الاحتياطات والحلول لمشاكل صب الخرسانة في صيف العراق الحار

على الرغم من أن الماء يشكل حوالي سدس إلى ثمن  الوزن الكلي للخرسانة، فإن الدور الذي يلعبه الماء، خاصة خلال أشهر الصيف، له أهمية كبيرة من حيث الكمية المستخدمة ودرجة حرارته. يتم تحديد كمية الماء في خلطة الواحد متر مكعب من الخرسانة في المقام الأول من خلال مدى التشغيلية وسهولة الصب، إلى جانب دور الحجم الأقصى للركام الخشن في هذا الأمر. وللحصول على قابلية تشغيل أعلى، يلزم المزيد من الماء وبسبب الإماهة المتسارعة للإسمنت وفقدان الماء عن طريق التبخر، فإن الخرسانة عرضة لفقدان قابلية التشغيل. لذلك يجب زيادة محتوى الماء لتعويض الفارق وتسهيل عملية الصب. لكن مجرد زيادة محتوى الماء دون زيادة محتوى الإسمنت سيؤدي إلى انخفاض القوة والمتانة للخرسانة. ان انكماش الجفاف للخرسانة يتناسب مع محتوى الماء كما ان الفقدان السريع للتشغيلية بسبب فقد الماء يجعل الدمك صعبًا. على هذا النحو، قد يؤدي خلط الخرسانة وصبها في درجات حرارة عالية إلى عدم اكتسابها لقوتها الكاملة. لذلك عندما تسود درجات الحرارة المرتفعة خلال الصيف، من الأفضل التخلي عن أعمال صب الخرسانة وخاصة في الأسقف لأن مساحها أكبر ومعرضة أكثر للحرارة وفقد الماء والعوامل الأخرى وهي أكثر الأعضاء عرضة للتشقق. كما يجب تجنب صب الخرسانة في الطقس الحار عند درجات حرارة تتجاوز ٣٨ درجة حسب توصيات معهد الخرسانة الامريكي ACI305  لذلك لا بد من اخذ الاحتياطات اللازمة عند صب الخرسانة خلال اشهر فصل الصيف في العراق.

صورة رقم (1) تشققات انكماش الجفاف للخرسانة بسبب ارتفاع درجة حرارة الخلطة الخرسانية

2- الجو الحار و ارتفاع درجة حرارة مكونات الخرسانة

مفهوم الجو الحار هو مفهوم واسع، وقد تمت الاشارة اليه في كثير من الابحاث ولكن من منطلقات مختلفة قد تنطبق على منطقة ولا تنطبق على الاخرى. وطبقا للكود الامريكي ACI 305 فقد تم تعريف الجو الحار على انه خليط من الظروف (ارتفاع درجة حرارة الجو المحيط (الاشعاع الشمسي) – ارتفاع درجة حرارة الخلطة الخرسانية – انخفاض الرطوبة النسبية للجو- سرعة الرياح العالية) حيث تؤدي هذه الظروف مجتمعة الى زيادة معدل فقدان رطوبة الخرسانة وزيادة معدل التفاعل الكيميائي (اماهة) الاسمنت، وهذان يتسببان في الاضرار بجودة الخرسانة الطازجة والمتصلدة. ويمكن ان يظهر هذا التأثير خلال أي جزء من السنة في البلاد الحارة الرطبة او الحارة الجافة. كما يمكن ان يظهر في المناطق الاخرى من العالم خلال فصل الصيف. ويمكن تصنيف الجو الحار في العراق الى نوعين، الجو الحار الرطب الذي يتسم بدرجات حرارة عالية ونسبة رطوبة عالية ايضا (محافظات جنوب العراق) والجو الحار الجاف الذي يتسم بدرجات حرارة عالية ونسبة رطوبة اعتيادية (محافظات الوسط وجزء من محافظات شمال العراق).

لذلك لضمان إنتاج خرسانة بمعايير ومواصفات عالية الجودة تم تحديد درجة حرارة الخرسانة تبعًا لحالة الطقس وسرعة الرياح (حار أو بارد، عاصف أو هادئ، جاف أو رطب)، فدرجة حرارة الخرسانة طبقًا للمواصفات النموذجية حسب الكود الامريكي أثناء الصب في حالة الطقس المعتدل في نطاق 16 الى 32 درجة مئوية والامتناع عن الصب إذا زادت درجة الحرارة الجوية عن 37 في حين تصل درجة حرارة الجو في العراق ودول الخليج خلال فصل الصيف الى حدود 60 درجة مئوية.

ومن الناحية الاخرى، تظهر تأثيرات الجو الحار مباشرة على المكونات الرئيسية للخرسانة قبل عملية الخلط. فعند خزن الاسمنت في اماكن مكشوفة ومعرضة بشكل مباشر لأشعة الشمس تزداد درجة حرارته بمقدار 5 الى 6 درجة مئوية عن درجة حرارة الوسط المحيط. كما ان تعرض الاسمنت للرطوبة يؤدي الى تكوين حبيبات متصلدة تقلل من خواصه الفيزيائية والميكانيكية. كما ان الركام (الرمل والحصى) الذي يتم خزنه في موقع مكشوف ومعرض ايضا بشكل مباشر لأشعة الشمس ترتفع درجة حرارته بحوالي 4 الة 5 درجة مئوية عن الركام الذي يتم حمايته من هذه العوامل. ان انخفاض درجة حرارة الركام له التأثير الأكبر مقارنة مع الإسمنت والماء لأن كميه الركام تمثل حوالى 85.7% من وزن إجمالي الخرسانة .حيث نرى انه لخفض درجة حرارة الخرسانة ب 10 درجات مئوية يجب خفض درجه حرارة الركام 16 درجة مئوية. كما ترتفع درجة حرارة الماء المستخدم في خلط الخرسانة تبعا لحرارة الجو المحيط به، بل وينتج من تأثير الجو الحار الاستهلاك المرتفع لماء الخلط بهدف تحسين قابليتها للتشغيل ولكن هذا الماء المضافة يؤثر سلبا على خواص الخرسانة في الحالة اللدنة (الطرية) والمتصلدة. يعد الماء اسهل المواد للتبريد مقارنة بالركام والأسمنت مع انه يستعمل بكميه أقل لذلك تأثير الماء البارد على الخلطة اقل من تأثير الركام حيث نجد انه يجب خفض درجة حرارة الماء 38 درجة مئوية لخفض درجة حرارة الخرسانة 10 درجات مئوية . وعليه لا بد من فهم دور الماء في العجينة الاسمنتية، فبعد خلط الاسمنت والماء مباشرة يحدث تكتل لحبيبات الاسمنت والماء، ويسمى الماء المحصور في الفراغات داخل هذا التكتل بالماء الشعري حتى يحدث له تفاعل كامل مع الاسمنت. ويحتاج الاسمنت الى ربع وزنه ماء لاتمام هذا التفاعل، كما يحتاج الى 10% من وزنه ماء آخر لتكوين عجينة الاسمنت الجيلاتينية. ويسمى هذا الماء الاضافي بالماء الجيلاتيني. ولزيادة القابلية للتشغيل تزداد نسبة الماء الى الاسمنت عن 0.4 مطلوبة للاماهة (لتفاعل الاسمنت) ولتكوين العجينة. هذا الماء الزائد بالاضافة الى الماء الجيلاتيني هو الذي يسبب زيادة المسامات الشعرية عند تبخره. وبعد عملية الاماهة تتصلد العجينة الاسمنتية مكونة جسما صلبا متجانسا يتضمن 25% من حجمه فراغات داخلية (المسامات الجيلاتينية) وتعتمد المسامات الكلية بشكل اساسي على المسامات الشعرية الاكبر حجما، وتعتمد بدرجة اقل على المسامات الجيلاتينية الدقيقة. وهذه المسامات الكلية هي التي تحدد مقاومة الخرسانة للضغط.

ان لصب الخرسانة في الجو الحار مساوئ تظهر خلال المرحلة اللدنة والمتصلبة. ومن ابرز التاثيرات الناتجة خلال الحالة اللدنة للخرسانة تشمل الاستهلاك المرتفع للماء، صعوبة ضبط ومراقبة الهواء الحبيس، التبخر السريع لماء الخلط، الانخفاض السريع في القيمة الحاصلة من اختبار الهبوط، المعدل المرتفع للشك واخيرا الميل المرتفع للانكماش اللدن وهذه التأثيرات بعضها او كلها سوف ينتج عنه تأثيرات على جودة الخرسانة في المرحلة المتصلدة اهمها ظهور تشققات انكماش الجفاف وانخفاض مقاومة الانضغاط والمتانة.

3.تأثير ارتفاع درجات الحرارة في الصيف على الخرسانة

يمكن ايجاز التأثيرات الناتجة عن ارتفاع درجات الحرارة في الصيف على الخرسانة بما يلي:

• تبخر ماء الخلط

عادة ما يرتبط صب الخرسانة في الطقس الحار بانخفاض الرطوبة النسبية. نتيجة لذلك، سيتم فقد الماء الممزوج بالخرسانة لإعطاء قابلية التشغيل المطلوبة. ونتيجة لذلك، تتحول الخرسانة إلى غير قابلة للتطبيق، وبالتالي يلزم وجود قدر كبير من الرص لضغط الخرسانة بالكامل. إذا لم يتم ذلك، ستبقى فراغات كبيرة في الخرسانة، وهي مسؤولة عن جميع العلل والمشاكل في الخرسانة.

• قابلية التشغيل أو ركود الخرسانة

يعد فقدان القدرة على التطبيق أو قيمة الركود أو التشغيلية بسبب ارتفاع درجة الحرارة هو الصعوبة الرئيسية التي تنشأ مع صب الخرسانة في الطقس الحار. سيؤثر على عمليات صب الخرسانة مثل الوضع والرص والصقل. كما ان إضافة المزيد من الماء لتحسين قابلية التشغيل أو تهدل الخلطة الخرسانية يقلل من القوة ويزيد من النفاذية، ويؤثر في النهاية على متانة الخرسانة.

• مقاومة الضغط

يزيد صب الخرسانة في الطقس الحار من الطلب على الماء بسبب ارتفاع درجة الحرارة. كلاهما يمكن أن يقلل من قوة الخرسانة عند 28 يومًا. من خلال إضافة المزيد من الماء للحفاظ على قابلية التشغيل، فإن ذلك يزيد من نسبة الماء إلى الإسمنت ويؤدي إلى فقدان القوة والمتانة. قد يزيد أيضًا من انكماش الجفاف في الخرسانة المتصلدة.

• وقت أقل للصقل

يجب أن يتم الانتهاء من الأعمال الخرسانية في أقرب وقت ممكن بعد صب الخرسانة خاصة في صب الخرسانة في الطقس الحار. في بعض الحالات، إذا لم يكن الصقل المبكر ممكنًا بسبب التقوية أو التصلب الابتدائي الأسرع والتبخر الأسرع للماء، فستكون جودة الصقل والانهاء ذات مستوى رديء. بشكل عام، يلزم استخدام عجينة أسمنتية ​​جديدة إضافية للصقل والانهاء مما يؤدي إلى ضعف الأداء.

• امتصاص الماء

في مناطق الطقس الحار، عادة ما تكون القوالب جافة وامتصاصية. وبالتالي، يجب ترطيب سطح القوالب قبل صب الخرسانة. إذا لم يتم القيام بذلك بعناية وباهتمام مناسب، فقد يتم فقد الماء في الخرسانة عن طريق امتصاص السطح الملامس للخرسانة مما يجعل منطقة التلامس أضعف من حيث الجودة.

• معالجة الخرسانة

بالنسبة للخرسانة في الطقس الحار، تصبح المعالجة المبكرة ضرورية لأن الطقس الحار يتطلب جهدًا مستمرًا لمعالجة الخرسانة. إذا كان هناك أي فاصل أو انقطاع مما يجعل سطح الخرسانة يجف بسرعة ويقطع عملية الإماهة المستمرة مما يعطي تأثيرًا سلبيًا على نمو أو اكتساب قوتها الكاملة.

• تشققات الانكماش اللدن

عند القيام بعملية الصب الخرساني في الطقس الحار، يسرع الطقس الحار من فقدان الرطوبة من السطح. إذا كان معدل التبخر أكبر من معدل النزف، فإنه يجعل السطح جافًا مما يؤدي إلى انكماش الخرسانة. تحدث التشققات عندما تتجاوز إجهادات الانكماش قدرة الشد للخرسانة كما في الصورة رقم (1). قد تكون شقوق الانكماش اللدن عميقة جدًا وتستمر في الاتساع حتى يتم تخفيف إجهادات الانكماش.

• التشققات الحرارية

التشققات الحرارية هي نتيجة التدرج الحراري (الاختلافات الحرارية). عندما يتم صب الخرسانة، تزيد حرارة الإماهة من درجة الحرارة الداخلية للخرسانة. من ناحية أخرى، نظرًا للتغيرات السريعة في درجة حرارة السطح الخارجي للخرسانة، أي عند صب البلاطات أو الأرصفة أو الجدران الخرسانية في يوم حار يتبعه ليلة باردة، فقد يؤدي ذلك إلى التدرج الحراري بين الداخل الساخن للخرسانة والسطح الخارجي الأبرد للخرسانة. يوفر الجزء الداخلي الأكثر سخونة قيودًا على السطح الخارجي الأكثر برودة، والذي يريد الانكماش، مما يؤدي إلى حدوث تشققات حرارية.

ولهذا فيجب أن نحافظ على الخلطة بدرجة حرارة لا تزيد على 32 درجة مئوية، والسبب يعود أن ارتفاع الحرارة التي تأتي من الأجواء الخارجية مثل الشمس والأرضية التي يراد الصب فيها، أو وسيلة النقل المستخدمة في نقل الخرسانة، أو من حرارة المواد المستخدمة في الخلط، ولهذا فنحن نريد منع أي مؤثر خارجي يؤدي إلى رفع درجة الحرارة على الخلطة الخرسانة. فهل يعني هذا ان لا نعمل، عندما تصل حرارة الخلطة الخرسانية لأكثر من 32 درجة مئوية و ايضا يجب تجنب صب الخرسانة في الطقس الحار عند درجات حرارة تتجاوز ٣٨ درجة المعلوم أن أشهر الصيف لدينا تصل إلى ما يقارب ستة أشهر في السنة، ودرجة الحرارة فيها تتجاوز ال 50 درجة، وهي تفوق الدرجة المطلوبة للخرسانة. والسؤال المنطقي، أنه ماذا يجب علينا أن نقوم به لعملية الصب في الأجواء الحارة، لأن الحرارة العالية لا تعني بالضرورة إيقاف عملية الصب، ولكن بالإمكان إجراء عملية الصب بنجاح بعد أخذ الاحتياطات اللازمة أثناء عملية تجهيز الخلطة الخرسانية ومراعاتها.

4. الاحتياطات والحلول لمشاكل صب الخرسانة في صيف العراق الحار

ان صب الخرسانة في الأجواء شديد الحرارة له دور كبير في ظهور التشققات المبكرة بالإضافة إلى عدم اكتساب الخرسانة للقوة والمتانة المطلوبة الكاملة. لذلك عند الحاجة الشديدة لصب الخرسانة في الصيف الحار والرياح الساخنة السريعة فيجب اخذ الاحتياطات التالية التي تعد بمثابة حلول للمشاكل الناتجة من جراء ارتفاع درجة حرارة الجو:

• أ‌- استخدام الماء البارد والثلج في خلط الخرسانة أو استخدام النيتروجين السائل لتبريد الخرسانة. ان استعمال الثلج كجزء من ماء الخلطة لتبريد الخرسانة الطرية مهم لخفض حرارة الخلطة حيث نجد ان كل 25 كغم من الثلج يؤدى الى خفض درجة الحرارة ب 7.8 درجات مئوية من حرارة الخرسانة الطرية
• ب‌- تجنب استخدام الإسمنت سريع التصلد ويفضل استخدام الإسمنت منخفض الحرارة في صب الخرسانة في الطقس الحار.
• ت‌- حفظ مكونات الخلطة في الظل بعيدا عن الشمس والحرارة.
• ث‌- الاحتفاظ بجميع الركام ( رمل وحصى) باردًا قدر الإمكان عن طريق عمل المظلات على مكان التخزين ورش الماء لترطيب الركام قبل الخلط (مع التأكد بأن نسبة الماء إلى الإسمنت لا تزيد).
• ج‌- تأمين خط سير سيارات الخرسانة والتعاقد مع المصانع القريبة المعتمدة.
• ح‌- تقليل المدة الزمنية بين خلط الخرسانة وصبها بتوفير العمالة والآلات الكافية لتقليل الوقت اللازم لوضع الخرسانة وإنهائها.
• خ‌- ترطيب الطبقة السفلية أو القوالب، والتسليح قبل صب الخرسانة لتقليل امتصاص الماء من خليط الخرسانة.
• د‌- استخدام إضافات لزيادة قابلية التشغيل ولتأخير زمن الشك الابتدائي.
• ذ‌- دهان الخلاطات ومواسير الماء والخزانات بطلاء أبيض ليقلل من امتصاص الحرارة من الخارج.
• ر‌- في حالة فقد الخرسانة للماء وضعف التشغيلية (أي حدث صعوبة في صب الخرسانة وتسويتها ودمكها) لا يتم إضافة الماء بشكل عشوائي ويجب مراجعة المصنع لاستبدال الخرسانة أو مراجعة مهندس التصميم لاقتراح الحل المناسب.
• ز‌- تغطية الأسقف كلما أمكن أثناء الصب بتركيب المظلات الشمسية وصد الرياح بتركيب مصدات الرياح المؤقتة للحد من سرعة الرياح
• س‌- لا يفضل الصب أو الانتهاء من الصب في وقت الظهيرة و يفضل جدولتها في الصباح الباكر في النهار أو في وقت متأخر بعد الظهر عندما تكون درجة الحرارة المحيطة منخفضة.
• ش‌- حماية سطح الخرسانة بغطاء بلاستيكي أو استخدم مثبطات التبخر للحفاظ على الرطوبة الأولية في خليط الخرسانة واستخدام إضافات خاصة تساعد على سهولة الصب وتقليل فقد الماء او برش طبقة رقيقة من الكحول الأليفاتي فوق الخرسانة المكشوفة لتقليل تبخر الماء.
• ص‌- الاهتمام بمعالجة الخرسانة بالماء بكميات وفترات مناسبة ويفضل التبكير بمعالجة الأسطح بالرش بعد ٣ ساعات والغمر في اليوم التالي.
• ض‌- استخدام الخيش المبلل للأعمدة وجوانب الكمرات.
• ط‌- استخدم حاويات التبريد، وخطوط الأنابيب، والمزالق، وما إلى ذلك أثناء نقل الخرسانة الرطبة.
• ظ‌- استخدام كميات كبيرة من الركام الخشن اذا امكن في تصميم الخلطة الخرسانية لأن الركام سيقلل من احتمالية انكماش الخرسانة.
• ع‌- إضافة السكر بنسبة ٠.٠٥ % من وزن الاسمنت، يؤخر وقت شك وتصلب الخرسانة بحوالي ساعتين في حالة الطقس الحار في الهواء الطلق عند درجة الحرارة ٤٤. كما يتم تحسين قابلية التشغيل والقوة وبنفس نسبة الماء إلى الأسمنت. من أجل مقاومة انضغاط متساوية، ستسمح الخرسانة المخلوطة بالسكر باستخدام مزيج أصغر، مما يؤدي إلى توفير حوالي ٤ في المائة من الأسمنت.
• غ‌- في حالة صب المسطحات الواسعة يلزم تنفيذ فواصل انكماش يتم ملؤها بعد الصب بالبيتيومين او أي مادة مالئة لتفادي حدوث التشققات