، عن طريق إضافة مواد معينة إلى الخرسانة أثناء الخلط ، وهو المسؤول عن النمو الكبير لصناعة المواد المضافة الخرسانية خلال السنوات الماضية. يتم تسويق مئات المنتجات اليوم ، وفي بعض البلدان ، ليس من غير المألوف أن تحتوي (70-80)٪ من جميع الخلطات الخرسانية المنتجة على واحد أو أكثر من المواد المضافة. تختلف المضافات في التركيب مثل الأملاح القابلة للذوبان والمواد الخافضة للتوتر السطحي والبوليمرات إلى المعادن غير القابلة للذوبان. إن تحسين قابلية التشغيل ، وتسريع أو تأخير وقت الإعداد ، وتنظيم تطوير القوة ، وتحسين مقاومة تأثير الصقيع ، والتكسير الحراري ، وتمدد الركام القلوي ، ومقاومة الأحماض والكبريتات في الخرسانة هي الأغراض التي تستخدم من أجلها المضافات عادةً في ملموسة. في الوقت الحاضر ، تعتبر المواد المضافة مكونات مهمة وضرورية لتقنية الخرسانة الجديدة. يمكن تعديل خصائص الخرسانة الطازجة والمتصلبة أو تحسينها بواسطة مضافات الخرسانة الكيميائية أو المعدنية. في الوقت الحاضر، تحتوي جميع أنواع الخرسانة المعاصرة تقريبًا على مواد مضافة. لذلك من المهم للمهندسين المدنيين أن يكونوا على دراية بمضافات الخرسانة شائعة الاستخدام. تم وصف الفئات الهامة من المضافات الخرسانية وخصائصها الفيزيائية والكيميائية وآلية عملها وتطبيقاتها وآثارها الجانبية في هذا البحث.
2. أهمية مضافات الخرسانة
بشكل عام ، يتم استخدام المواد المضافة في الخرسانة للأغراض التالية [4]:
• تصحيح أو تحسين خاصية أو أكثر للخرسانة مثل تحسين الأداء أو تسريع أو تأخير وقت الإعداد والتحكم في زيادة المقاومة وتقليل الجفاف والفصل وما إلى ذلك.
• التعويض عن نقطة ضعف أو أكثر في الخرسانة: زيادة متانة الخرسانة عن طريق زيادة مقاومة الصقيع ، والتكسير الحراري ، والتمدد القلوي للركام ، ومحاليل الأحماض والكبريتات، وتآكل التسليح
• المحافظة على جودة الخرسانة خلال مراحل الخلط والنقل والصب والمعالجة في الظروف الجوية السيئة
• لتقليل تكلفة البناء الخرساني
• المحافظة على البيئة باستخدام الخرسانة الصديقة للبيئة
3. تصنيف مضافات الخرسانة
تختلف المواد المضافة بشكل كبير في التركيب الكيميائي. تؤدي العديد من الوظائف أكثر من وظيفة واحدة ، لذلك من الصعب تصنيفها وفقًا لوظائفها. يمكن تقسيم المضافات الخرسانية إلى نوعين. تبدأ بعض المواد الكيميائية في العمل على نظام الماء الأسمنتي على الفور عن طريق التأثير على التوتر السطحي للماء وعن طريق الامتصاص على سطح جزيئات الأسمنت ؛ ينقسم البعض الآخر إلى مكوناته الأيونية ويؤثر على التفاعلات الكيميائية بين مركبات الأسمنت والماء ، من عدة دقائق إلى عدة ساعات بعد الإضافة ، وهذا ما يسمى بالمضافات الكيميائية.
تسمى المواد غير القابلة للذوبان المطحونة جيدًا ، سواء من المصادر الطبيعية أو من المنتجات الثانوية لبعض الصناعات ، بالمضافات المعدنية. يظهر التأثير الفيزيائي لوجود هذه المواد المضافة على السلوك الريولوجي للخرسانة الطازجة على الفور ، ولكن الأمر يستغرق عدة أيام إلى عدة أشهر حتى تظهر التأثيرات الكيميائية
تنقسم إضافات الخلطات الخرسانية إلى فئتين رئيسيتين:
1. مضافات كيميائية
2. مضافات معدنية
4. مضافات كيميائية
مواد كيميائية مضافات: مواد كيماوية تضاف إلى الخرسانة أو المونة وقت الخلط لتعديل الخواص إما في الحالة الرطبة بعد الخلط مباشرة أو بعد أن يصلب الخليط. يمكن أن تكون مادة كيميائية واحدة أو مزيجًا من العديد من المواد الكيميائية ويمكن أن تكون مساحيق ولكن معظمها محاليل مائية لأنه من السهل توزيعها بدقة ثم تفريقها من خلال خليط الخرسانة. تكون المادة الكيميائية الفعالة عادةً 35-40٪ في المضافات السائلة ولكن يمكن أن تصل إلى 100٪ مثل مضافات تقليل الانكماش ومنخفضة تصل إلى 2٪ مثل المواد المضافة المسببة للاحتباس الهوائي الاصطناعية [6]. نظرًا للتطور الشامل لبناء البنية التحتية ، تم تطبيق هذه المواد والتقنيات المبتكرة في الظروف الميدانية وأثبتت فعاليتها في تحسين متانة الخرسانة. أصبح استخدام المضافات الكيميائية لتحسين متانة الخرسانة ذا أهمية متزايدة ، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من التقدم في البحث العلمي في هذا المجال ، واستخداماته في التنفيذ الميداني.
5. آلية عمل المضافات الكيميائية
بشكل عام ، تعمل المضافات الكيميائية عادةً من خلال واحد أو أكثر من التأثيرات التالية:
1. يؤدي التفاعل الكيميائي مع عملية ترطيب الأسمنت عادةً إلى زيادة أو تقليل معدل سرعة التفاعل لواحدة أو أكثر من مراحل الأسمنت.
2. الامتزاز على أسطح الأسمنت، مما يؤدي عادة إلى تشتت أفضل للجسيمات عند استخدام الملدنات أو الملدنات الفائقة.
3. التأثير على التوتر السطحي للماء ، مما يؤدي عادة إلى زيادة احتباس الهواء ..
4. التأثير على ريولوجيا المياه، مما يؤدي عادةً إلى زيادة لزوجة البلاستيك أو تماسك الخلط.
5. إدخال مواد كيميائية خاصة في جسم الخرسانة المتصلدة والتي يمكن أن تؤثر على خصائص معينة مثل قابلية التآكل للفولاذ المدمج أو مقاومة الماء.
الخاصية الأساسية ، الخاصية التي يتم استخدام المضافات من أجلها. ومع ذلك ، قد تتأثر أيضًا واحدة أو أكثر من الخصائص الرطبة الأخرى بالمزيج. تسمى هذه التأثيرات الثانوية ، وفي شكل خليط، غالبًا ما تكون هذه هي الهدف من اختيار الخلطات.
يمكن تقسيم المضافات الكيميائية من حيث آلية العمل بشكل أساسي إلى:
• مضافات الهواء
• الملدنات (مضافات مخفضات المياه) أو (مضافات مشتتة)
• مضافات التسريع من تصلب الخرسانة.
• خليط تثبيط من سرعة تصلب الخرسانة.
6. المضافات المعدنية
المضافات المعدنية عبارة عن مواد سيليسية مجزأة بدقة (مطحونة) تضاف إلى خليط الخرسانة أثناء الخلط بكميات صغيرة أو كبيرة نسبيًا. المنتجات الثانوية الصناعية هي المصدر الرئيسي للخلطات المعدنية. كما يطلق عليها العديد من الباحثين اسم "مواد تدعيم تكميلية" SCM. على الرغم من أن البوزولان الطبيعي في الحالة الخام أو بعد التنشيط الحراري لا يزال يستخدم في بعض أجزاء من العالم ، نظرًا لاعتبارات اقتصادية وبيئية ، فقد أصبحت العديد من المنتجات الثانوية الصناعية المصدر الأساسي للخلطات المعدنية في الخرسانة. محطات توليد الطاقة التي تستخدم الفحم كوقود ، والأفران المعدنية التي تنتج الحديد الزهر ومعدن السيليكون وسبائك الحديدوزيليكون هي المصادر الرئيسية للمنتجات الثانوية التي يتم إنتاجها بمعدل ملايين الأطنان كل عام في العديد من البلدان. تضاف المضافات المعدنية عادة إلى الخرسانة بكميات كبيرة. إلى جانب خفض التكلفة وتعزيز قابلية التشغيل للخرسانة الطازجة ، يمكنهم تحسين مقاومة الخرسانة للتكسير الحراري ، وتمدد الركام القلوي ، وهجوم الكبريتات. تستخدم المواد البوزولانية الطبيعية والمنتجات الثانوية الصناعية ، مثل الرماد المتطاير والخبث ، بشكل شائع في الخلطات المعدنية. نظرًا للفوائد العديدة المرتبطة باستخدامها ، تُعرف أيضًا باسم مواد الأسمنت التكميلية. في الواقع ، مع وجود أكثر من 50 في المائة من الرماد المتطاير أو خبث أفران الصهر الحديدي كمكون أسمنتي ، فقد يكون من الأنسب استخدام مصطلح مواد تدعيم تكميلية.
المضافات المعدنية مثل دخان السيليكا (SF) ، خبث فرن الانفجار (GGBS) ، خبث بقايا النحاس (CMS) ، Metakaoline (MK) ، والرماد المتطاير إلخ.
يؤدي إلقاء هذه المنتجات الثانوية في مدافن النفايات والجداول إلى إهدار المواد ويسبب تلوثًا بيئيًا خطيرًا. يعتبر التخلص من الركام الخرساني أو لبناء قاعدة الطريق استخدامًا منخفض القيمة لا يستخدم الإمكانات البوزولانية والإسمنتية لهذه المواد. مع مراقبة الجودة المناسبة ، يمكن دمج كميات كبيرة من العديد من المنتجات الثانوية الصناعية في الخرسانة ، إما في شكل أسمنت بورتلاند مخلوط أو كمضافات معدنية. عندما يمكن استخدام منتج ثانوي من البوزولاني و / أو الأسمنت كبديل جزئي للأسمنت البورتلاندي في الخرسانة ، فإنه يمثل توفيرًا كبيرًا في الطاقة والتكلفة .
7. فوائد استخدام المضافات المعدنية
بشكل عام فوائد استخدام المضافات المعدنية كالتالي:
1. زيادة قوة الخرسانة النهائية وعدم النفاذية لتحسين حالة المسام
2. متانة أفضل ضد الهجمات الكيميائية مثل مياه الكبريتات ومجمعات التمدد القلوية.
3. الكفاءة الاقتصادية وتقليل التأثيرات البيئية.
4. تحسين مقاومة التكسير الحراري بسبب انخفاض حرارة الماء.
8. أنواع الخلطات المعدنية
يمكن تقسيم المضافات المعدنية حسب مصدرها إلى قسمين رئيسيين:
1. المواد الطبيعية: المواد المصنعة فقط من أجل إنتاج البوزولان. تتضمن هذه المعالجة عادةً التكسير والطحن والتحجيم. في بعض الحالات ، قد تشمل المعالجة أيضًا التنشيط الحراري.
2. المنتجات الثانوية الصناعية أو النفايات الصناعية: هي المواد التي ليست المنتجات الرئيسية للصناعات التحويلية. قد تحتاج هذه المنتجات أو لا تحتاج إلى معالجة (مثل التجفيف والسحق) قبل استخدامها كمضافات معدنية.
9. المضافات المعدنية شائعة الاستخدام
1- دخان السيليكا (SF)
2- ميتاكولين (MK)
3- الرماد المتطاير
4- رماد قشر الأرز (RHA)
5- خبث فرن الانفجار الأرضي (GGBS)
6- مخلفات النحاس الخبث (CMS)