ما هو الفرق بين الخرسانة عالية الكثافة والخرسانة العادية؟

يعني UHPC خرسانة عالية الأداء للغاية. الخرسانة العادية هي الخرسانة القياسية المستخدمة في معظم الألواح والعوارض والأعمدة والأساسات. الفرق الرئيسي ليس القوة فقط. الفرق الأكبر هو كيف تتصرف المادة بعد التشقق, بالإضافة إلى مدى جودته في حجب الماء والأملاح على مدى عمر الخدمة الطويل. عادةً ما تحتاج الخرسانة عالية الكثافة إلى رقابة صارمة على الإنتاج. أما الخرسانة العادية فهي أكثر تسامحاً وأرخص، بالإضافة إلى سهولة الحصول عليها على نطاق واسع.

فيما يلي مقارنة عملية تساعدك على اختيار المادة المناسبة لمشروعك.

ما هي الخرسانة العادية؟

الخرسانة العادية هي مادة البناء السائدة القائمة على الأسمنت المستخدمة في البناء اليومي. ويستخدم فيها الأسمنت والماء والركام الناعم والركام الخشن، بالإضافة إلى المواد المضافة عند الحاجة. تختلف قوة ضغطها حسب التصميم، ولكن العديد من الخلطات ذات الاستخدام العام تقع في 20-40 ميجا باسكال النطاق.

تعمل الخرسانة العادية بشكل جيد لأنها سهلة التجميع، وسهلة التركيب، بالإضافة إلى أنها فعالة من حيث التكلفة. كما أنها سهلة التعزيز بحديد التسليح. هذه هي الطريقة التي تتعامل بها معظم أنظمة الخرسانة الإنشائية مع الشد.

حيث تكون الخرسانة العادية شائعة

• الأساسات السكنية
• العوارض والأعمدة مع حديد التسليح
• ألواح على الأرض
• الأرصفة
• الجدران الاستنادية

ما هو UHPC؟

UHPC هو مركب أسمنتي متطور. وعادة ما يكون مقوى بالألياف, يحتوي على نسبة منخفضة جدًا من الماء إلى المادة الرابطة بالإضافة إلى استخدام تعبئة جسيمات محسنة. وتصف FHWA مركب UHPC بأنه مركب أسمنتي مع سم/سم أقل من 0.25, ، بالإضافة إلى نسبة عالية من التقطيع الداخلي غير المتصل تقوية الألياف. تشير FHWA أيضًا إلى أن قوة ضغط UHPC فائقة الضغط أعلى من 150 ميجا باسكال, ، بالإضافة إلى قوة الشد المستمرة بعد التصدع أعلاه 5 ميجا باسكال, مع بنية مسام متقطعة تقلل من دخول السوائل.

يوفر ACI 239R-18 نطاقًا مشابهًا. فهو يقصر الخرسانة عالية الكثافة على الخرسانة ذات قوة انضغاطية محددة لا تقل عن 150 ميجا باسكال, بالإضافة إلى المتانة المحددة، وليونة الشد، بالإضافة إلى متطلبات الصلابة. ويشير ACI إلى أنه يتم تضمين الألياف بشكل عام لتلبية هذه المتطلبات. يسلط ACI الضوء أيضًا على النفاذية المنخفضة جدًا بسبب بنية المسام الكثيفة غير المتصلة.

وغالبًا ما يتم إنتاج UHPC من الأسمنت ودخان السيليكا ورمل الكوارتز الناعم ومخفضات الماء عالية المدى بالإضافة إلى الألياف. تشير تقارير معهد الخرسانة الأمريكي ACI إلى أن نسب الماء والمادة الرابطة النموذجية حوالي 0.15-0.25. وتشير ACI أيضًا إلى أن UHPC غالبًا ما تستخدم محتويات الألياف من 2% أو أكثر من حيث الحجم, نظرًا لأن الألياف تدفع ليونة الشد.

الفرق #1: تصميم المزيج ومكوناته

استخدامات الخرسانة العادية ركام خشن كهيكل عظمي رئيسي. وهذا يقلل من محتوى العجينة، بالإضافة إلى تقليل التكلفة. يتم تصميم المزيج لتلبية متطلبات قابلية التشغيل والقوة بالإضافة إلى متطلبات المتانة، ولكن عادةً ما يكون لديه قدرة تحمل أوسع للتباين الميداني.

عادةً ما يغير UHPC الاستراتيجية. وغالبًا ما يقلل أو يزيل الركام الخشن في المصفوفة لتحسين التجانس. ويعتمد على تعبئة الجسيمات عبر الأحجام الدقيقة لتقليل المساحة الفارغة. يلخص ACI ثلاثة مبادئ أساسية: تجانس أعلى، وكثافة أعلى من خلال التعبئة، بالإضافة إلى ليونة أعلى من خلال الألياف.

وتضع FHWA أيضًا إطارًا لنظام UHPC UHPC كنظام تدرج مُحسَّن مع انخفاض ث/سم في التدرج، بالإضافة إلى حجم كبير من الألياف المقواة.

نتيجة عملية في الموقع

• يمكن تسليم الخرسانة العادية من قبل معظم مصانع الخرسانة الجاهزة المزودة بضوابط قياسية.
• غالبًا ما يحتاج UHPC إلى تحكم أكثر إحكامًا في المواد الخام، وتحكم أكثر إحكامًا في الرطوبة، بالإضافة إلى طاقة خلط أعلى. ويشير معهد الخرسانة الأمريكي ACI إلى أن خلط UHPC مختلف ويحتاج إلى طاقة إضافية بسبب محدودية المياه بالإضافة إلى القليل من الركام الخشن.

الفرق #2: القوة وسلوك التشقق

تتمتع الخرسانة العادية بقوة ضغط جيدة. تتميز بقوة شد ضعيفة، لذا فهي تتشقق تحت الشد. في التصميم الإنشائي، يحمل حديد التسليح معظم قوى الشد. وتحمل الخرسانة قوى الضغط.

يدفع كل من قوة الانضغاط وأداء الشد بعد التصدع إلى أعلى بكثير. تشير تقارير FHWA إلى أن قوة ضغط UHPC فائقة الضغط أعلى من 150 ميجا باسكال, ، بالإضافة إلى قوة الشد المستمرة بعد التصدع أعلاه 5 ميجا باسكال.

كما يسلط ACI الضوء على ليونة الشد، بالإضافة إلى سلوك التصلب الإجهادي أو المرونة البلاستيكية تحت الشد أحادي المحور في تركيبات UHPC النموذجية.

ما يعنيه ذلك عملياً

• تشققات الخرسانة العادية في وقت سابق تحت الشد، لذا فإن التحكم في التشققات يعتمد بشكل كبير على تخطيط حديد التسليح والغطاء بالإضافة إلى التفاصيل.
• يمكن أن يتحمل UHPC إجهاد الشد بعد التشقق لأن الألياف تسد الشقوق. يمكن أن يظل عرض الشقوق ضيقًا، بالإضافة إلى أن المادة يمكنها امتصاص المزيد من الطاقة قبل الفشل.

لا تلغي UHPC الحاجة إلى الهندسة. بل يغير ما هو ممكن. كما يمكن أن يسمح للمصممين بتقليل بعض التعزيزات التقليدية في عناصر معينة عندما تسمح طريقة التصميم بذلك. يشير معهد الخرسانة الأمريكي الدولي إلى أن الألياف الفولاذية يمكن أن تحسن من ليونة البناء، بالإضافة إلى أنها يمكن أن تلغي بعض التسليح الفولاذي الخفيف في بعض الحالات.

الفرق #3: المتانة والنفاذية

يمكن للخرسانة العادية أن تكون متينة، ولكن المتانة تعتمد على التحكم في نسبة الماء إلى الأسمنت، ونظام المعالجة، وسماكة الغطاء، بالإضافة إلى تصميم فئة التعرض. إذا فتحت الشقوق على نطاق واسع، يمكن أن يصل الماء بالإضافة إلى الكلوريدات إلى الفولاذ بشكل أسرع. وهذا يزيد من مخاطر التآكل.

من المعروف على نطاق واسع أن نفاذية UHPC منخفضة للغاية. وتربط FHWA ذلك ببنية المسام المتقطعة التي تقلل من دخول السوائل.

كما ينص معهد الخرسانة الأمريكي ACI أيضًا على أن نفاذية UHPC منخفضة جدًا بسبب بنية المسام الكثيفة غير المتصلة.

هناك أيضًا أدلة اختبار قوية وراء هذا الادعاء. ففي أعمال توصيف خصائص مادة UHPC التي أجرتها FHWA، أفاد غرايبال عن قابلية اختراق الكلوريد السريع (ASTM C1202) أدناه 50 كولوم بالنسبة إلى UHPC المعالج بالبخار، بالإضافة إلى قيم أقل بكثير بمرور الوقت بالنسبة إلى UHPC غير المعالج مع نضجه.

حيث يكون هذا الأمر الأكثر أهمية

• المناطق البحرية
• التعرض لملح إزالة الجليد
• مناطق الرذاذ الكيميائي
• مناطق التجمّد والذوبان ذات الرطوبة العالية
• وصلات الجسور ومساكب الإغلاق، حيث يكون التسرب شائعًا

الفرق #4: الإنتاج والمعالجة ومراقبة الجودة

يتم إنتاج الخرسانة العادية بشكل موحد. يمكن لمعظم المصانع تسليمها مع مراقبة الجودة الروتينية. لا تزال عملية الوضع والمعالجة مهمة، ولكن سير العمل مألوف.

يحتاج UHPC إلى تحكم أكثر إحكامًا في العملية. ويوضح معهد الخرسانة الأمريكي ACI أن مادة UHPC فائقة الكثافة تشتمل على كمية محدودة من الماء بالإضافة إلى القليل من الركام الخشن، لذا يتطلب الخلط طاقة إضافية لتفريق الماء والتغلب على حركة الخلط الداخلية المنخفضة.

لدى UHPC أيضًا مسارات اختبار أكثر رسمية في العديد من المشاريع. ASTM C1856/C1856M هي ممارسة مرجعية على نطاق واسع لتصنيع واختبار عينات UHPC. يشير ملخص المعيار العام إلى أنه ينطبق على UHPC مع قوة ضغط محددة لا تقل عن 120 ميجا باسكال, ، بالإضافة إلى الحد الأقصى الاسمي لحجم الركام الاسمي أقل من 5 مم، بالإضافة إلى نطاق تدفق محدد.

التأثير العملي

• يتطلب نظامًا قويًا للخلط الهيدروكربوني الفائق الكثافة الفائق الكثافة.
• يستفيد UHPC من الخلطات التجريبية، بالإضافة إلى خطط المعالجة المتسقة.
• غالباً ما يحتاج UHPC إلى طواقم مدربة للخلط والوضع والتشطيب.

الفرق #5: التكلفة والقيمة

تفوز الخرسانة العادية على تكلفة المواد. وهي متوفرة على نطاق واسع. وهي تناسب معظم الاحتياجات الإنشائية عند تدعيمها بالفولاذ.

تكلفة الخرسانة عالية الكثافة أكثر. ويشير معهد الخرسانة الأمريكي ACI صراحةً إلى أن تكلفة الخرسانة الهيدروليكية فائقة الكثافة مرتفعة مقارنةً بالخرسانة التقليدية، لذا يجب أن يركز استخدامها على التطبيقات التي تستخدم العديد من خصائصها المفيدة في آن واحد.

لذلك نادرًا ما يكون القرار هو “UHPC في كل مكان.” وعادةً ما يكون القرار هو “UHPC حيثما يوفر تكلفة دورة الحياة.”

متى يمكن أن يكون UHPC UHPC فعالاً من حيث التكلفة

• مقاطع أرقّ تقلل من الحمل الميت
• تراكبات متينة تطيل من عمر الخدمة
• عمليات الإغلاق التي تقلل من مشاكل التسرب
• العناصر التي تكون فيها إصلاحات التآكل باهظة الثمن
• المشاريع التي تكون فيها تكلفة التوقف عن العمل مرتفعة

حيثما يكون الخرسانة الفولاذية عالية الكثافة (UHPC) منطقياً، وحيثما تكون الخرسانة العادية منطقية

الخرسانة العادية هي الخيار الافتراضي لمعظم الهياكل. فهي اقتصادية. مجربة. ومن السهل الحصول عليها.

يعتبر UHPC خياراً استراتيجياً. إنه الأفضل عندما تحتاج إلى مزايا متعددة في نفس الوقت: قوة عالية، ومتانة عالية، وتحكم محكم في التشققات، بالإضافة إلى عمر خدمة طويل.

اختر الخرسانة العادية عندما

• الهيكل قياسي
• تفاصيل حديد التسليح واضحة ومباشرة
• التعرض معتدل
• أهمية بساطة سلسلة التوريد
• الميزانية محدودة

اختر UHPC عندما

• المتانة تدفع حالة العمل
• تحتاج إلى عناصر رفيعة
• تحتاج إلى أداء عالي الشد من نظام المواد
• مخاطر التآكل عالية
• يجب أن تظل الوصلات أو الوصلات المغلقة محكمة الغلق

تسلط FHWA الضوء على UHPC لحلول البنية التحتية للجسور، بما في ذلك التراكبات الرقيقة والكسوات والصدفات، بالإضافة إلى الوصلات المصبوبة ميدانيًا بين العناصر مسبقة الصب.

إرشادات الخبراء: خيارات الألياف لمشاريع UHPC

يعتمد أداء UHPC بشكل كبير على الألياف. يشير ACI إلى أن تحسين الليونة يأتي من الألياف، حيث إن محتويات الألياف النموذجية 2% أو أكثر من حيث الحجم, بينما يعتمد الحد الأقصى للمحتوى على شكل الألياف ونسبة العرض إلى الارتفاع، بالإضافة إلى حدود قابلية التشغيل.

وهذا يجعل اختيار الألياف رافعة هندسية حقيقية. فهو يؤثر على سلوك الشد، والتحكم في عرض الشقوق، وطاقة الخلط، بالإضافة إلى جودة التشطيب.

كيف تبدو عملية دعم UHPC الجيدة

• تحديد التعرض، بالإضافة إلى العمر المستهدف
• تحديد احتياجات أداء الشد، وليس فقط قوة الضغط
• تحديد نوع الألياف، بالإضافة إلى الهندسة بناءً على ذلك الهدف
• تشغيل الخلطات التجريبية للتحقق من التدفق، وتشتت الألياف، بالإضافة إلى سلوك العمر المبكر
• التحقق من الأداء بالاختبارات المقبولة لنطاق المشروع

دعم الألياف الخرسانية البيئية

Ecocretefiber™ هي العلامة التجارية للألياف من شركة شاندونغ جيانبانغ للألياف الكيماوية المحدودة. إذا كنت تقوم بتطوير خلطات على غرار UHPC، فيمكننا دعم اختيار الألياف وتخطيط الجرعات بالإضافة إلى إرشادات الخلط، ثم الانتقال إلى التوريد المستقر لتكرار الإنتاج. وهذا مفيد للغاية لمصانع الخرسانة مسبقة الصب، بالإضافة إلى المقاولين الذين يرغبون في الحصول على صبّات إغلاق متسقة أو حلول إصلاح متينة.

الخاتمة

الفرق بين الخرسانة عالية الكثافة والخرسانة العادية أكبر من قوة الانضغاط. الخرسانة العادية هي الخيار القياسي لأنها اقتصادية ومتاحة على نطاق واسع، بالإضافة إلى سهولة البناء بها. أما الخرسانة فائقة الكثافة (UHPC) فهي مركب كثيف معزز بالألياف ويتميز بقوة عالية جدًا وقدرة شد مستدامة بعد التصدع بالإضافة إلى نفاذية منخفضة جدًا.

يكون الخرسانة فائقة التحمل (UHPC) أكثر منطقية عندما تبرر المتانة والعمر التشغيلي الطويل ارتفاع تكلفة المواد. تظل الخرسانة العادية هي الأنسب لمعظم الهياكل التقليدية. وتستخدم أفضل المشاريع كل مادة حيثما تحقق أكبر قيمة.