يمكن أن يؤدي الجمع بين الألياف الكبيرة والألياف الفولاذية إلى تغيير الطريقة التي يتحمل بها الخرسانة الأحمال بعد حدوث التشققات. وقد تتمثل النتيجة المفيدة في فقدان الحمل بشكل أكثر تدريجيًّا أو امتصاص أكبر للطاقة على مدى نطاق تشوه محدد. ويعتمد المزيج الأمثل على الجزء المطلوب من الاستجابة الذي يتطلبه التصميم، إلى جانب قابلية التشكيل وقوة الضغط والتكلفة.
في شركة شاندونغ جيانبانغ للألياف الكيميائية المحدودة، نوفر ألياف التسليح Ecocretefiber™ ونساعد المشترين على مقارنة الأنظمة المرشحة لإجراء التجارب عليها. يستعرض هذا الدليل سلسلة تجريبية مكونة من سبعة خلطات ويحول نتائجها إلى أسئلة عملية لاختيار الخرسانة الهجينة. تُظهر النتائج مسارًا واعدًا لاستبدال جزئي للألياف الفولاذية، مع وجود مقايضات قابلة للقياس يجب التحقق منها في كل مشروع.
لماذا يتم الجمع بين ألياف «ماكرو» وألياف الصلب؟
تختلف الألياف الفولاذية وألياف «ماكرو» المصنوعة من البولي بروبيلين من حيث الصلابة والكثافة والشكل الهندسي والتشوه. ويمكن للألياف الفولاذية المثبتة جيدًا أن تقاوم اتساع الشقوق عند حدوث تشوه صغير نسبيًّا. أما الألياف البوليمرية الأطول، فيمكنها أن تظل متماسكة مع توسع الشق بشكل أكبر، اعتمادًا على قوة الترابط والتمدد وسلوكها عند الانسحاب. وقد يؤدي الجمع بين هذين النوعين من المواد إلى استجابة مفيدة على نطاق تشوه أوسع.
هذه فرضية تصميمية يجب اختبارها. فوجود أليافين في دفعة واحدة لا يؤدي تلقائيًّا إلى تحقيق تآزر. فقد تؤدي نسبهما إلى تقليل التدفق، أو زيادة الهواء، أو جعل التوزيع أقل اتساقًا. ويُظهر منحنى الحمل-الانحراف الكامل وخصائص القبول المحددة ما إذا كان هذا النوع الهجين مفيدًا أم لا.
في دراسة أجراها كاو جي فنغ ودينغ يينينغ عام 2006, ، قام الباحثون بمقارنة الخرسانة العادية، والخرسانة المسلحة بألياف فولاذية، والخرسانة المسلحة بألياف ماكرو، بالإضافة إلى خليطين هجينين. وتناول البحث سلوك الخرسانة الطازجة، وقوة المكعب، وامتصاص الطاقة، وقوة الانحناء المكافئة. وتعد هذه النتائج نتائج معملية للمواد المحددة، وليست نتائج معتمدة للدرجات الحالية من Ecocretefiber™.
فهم المواد وظروف الاختبار
ليفتان لهما خصائص مختلفة
استخدمت الدراسة أليافًا فولاذية مسننة يبلغ طولها 32 ملم وقطرها 0.70 ملم. وبلغت الكثافة المعلنة لها 7.85 غ/سم³، وقوة الشد أكثر من 600 ميجا باسكال، ومعامل المرونة 200 جيجا باسكال.
بلغ طول ألياف «ماكرو» المصنوعة من البولي بروبيلين 50 ملم، وبلغ قطرها المكافئ 0.984 ملم. وبلغت الكثافة المبلغ عنها 0.91 غ/سم³، وقوة الشد 490 ميجا باسكال، ومعامل المرونة 8 جيجا باسكال. كما أورد المؤلفون أن الاستطالة عند الانكسار تبلغ 10.7%. تصف هذه القيم المواد موضوع الدراسة؛ ولا ينبغي نسخها في أمر شراء لمنتج آخر.
كان الفرق في الصلابة كبيرًا: فقد بلغ معامل الصلابة المُبلغ عنه لألياف الصلب 25 ضعف معامل صلابة ألياف «ماكرو». ومع ذلك، فإن الصلابة وحدها لا تحدد أداء المركب. فالاختلافات في أطوال الألياف وأسطحها وكمياتها وأعدادها تؤثر أيضًا على اعتراض التشققات ونقل الحمل.
خليط أساسي واحد من الخرسانة وسبعة خلطات
استهدف الخليط الأساسي الخرسانة الصينية من النوع C50. واحتوى كل متر مكعب على 420 كجم من الأسمنت، و180 كجم من الرماد المتطاير، و669 كجم من الرمل، و818 كجم من الركام الخشن، و210 كجم من الماء، و4.2 كجم من مادة خفض الماء. وبلغت نسبة الماء إلى المادة الرابطة 0.35، وكان حجم الركام الخشن يتراوح بين 5 و10 ملم. وهذه تركيبة تجريبية، وليست وصفة إنتاج عامة.
استُخدمت الألياف الفولاذية بمعدل 30 أو 50 كجم/م³. واستُخدمت الألياف الكبيرة بمعدل 4 أو 6 كجم/م³. وكانت التركيبات الهجينة عبارة عن 30 كجم/م³ من الألياف الفولاذية بالإضافة إلى 4 كجم/م³ من الألياف الكبيرة، و50 كجم/م³ من الألياف الفولاذية بالإضافة إلى 6 كجم/م³ من الألياف الكبيرة. وتُظهر العلامات أدناه هذه الكميات بوضوح عند مقارنة النتائج.
بالنسبة لاختبار الانحناء، استخدم الباحثون عوارضًا مشقوقة بقياسات 150 × 150 × 550 مم، بمسافة امتداد تبلغ 500 مم وشق يبلغ 25 مم. وسجلوا الانحراف وفتح فم الشق أثناء التحميل الخاضع للرقابة، وقاموا بتقييم الصلابة باستخدام إجراء يستند إلى معايير RILEM. وتعد تفاصيل العينة والطريقة مهمة لأن النتيجة المستخلصة من هذا الإعداد لا يمكن تطبيقها مباشرةً على طريقة أخرى خاصة بالعوارض أو على عنصر هيكلي آخر.
ماذا حدث لخاصية القابلية للتشكيل ومحتوى الهواء؟
أدت إضافة الألياف إلى تقليل انتشار التدفق المُبلغ عنه وزيادة محتوى الهواء المقاس. وبلغ انتشار الخرسانة الأساسية 670 ملم. أما الخرسانة الهجينة ذات الجرعة الأعلى، فقد بلغ انتشارها 350 ملم. وارتفع محتوى الهواء من 2.00% في الخرسانة العادية إلى 3.15% في تلك الخرسانة الهجينة.
| خليط | كمية الفولاذ / الألياف الكبيرة، كجم/م³ | نطاق التدفق المُبلغ عنه، مم | محتوى الهواء، % |
| NC | 0 / 0 | 670 | 2.00 |
| SF30 | 30 / 0 | 475 | 2.36 |
| SF50 | 50 / 0 | 355 | 2.60 |
| PP4 | 0 / 4 | 575 | 2.50 |
| PP6 | 0 / 6 | 445 | 2.65 |
| SF30PP4 | 30 / 4 | 405 | 2.95 |
| SF50PP6 | 50 / 6 | 350 | 3.15 |
وصف الباحثون هذه الخلطات بأنها مستقرة، ولم يلاحظوا أي انفصال أو نزيف في ظل ظروف الاختبار التي أجرواها. وينبغي الحفاظ على قيم الانتشار وفقًا لإجراءاتهم الأصلية. فهذه القيم ليست بمثابة ارتفاعات انحدار عادية، ولا تشكل بحد ذاتها تصنيفًا حديثًا للخرسانة ذاتية التماسك.
فيما يتعلق بالإنتاج، تتمثل المهمة العملية في الحفاظ على تدفق كافٍ مع الحفاظ في الوقت نفسه على التوازن المائي المعتمد. يجب اختيار المواد المضافة المتوافقة، وحجم العجينة، وتصنيف الركام من خلال إجراء التجارب. كما يجب التحقق من قابلية الضخ، وملء القوالب، والتشطيب، ومحتوى الهواء عند نقطة أخذ العينات المحددة في العقد. وتشير القراءات العالية لمحتوى الهواء أيضًا إلى أنه لا ينبغي اعتبار الألياف عاملاً يؤدي تلقائيًّا إلى زيادة كثافة كل خليط.
لم تتبع قوة الضغط نفس الاتجاه الذي اتبعته الصلابة
أظهرت الخلطات التي تحتوي على الفولاذ فقط قوة ضغط أعلى للمكعبات بعد 28 يومًا مقارنةً بالخلطة المرجعية العادية في هذه السلسلة. أما الخلطات التي تحتوي على الألياف الكبيرة فقط، فقد كانت قوتها أقل قليلاً من الخلطة المرجعية. كما أظهرت الخلطات الهجينة نتائج ضغط مختلفة عن نظيراتها التي تحتوي على الفولاذ فقط.
| خليط | قوة المكعب بعد يوم واحد، ميجا باسكال | قوة المكعب بعد 28 يومًا، ميجا باسكال |
| NC | 18.19 | 64.26 |
| SF30 | 17.03 | 71.76 |
| SF50 | 15.98 | 73.29 |
| PP4 | 16.00 | 60.75 |
| PP6 | 16.78 | 60.66 |
| SF30PP4 | 14.80 | 58.98 |
| SF50PP6 | 13.92 | 64.83 |
هذه هي المتوسطات المجمعة المُبلغ عنها. ولا تثبت المتوسطات وحدها التكافؤ الإحصائي أو قوة خصائص الإنتاج. وعلى وجه الخصوص، سجلت SF30PP4 قيمة 58.98 ميجا باسكال مقارنة بـ 73.29 ميجا باسكال لـ SF50، أي أقل بنحو 19.5%. ولذلك، ينبغي النظر إلى نتيجة الانحناء الإيجابية في المراحل المتأخرة جنبًا إلى جنب مع متطلبات الضغط.
والاستنتاج العملي هو تقييم مقاومة الضغط بشكل منفصل. فالخليط المختار لامتصاص الطاقة يجب أن يستوفي مع ذلك درجة القوة المحددة للمشروع، وقواعد أخذ العينات، وظروف المعالجة، ومعايير القبول. ولا ينبغي استنتاج مكاسب مضمونة في مقاومة الضغط من بيانات قوة الشد للألياف.
قراءة الأداء الانحنائي على مدى نطاق التشوه المطلوب
حسبت الدراسة قوة الانحناء المكافئة استنادًا إلى امتصاص الطاقة في أجزاء محددة من استجابة الانحناء. واستخدم مؤشرا القوة المكافئة المذكوران في الدراسة انحرافات النقاط الطرفية عند الانحراف المرجعي زائد 0.65 مم وزائد 2.65 مم. وكان الانحراف المرجعي مرتبطًا بمعيار الحمل الانحنائي الأولي.
وللتوضيح، يُطلق على هذين المؤشرين في الجدول اسم «المؤشر السابق» و«المؤشر اللاحق». وهما قيمتان تستندان إلى الطاقة على مدى الفترات المحددة. وهما لا يمثلان مجرد قيمة الإجهاد عند نقطة واحدة على المنحنى، ولا يمكن استبدالهما بقيم القوة المتبقية الواردة في معيار آخر.
| خليط | القوة المكافئة السابقة، ميجا باسكال | القوة المكافئة اللاحقة، ميجا باسكال |
| SF30 | 2.959 | 1.119 |
| SF50 | 5.125 | 2.058 |
| PP4 | 1.289 | 1.624 |
| PP6 | 1.340 | 1.639 |
| SF30PP4 | 4.599 | 2.432 |
| SF50PP6 | 6.291 | 3.580 |
إضافة ألياف ماكرو إلى كمية ثابتة من الفولاذ
بالمقارنة مع SF30، زادت SF30PP4 القوة المكافئة المبكرة من 2.959 إلى 4.599 ميجا باسكال، أي حوالي 55%. وارتفعت القيمة اللاحقة من 1.119 إلى 2.432 ميجا باسكال، أي حوالي 117%. ويشير ذلك إلى فائدة أكبر خلال فترة التشوه اللاحقة لهذا المزيج.
عند استخدام جرعة أعلى من الفولاذ، تجاوزت SF50PP6 SF50 بنحو 23% في المؤشر الأول وبنحو 74% في المؤشر الثاني، وفقًا للحسابات المستندة إلى المتوسطات المجدولة. هذه الإضافات من الألياف الكبيرة تُضاف إلى كميات الفولاذ الموجودة. وهي لا تُثبت، في حد ذاتها، استبدال الفولاذ ولا تُبرز تأثير التفاعل الخالص: فقد زاد محتوى الألياف الإجمالي أيضًا.
تقليل كمية الفولاذ مع إضافة ألياف ماكرو
المقارنة المفيدة بين البديلين هي SF30PP4 مقابل SF50. انخفض محتوى الفولاذ من 50 إلى 30 كجم/م³، وهو ما يمثل انخفاضًا قدره 40% في كتلة الفولاذ، بينما أُضيفت 4 كجم/م³ من الألياف الكبيرة. كانت القوة المكافئة السابقة أقل بحوالي 10%، بينما كانت القوة المكافئة اللاحقة أعلى بحوالي 18%.
هذه مقايضة مشروطة. وهي تدعم دراسة الاستبدال الجزئي عندما يكون نطاق التشوه اللاحق ذا صلة. ولا تضمن تحقيق أداء متساوٍ عند كل فتحة تشقق، أو قوة ضغط متساوية، أو السماح بتقليل كمية الفولاذ من نوع 40% في مشروع آخر. ويجب أن تحدد الاستجابة التصميمية المقبولة أي مزيج يفي بالمتطلبات.
لماذا قد يكون الاستبدال الشامل مضللاً
تختلف كثافة الفولاذ عن كثافة البولي بروبيلين اختلافًا كبيرًا. وبناءً على القيم الواردة في الدراسة، فإن 50 كجم/م³ من الفولاذ تمثل حوالي 0.64% من حجم الخرسانة. ويمثل المزيج المكون من 30 كجم/م³ من الفولاذ و4 كجم/م³ من الألياف الكبيرة حوالي 0.38% من الفولاذ بالإضافة إلى 0.44% من الألياف الكبيرة، أي ما مجموعه 0.82% من حجم الألياف الإجمالي.
وبالتالي، استخدمت النسخة الهجينة كتلة أقل من الفولاذ، لكن حجمًا إجماليًّا أكبر من الألياف مقارنةً بنموذج SF50. ويعكس سلوكها التغيرات في المواد، والهندسة، وعدد الألياف، والمحتوى الإجمالي. ومن شأن الاستبدال «كيلوغرامًا مقابل كيلوغرام» أن يحجب هذه الاختلافات.
لإجراء مقارنة بين عمليات الشراء، قم بتسجيل كل من الجرعة الكتلية والنسبة الحجمية المحسوبة باستخدام الكثافات الفعلية للدرجات. وقم بتضمين التكلفة لكل متر مكعب وأي تغييرات في عمليات الخلط، والمواد المضافة، والاختبار، والتشطيب. إن خفض كتلة الفولاذ بمقدار 40% لا يعني خفض التكلفة الإجمالية للخرسانة بمقدار 40%.
تحويل البحث إلى خطة تأهيل للمشروع
حدد الرد المطلوب أولاً
حدد قوة الضغط، والتعرض، وقابلية التشغيل، والاستجابة بعد حدوث التشققات التي يحتاجها العنصر. إذا كان الحد من اتساع الشقوق هو العامل الذي يحدد الصلاحية التشغيلية، فقد تكون الاستجابة المبكرة عاملاً حاسماً. أما إذا كان التطبيق يتطلب امتصاص الطاقة عند حدوث تشوهات أكبر، فقد يكون الفاصل الزمني المتأخر عاملاً مهماً. ويقوم مصمم الهياكل باختيار المعيار المناسب.
ASTM C1609/C1609M-24 يميز بين قوة الانحناء عند الذروة الأولى والقوة المتبقية عند انحرافات محددة. يجب على أي مشروع يستخدم هذه الطريقة أن يثبت ملاءمة الخلطات المقترحة وفقًا لتلك الطريقة. لا تقم بتحويل قيم القوة المكافئة التاريخية مباشرةً إلى أرقام القبول وفقًا للمعيار C1609 دون وجود علاقة ترابط مبررة.
مقارنة مصفوفة التجارب العملية
قم بتضمين عينة مرجعية، والمزيج الحالي المكون من الفولاذ فقط، والمزائج المرشحة. وعندما يكون الهدف هو دراسة التآزر، يجب مراعاة إجراء مقارنات تحافظ على ثبات الحجم الإجمالي للألياف، فضلاً عن بدائل الإنتاج. حافظ على اتساق المواد وعملية المعالجة، وقم بالإبلاغ عن التباين في العينات إلى جانب المتوسطات. فهذا يساعد على تمييز المزيج المفيد عن التباين العادي أو الزيادة في إجمالي التعزيز.
تحقق من التوزيع على نطاق الإنتاج. قم بتغذية كلا النوعين من الألياف بمعدل محكوم في الخليط المتحرك باستخدام التسلسل الذي تمت الموافقة عليه في التجارب. لا يُعد نجاح التجربة المختبرية في الوعاء ضمانًا لنجاح الخلاطة المتنقلة أو خط الضخ أو نظام الخرسانة المرشوشة. قم بتسجيل معدل الهواء، ومعدل الاحتفاظ بالتدفق، وإنتاجية الدفعة، وكميات الألياف، وسلوك عملية الصب.
التحقق من شروط التصميم بما يتجاوز اختبار العارضة
قد تتطلب الحمولات المستمرة والزحف، والتعب، والصدمات، والحريق، والتعرض للتآكل، والمفاصل، وتفاصيل العناصر الهندسية تقديم أدلة منفصلة. ولا يؤدي وجود مكون من البولي بروبيلين إلى جعل الفولاذ المتبقي في الهيكل الهجين في مأمن من التآكل. وبالمثل، لا يمكن لنتائج اختبار العارضة الثابتة أن تثبت جميع الخصائص المتعلقة بالصدمات أو الزلازل.
ACI SPEC-544.12-23 توفر هذه المواصفات معايير قائمة على الأداء للألواح المقواة بالألياف المركبة على الأرض والطبقات التغطية. ويجب الالتزام بنطاقها المحدد ومستوى الأداء المتبقي المطلوب. كما أن استبدال الألياف الفولاذية المنفصلة في الخليط يمثل قرارًا مختلفًا عن إزالة قضبان التسليح أو شبكات التسليح الملحومة من الهيكل.
اختر أنواع Ecocretefiber™ المتوفرة حالياً لإجراء التجربة
شركتنا ألياف «إيكوكريتفايبر™» الكبيرة و مجموعة ألياف الصلب تقديم خيارات لتقييم المشروع الحالي. تأكيد الدرجة الدقيقة، والأبعاد، والشكل، وخصائص الشد، والكثافة، وتقارير الاختبار الداعمة. ولا يُعتبر المنتج الفولاذي ذو الطرف المُعقوف مماثلاً للألياف الفولاذية المُفجّرة التي استُخدمت في التجربة التاريخية.
يمكن لشركة «شاندونغ جيانبانغ» مناقشة الأطوال المقترحة، والتعبئة والتغليف، وتفاصيل التوريد الخاصة بالإنتاج التجريبي. يرجى تزويدنا بمعلومات حول كمية الفولاذ المستخدمة حاليًا، والمزيج الأساسي، وطريقة الصب، ومعايير التصميم، والهدف المحدد للتكلفة. وينبغي أن تُظهر التجربة ما إذا كان المزيج الهجين المقترح يفي بالمواصفات الكاملة قبل تحديد سعر البديل أو الموافقة عليه.
الأسئلة الشائعة
هل تزيد الألياف الكبيرة دائمًا من قوة الضغط؟
لا. في سلسلة الخلطات السبع، اتبعت نتائج الضغط ونتائج الصلابة اتجاهات مختلفة. حدد درجة القوة المطلوبة بشكل منفصل لكل مزيج مقترح.
هل يمكن أن تحل ألياف «ماكرو» بكثافة 4 كجم/م³ محل ألياف فولاذية بكثافة 20 كجم/م³؟
وقد أسفر هذا المزيج عن نتيجة واعدة في اختبار الانحناء في مرحلة متأخرة ضمن نظام مختبري محدد. وكان مؤشر القوة المكافئة وقوة الضغط في المراحل السابقة أقل من تلك المسجلة في المزيج المكون من الفولاذ وحده الذي تبلغ كثافته 50 كجم/م³. ويحتاج أي مشروع جديد إلى إجراء اختبارات خلط خاصة به والحصول على الموافقة على التصميم.
هل قوة الانحناء المكافئة هي نفسها القوة المتبقية؟
قد تصف كلتاهما جوانب من السلوك بعد حدوث التصدع، لكن طريقة الحساب والاختبار لها أهميتها. فالمؤشرات التاريخية هنا تستند إلى الطاقة. أما القيمة المتبقية عند انحراف محدد وفقًا لمعيار C1609 فهي كمية مختلفة يتم الإبلاغ عنها.
لماذا يمكن للنظام الهجين أن يحسّن الأداء في المراحل المتأخرة؟
يمكن أن تتفاعل الألياف التي تختلف في الصلابة والطول والارتباط والتمدد بطرق مختلفة عند حدوث تشقق. وتدعم المنحنيات ونتائج القوة المكافئة التي توصلت إليها الدراسة استكشاف تلك الآلية؛ إلا أنها لا تضمن صحة ذلك بالنسبة لكل زوج من الألياف.
هل تكون السيارات الهجينة ذات الانبعاثات المنخفضة أرخص تلقائيًا؟
لا. قارن التكلفة الإجمالية للمتر المكعب، بما في ذلك كلا النوعين من الألياف، وتعديلات المزيج، والإنتاج، والاختبار، وأي تغيير في عملية البناء. وافق على الأداء قبل الادعاء بتحقيق وفورات.
ناقش مع شركة «جيانبانغ» تجربة استخدام ألياف ماكرو وألياف فولاذية
يُعد النظام الهجين مفيدًا عندما تتوافق استجابته المقاسة مع المتطلبات الفعلية للعنصر. توفر شركة شاندونغ جيانبانغ للألياف الكيميائية المحدودة خيارات تعزيز Ecocretefiber™ وتساعد العملاء في إعداد معلومات المنتج لإجراء التجارب الخاضعة للرقابة. اتصل بفريقنا مع خط الأساس الخاص بألياف الفولاذ، ونطاق التشوه المستهدف، ومعايير القبول، لمناقشة مزيج محتمل من ألياف «ماكرو».
