الرئيسية / الفعاليات العلمية / مقالات / REACTIVE POWDER CONCRETE خرسانة المساحيق الفعالة(RPC)

REACTIVE POWDER CONCRETE خرسانة المساحيق الفعالة(RPC)

خرسانة المساحيق الفعالة (RPC) هي جيل جديد من الخرسانة عالية الكثافة والقوة تسمح لصناعة الخرسانة بتطور نوعي مهم جدا يتعلق بتحسين استخدام المواد مع فوائد اقتصادية واقامة منشأت قوية ومتينة ومقاومة للظروف البيئية ، تتكون من مزيج خاص من المكونات. التي تكون فعالة بالمقارنة مع مكونات الخرسانة من الانواع الاخرى .تشتمل تركيبة الخرسانة المسحوقة على الأسمنت (الأسمنت البورتلاندي العادي) ، الرمل الناعم ، غبار السيليكا ، مسحوق الكوارتز ، والألياف الفولاذية العالية الشد. ولا وجود للحصى. ويعني المصطلح “مساحيق فعالة” أن جميع مكونات المسحوق في RPC تتفاعل كيميائياً بعد الصب مباشرة عكس الخرسانة عالية الاداء او الاعتيادية فالأسمنت بالاماهة المعروفة ؛غبار السيليكا من خلال تفاعل البوزولانا مع هيدروكسيد الكالسيوم الناتج من الاماهة. رمل الكوارتز من خلال توفير السيليكا المذابة لتشكيل المزيد من هلام سيليكات الكالسيوم وتشكيل تركيبات جديدة قوية جدا عندما يتعرض RPC المعالجة الحرارية أو وضع الضغط.
ظهرت خرسانة المساحيق الفعالة لآول مرة عام 1993 ،عندما قامت الشركة الفرنسية Bouygues بتطوير نوع جديد(في ذلك الوقت) من المواد المركبة عالية الأداء القائمة على الأسمنت – الخرسانة المسحوقة. فعلى الرغم من أنه لم يمض وقت طويل منذ ظهوره، فقد تم بالفعل تطبيق استخدام هذا النوع من الخرسانة بنجاح في مجال البناء الهندسي في غضون سنوات، وبسبب خواصه الميكانيكية العالية ومتانته الممتازة فأنشأ أول جسر للمشاة من RPC في العالم في مقاطعة كيبيك في كندا 1997
تصنف خرسانة المساحيق الفعالة تحت الخرسانة فائقة الأداء. هذا النوع من الخرسانة لديه خصائص ميكانيكية ومتانة مطورة وبقوة ضغط عالية تصل إلى 200 ميكا باسكال (RPC200)والتي يمكن تحسينها بشكل أكبر عن طريق إدخال كرات او الياف الحديد حتى 800 ميكاباسكال (RPC800)وقد تم في هذه الخرسانة التوصل الى مطيلية عالية مع قوة انثناء 25 ميكاباسكال إلى ميكاباسكال ومعاملات مرونة عالية بالمقارنة مع الخرسانة العادية ويرجع هذا الأداء إلى التجانس وتحسين خصائص المجهرية وهيكل المسام غير المتقطع.

شكل(1)خرسانة المساحيق الفعالة

مكونات خرسانة المساحيق الفعالة:
1-الماء:
وهو الوسط الذي تحدث فيه جميع التفاعلات. حيث يجب ان تكون نسبته قليلة قدر الامكان ويوصى ان تتراوح (W/C)من 16%-24% وفي بعض الاعمال كانت 13%
2- الاسمنت :
ووظيفته كمادة رابطة ويكون أما أسمنت بورتلاند اعتيادي او النوع المعدل ويجب ان تكون نسبة ( (C3A أقل ما يمكن ونسبة (C3SوC2S) اعلى ما يمكن.
3-غبار السيليكا:
ونسبتها تقريبا (25٪ بالوزن) ،ويفضل ان تكون حبيباته مدورة ليسهل انزلاقها ولتعمل كزيوت تشحيم.
ولها أربع وظائف رئيسية على النحو التالي:
أ. ملء الفراغات بين الجزيئات الكبيرة (الاسمنت). وتحسين التماسك وتقليل احتمالية الانعزال
ب. تحسين مقاومة الخرسانة وديمومتها ، عن طريق الحد من نفاذية عجينة الأسمنت.
جـ. إنتاج الاماهة الثانوية مع الجير الناتج عن الاماهة الأولية.
د. جعل الخرسانة أكثر مقاومة للقوى البري ، والحد من التمدد في الخرسانة الناتج عن االقلويات في الركام.
4-الملدن الفائق (الجيل الثالث)والغرض منه زيادة قابلية التشغيل مما يساعد على زيادة في قابلية خلط الخرسانة وتقليل كمية المياه المضافة إلى الخليط و إنتاج خرسانة اقوى
5-رمل الكوارتز الناعم
ووظيفته اضفاء القوة على الخرسانة المتصلبة. اذ لا وجود للركام الخشن لتحسين التجانس. يجب ان يكون حجم الحبيبات متدرجا لزيادة الكثافة المرصوصة حيث تتراوح أحجام الجسيمات بين 45 إلى 600 ميكرومتر.
6-ألياف الحديد
والهدف من اضافتها هو تحسين المطيلية ومقاومة القصافة ونسبتها ( 2.5%-10%) من حجم الخرسانة.
اضافة الى ذلك فأن خرسانة المساحيق الفعالة تحتاج الى معالجة حرارية بالبخار للتحكم وتحسين عملية تكوين الجل وضغط اولي قبل المعالجة لزيادة رص الحبيبات
.
مميزات خرسانة المساحيق الفعالة
1- قوة ضغط عالية جدا من 200 ميجا باسكال الى 800ميكاباسكال (تقريبا أربعة أضعاف قوة الخرسانة التقليدية) مع ارتفاع مقاومة القص هذا يؤدي إلى تقليل ملحوظ في الحمل الميت. حيث قد تصل اوزان العناصر المصبوبة من هذا النوع من الخرسانة الى ثلث أو نصف الهياكل الخرسانية التقليدية المقابلةهذا بدوره يلغب دور في إنتاج هياكل أكثر رشاقة النقل، والحد من التكاليف الإجمالية وزيادة المساحة الأرضية القابلة للاستخدام في المباني الشاهقة
2- مطيلية متفوقة وامتصاص الطاقة (القيم النموذجية من 300 مرة أكبر من ذلك من HPC وقابلة لتلك من بعض المعادن) توفر موثوقية أكبر الهيكل حتى تحت ظروف الحمل الزائد أو الزلازل.
3- المسامية المنخفضة وغير المترابطة تقلل كثيرا من انتقال الموائع عبرها ، وهي من الميزات المطلوبة في محطات الطاقة النووية وحتى احواض حفظ السؤائل.
4- الديمومة الفائقة مما يؤدي إلى عمر خدمة طويل مع صيانة قليلة. RPC تقريبا غير منفذة ، فلا تحدث عملية الكربنة أو اختراق الكلوريدات والكبريتات الا بصورة بطيئة.كما ان مقاومة البري المحسنة تجعلها كالصخر وتوفر عمر خدمي طويل لروافد الجسور والأرضيات الصناعية؛ بينما توفر مقاومة التآكل (الصدأ) المحسنة الحماية للمناطق ذات الظروف المناخية السيئة أو القاسية مثل الأمطار المركزة والثلج ، والعواصف الرملية الشديدة.
5- تفليل الحاجة الى قضبان حديد التسليح يقلل من تكاليف العمالة المرتفعة ويوفر هامش أكبر للحرية المعمارية. وهذا يعني أنه يسمح لعدد غير محدودة تقريبًا لأشكال الأعضاء الهيكلية.
6- تخفيض سمك العناصر الخرسانية يؤدي إلى توفير المواد والتكلفة. أضافة الى تحسين الأداء الزلزالي عن طريق تقليل قوة الاستمرارية inertia load. نظرا لخفة الوزن .
7- كمية من الاسمنت غير المتميأ في المنتج النهائي يوفر مادة تفيد في عملية الشفاء الذاتي تحت ظروف التشقق المحتملة.
8- نعومة مكونات RPC يسمح بأنهاء السطوح بجودة عالية .
سلبيات خرسانة المساحيق الفعالة:
1-يؤدي تحسين اداء الخرسانة إلى زيادة كبيرة في التكلفة أعلى من الخرسانة التقليدية (5 إلى 10 مرات أعلى من. (HPC). لذا يجب استخدام RPC فقط في الحالات التي يمكن فيها تحقيق وفورات كبيرة في الوزن وفي مناطق الاجهادات العالية جدا.
2- لما كانت RPC في مرحلة التطوير ، لذا لا توجد معرفة جيدة عن الخصائص طويلة الأجل.
3- لا توجد مدونات للتصميم.
4- استبدال الفولاذ في أعضاء ضغط RPC بألياف الصلب يؤثر على المتانة لذا فإن المخاطرة على المدى الطويل تتسبب في مخاطر الكسر.
تطبيقات خرسانة المساحيق الفعالة:
1-للأنشاءات متعددة الطوابق التي تتطلب وزن إنشائي أقل ، وفضاءات اكبر ، وحتى في المناطق الزلزالية ، فإنه يتفوق على الخرسانة العادية
2-التصليحات الموضعية اذ تعززمن أداء الاجزاء المتضررة من الهياكل.
3-ان معالجتها بالحرارة يعزز ملاءمتها للاستخدام في منشأت النفايات النووية.
4-مناسبة للتطبيقات في الخرسانة سابقة الإجهاد لأن انكماش الجفاف أو الزحف يكون قليلا جدا.
5-إن استخدامها لا يقلل من الوزن بشكل كبير فحسب ، بل يحسن أيضًا من ديمومة الهيكل لمقاومة التآكل المتكرر من ملح التذويب والتلف الناجم عن دورات التجميد والذوبان في البيئات ذات الرطوبة العالية.
6- بناء محطات توليد الكهرباء، جسور السكة الحديدية، الهياكل التي تحتاج إلى اجزاء خفيفة ورقيقة ، مثل أسقف الملاعب ، الجسور الطويلة ، الهياكل المقاومة للانفجار.
7-بسبب قوة التحمل العالية ، يمكن لـRPCحتى استبدال الفولاذ في أعضاء الضغط حيث تكون مشاكل المتانة معرضة للخطر (على سبيل المثال في حالة البحرية كالمنشأت البحرية.
8-المنشأت الرشيقة التي تشيد لاغراض معمارية.
9-نظرا لتحملها العالي للاجهادات وكلفتها العالية ايضا بالمقارنة مع الخرسانة عالية المقاومة ينصح بأستخدامها في الاجزاء التي تتركز فيها الاجهادات بشدة مثل النهايات الناتئة (corbels) النهايات الخاسفة في الاعتاب ذات هكذا نهايات ((dapped ends.
والشكل (2) يوضح بعض هذه الاستخدامات.

References:
1 -Song ,J. and Liu, S.,(2016)”Properties of Reactive Powder Concrete and Its Application in Highway Bridge” Hindawi Publishing Corporation
Advances in Materials Science and Engineering.
2- Luo, H., Wang W., Shen L. and Wang G. (2017)”Stress-Strain Model for Reactive Powder Concrete Confined by Steel Tube”, Journal of Engineering Science and Technology Review;10 (2).
3- El-Louh, O.M.,(2014) “Fresh and Hardened Properties of Locally Produced Reactive Powder Concrete” M.Sc. Thesis, The Islamic University Gaza.
4-Lee, N.P. and Chisholm, D.H., (2005)” Reactive Powder Concrete”, study report No.146, Australia.
5- Luke, M. (2008),”investigation of Reactive Powder Concrete and it’s damping characteristics when utilized in beam elements”,Ph.D. Thesis, Griffith University.

شاهد أيضاً

البذار في الغيوم ..استمطار الغيوم ..الامطار الصناعية Cloud Seeding-Artificial Rains

أ.م.د.قاسم محمد شاكر جامعة الكوفة /كلية الهندسة/القسم المدني e-mail: [email protected] بسم الله الرحمن الرحيم وتــــرى …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *