المخاليط الخرسانية

لقد أدّى التوسع الهائل في العمران إلى ضرورة تحسين المخاليط الخرسانية كي تتناسب والمنشآت التي تستخدم بها وتتلاءم مع ظروف الطقس ودرجات الحرارة وغيرها من المؤثرات، لذلك فقد نتجت حاجة ماسة لادخال تحسينات من خلال المواد الكيماوية المضافة للخرسانة لتعطيها الصفات المطلوبة وحسب طبيعة المنشأة والظروف الجوية.

تستعمل المخاليط الخرسانية في الوقت الحاضر في جميع أنحاء العالم لتحسين خواص الخرسانة ونتيجة للتوسع الهائل للعمران تم إنتاج عدة أنواع من المخاليط الخرسانية ومن مصادر مختلفة لذلك وجب التعرف على هذه المضافات وتطبيقاتها والفحوصات التي تجري عليها.
تعرف المضافات Admixtures بأنها المواد التي تضاف إلى الخرسانة أو المونة أو عجينة الاسمنت خلال عملية الخلط لتحسين خاصية أو أكثر من خواص الخرسانة عندما تكون بحالة طرية أو خلال مرحلة تجمدها أو معالجتها.

هناك أنواع اخرى من المواد تضاف إلى الاسمنت خلال عملية صناعته وتعرف باسم المزائج Additives إما كعامل مساعد لعملية التصنيع لتسهيل عملية الطحن أو الحصول على نوع معين من الاسمنت.
تتكون معظم المضافات الخرسانية من مواد كيماوية بشكل عام لكن مصطلح المضافات الكيماوية Chemical Admixture يتحدد بالمواد القابلة للذوبان بالماء عدا تلك المدخلة للهواء.

تصنيف المخاليط الخرسانية:
هناك خمسة أصناف من المضافات الخرسانية حسب تصنيف اللجنة الفنية لمعهد الخرسانة الأمريكي.ACI Committee Report 212-2R-81
المضافات المسرعة.
مضافات مدخلة للهواء.
المضافات المقللة للماء والمنظمة للتجمد.
المضافات المعدنية الدقيقة التجزئة.
مضافات الخرسانة غير القابلة للهطول.
وتصنف المواصفة البريطانية BS 5075 part 1 1982
المضافات إلى خمسة مجاميع:
المضافات المعجلة.
المضافات المبطئة.
المضافات المقللة للماء الاعتيادية.
المضافات المقللة للماء والمعجلة.
المضافات المقللة للماء والمبطئة.أما الجزء الثاني من المواصفات فيتضمن مضافات الهواء المقصود.
التركيب الكيماوي والاستعمالات للمخاليط الخرسانية:
أولاً: المضافات المعجلة  Accelerating Admixture
إن المضافات المعجلة هي المواد التي تزيد من سرعة التفاعل الابتدائي بين الاسمنت والماء وبذلك تعجل تجمد الخرسانة وتطور مقاومتها المبكرة وتستعمل المعجلات بصورة رئيسية للأغراض التالية:
صناعة الخرسانة في الأجواء الباردة عندما تكون درجة الحرارة فوق 2 درجة مئوية وأقل من 18 درجة مئوية وتستعمل لزيادة معدل سرعة تصلب الخرسانة أي تقليل الوقت اللازم للحصول على مقاومة كافية لمقاومة تأثير الانجماد.
للقيام بأعمال التصليح السريع للمنشآت الخرسانية.
زيادة سرعة معدل تطور المقاومة المبكرة وتقليل الفترة اللازمة لرفع القوالب المحيطة بالخرسانة حيث يمكن إعادة استعمالها في أماكن أخرى وبالتالي سرعة إنجاز المبنى.
تقليل الفترة اللازمة لمعالجة الخرسانة.وتستعمل بحذر في الجو الحار لأن التصلب السريع جداً للخرسانة يؤدي إلى الانكماش والتشققات الخطيرة.

التركيب الكيماوي:
تشتمل المواد الكيماوية المسرعة لعملية التجمد والتصليب الأملاح السريعة الذوبان وهي:
الكلوريدات والكالسيوم والصوديوم والألمنيوم وفورمات الكالسيوم والكاربونات (الصوديوم والبوتاسيوم) وبعض المركبات العضوية مثل الترايثانولامين.
إن كلوريد الكالسيوم هو أكثر هذه المركبات استعمالاً كونه متوفراً وكلفته قليلة لكن لا ينصح باستعماله في الخرسانة المسبقة الجهد أو عند غمر معدن مجلفن مطلي بالزنك لمنع الصدأ في الخرسانة بسبب علاقته بالصدأ.
ثانياً: المضافات المبطئة Retarding Admixture
المضافات المبطئة هي مواد تقلل من سرعة التفاعل الابتدائي بين الماء والاسمنت وبذلك يتبطئ تجمد الخرسانة والمبطئات لا تغير من التركيب ولا من ذاتية نتائج الإماهة.
الاستعمالات
إطالة فترات المحافظة على قابلية تشغيل الخرسانة في الأجواء الحارة عندما يقل زمن التجمد بارتفاع درجات الحرارة إلى فوق 25 درجة وعندها يتطلب العمل:

نقل الخرسانة إلى مسافات بعيدة وبدون استعمال ماء إضافي في الموقع.
ضخ الخرسانة لمسافات طويلة.ج . الإملاء والرص البطيء للمنشآت المسلحة المعقدة مثل بطانات الانفاق.
إبقاء الخرسانة لدنة لفترة كافية لمنع تكون فواصل باردة Cold Joints  وضمان استمرارية إنشائية بين الوجبات المتتالية.
تقليل معدل سرعة انبعاث الحرارة في المنشآت ذات الكتل الكبيرة كما في الخزانات والسدود.
التركيب الكيماوي
حوامض الليجنوسلفونات.
الحوامض الكاربوكسيلية، الهيدروكسيلية.
مواد أخرى غير معدلة تتضمن:

مواد غير عضوية مثل أملاح الزنك والبورات والفوسفات.
السكريات والحوامض السكرية والكاربوهيدرات.
ثالثاً: المضافات المقللة للماء أو الملدنات Water Reducing Admixtures:
تشمل المضافات المقللة للماء أو كما تعرف الملدنات ثلاثة أصناف:
المضافات المقللة للماء الاعتيادية: وهي مواد تزيد من سيولة عجينة الاسمنت دون التأثير في محتوى الماء وبذلك تزيد من قابلية تشغيل الخرسانة بنسبة ماء / إسمنت ثابتة أو تسمح بتقليل محتوى الماء في الخرسانة عند تثبيت قابلية التشغيل دون التأثير بدرجة حرارة كبيرة في خصائص التجمد مع زيادة لاحقة في المقاومة.
المضافات المقللة للماء المعجلة: وهي مواد تجمع بين وظيفة المضافات المقللة للماء الاعتيادية والمضافات المعجلة.ج.

المضافات المقللة للماء المبطئة: وهي مواد تجمع بين وظيفة المضافات المقللة للماء والمضافات المبطئة.

رابعاً: المضافات المقللة للماء بدرجة متفوقة Super Plasticiser
المضافات المقللة للماء بدرجة متفوقة هي صنف حديث من المضافات المقللة للماء وأكثرها فعالية إذ تقلل كمية ماء الخلط لإنتاج خرسانة ذات قوام معين بنسبة 12% على الأقل وهناك صنف آخر خاص ممثل بمجموعة من المضافات تعمل على إبطاء تجمد الخرسانة إضافة إلى تقليل المحتوى المائي تعرف باسم المضافات المقللة للماء بدرجة متفوقة ومبطئة ويمكن الاستفادة من هذين الصنفين لأداء الوظائف التالية:
تقليل المحتوى المائي للخلاط أو الخرسانة بدرجة كبيرة وفي الوقت نفسه المحافظة على قوام معين دون التسبب في تأثيرات غير مرغوب بها في زمن التجمد.
زيادة الهطول بدرجة كبيرة دون الحاجة إلى زيادة محتوى الماء نسبة إلى الخلطات المرجعية.ج.

توافق الأداء بين الغرضين السابقين بالحصول على زيادة معتدلة بالهطول مع نقصان معتدل في محتوى المياه.
د. تقليل محتوى الاسمنت في الخليط بزيادة نسبة الركام / الاسمنت لأغراض اقتصادية مع الحفاظ على مستوى قابلية التشغيل ومقاومة الكسر.

التركيب الكيماوي:
اللكنوسلفونات.
أملاح حوامض السلفونيك الفورملديهايد – النفثالين.
أملاح السلفونات –  الفورملديهايد – الميلامين.خامساً: المضافات المدخلة للماء Air Entraining Admixtures
عوامل الهواء المقصود هي مواد تضاف إلى الاسمنت الهيدروليكي أو مواد تضاف إلى خليط الخرسانة أو الملاط مباشرة قبل او أثناء عملية الخلط وتنتج عن ذلك تكوين كمية مستقرة من الهواء بهيئة فقاعات دقيقة في الخرسانة أو الملاط خلال عملية الخلط وذلك لزيادة قابلية التشغيل أو لتحسين المقاومة للانجماد ويتراوح قطر الفقاعات بين 0.05 – 1.25 ملم تقريباً وتبتعد عن بعضها لمسافات لا تزيد عن 0.4 ملم وتكون موزعة بصورة منتظمة خلال الهيكل ومقاسها تكون اكبر ب 1000 مرة من المسامات الشعرية في عجينة الاسمنت.
وهناك ضرورة للتمييز بين فجوات الهواء المحصورة عرضياً والناتجة عن عدم اكتمال عملية الدمل حيث تكون كبيرة وغير منتظمة.
تتضمن خرسانة الهواء المقصود هواء بحجم من 6/1  – 4/1 من حجم عجينة الاسمنت وحوالي 3 – 10 % من حجم الخرسانة والهواء المقصود يؤدي إلى تكوين فجوات منفصلة في عجينة الاسمنت وبذلك لا تتشكل ممرات لنفوذ الماء ولا تزيد من نفاذية الخرسانة وتستعمل للأغراض التالية:
لتحسين ديمومة الخرسانة المعرضة للانجماد والذوبان.
لتحسين قابلية تشغيل وتماسك الخلطات الخرسانية الجافة والصعبة التشغيل.

لتقليل كثافة الخرسانة ذات الركام الخفيف المستعملة لغاية العزل الحراري أو الأغراض الانشائية.
التركيب الكيماوي :
هناك الكثير من المواد تستعمل كمواد مناسبة لتكوين الهواء المقصود للخرسانة ومع ذلك فإن المنتجات التجارية تصنع من الأصناف التالية:

راتنجات الأخشاب الطبيعية وموادها المستخلصة من جذور الصنوبر أو المشتقة من زيت الصنوبر الراتنجي.
أملاح حامض الدهني لغرض الإيفاء بكل من متطلبات الاداء في الاستعمال والقررة مثل Oleic Acid.
الأملاح القلوية ذات المركبات العضوية الحولة إلى أملاح حامض السلفونيك المختلفة.
سادساً: المضافات المانعة لنفوذ الماء:
من المعروف بأنه يمكن إنتاج خرسانة جيدة وقليلة النفاذية وذلك بالتصميم الجيد للخرسانة مع استخدام المهارة العملية عند التنفيذ ومن ناحية أخرى فإن الخرسانة المعالجة تعتبر سدودة للماء بسبب انقطاع استمرارية المسافات الشعرية وصعوبة مرور الماء والرطوبة خلالها وبذلك فإن المنشآت الخرسانية القائمة تختبر بمرور الماء غالباً تحت ظروف مختلفة وليس فقط من خلال الفواصل أو الأجزاء غير المتصلة ولكن من خلال كتلة الخرسانة. ومن خلال الدراسة العملية تبين بأن الماء ينفذ إلى الخرسانة بطريقتين:
وجود ضغط هيدروستاتيكي على جهة واحدة من كتلة الخرسانة في حالة المنشآت الحاجزة للماء أو الأجزاء الخرسانية الواقعة تحت سطح الأرض فالماء والمحاليل الضارة يمكن أن تنتقل خلال أية قناة موصلة بين جهتي الخرسانة.
عندما يكون هناك ضغط قليل يسلط على جهة واحدة من سطح الخرسانة كما في حالة سقوط المطر تحت ظروف عاصفة أو وجود انتقال شعري فالماء يمتص بالخاصية الشعرية وينتقل خلال الخرسانة إلى السطح حيث يتمكن من التبخر لكون الهواء الملامس لذلك السطح بحالة غير مشبعة. تكون المضافات المقللة للنفاذية مؤثرة في الحالة الأولى لكن المضافات التي تجعل الخرسانة صادة للماء قد تقلل من تأثير الآلية الثانية في حين تكون أقل تأثيراً في منع مرور الماء تحت تأثير الضغط الهيدروستاتيكي.

تصنيف المضافات المانعة لنفوذ الماء:
المواد الدقيقة التجزئة وتشمل هذه المجموعة الرمل المسحوق ورماد الوقود المسحوق والحجر الجيري والخبث والخفاف.
الملدنات: يمكن باستخدام المضافات الملدنة تقليل المحتوى المائي في الخليط ونتيجة لذلك يمكن تجنب ظاهرة النضح إضافة إلى تقليل احتمالية تواجد الفجوات الكبيرة وزياة مقاومة الخرسانة.ج. المسرعات: وهناك شك بوظيفتها باستخدام كلوريد الكالسيوم قد يقلل من النفاذية والمسامية في الأوقات المبكرة وذلك لتسريع تفاعلات الإماهة للمركبين C3S , C3A ولكن النفاذية النهائية لا تتأثر.

التركيب الكيماوي:
المواد الصابونية وتشمل أملاح الحوامض الدهنية وبصورة رئيسية الكالسيوم استيرات الأمونيوم أو الأوليات.
استيرات البيوتيل.ج. نتائج زيت البترول وتشمل هذه المجموعة الزيوت المعدنية والمواد الشمعية والمستحلبات الاسفلتية. إن الزيت المعدني الثقيل يكون فعالاً في جعل الخرسانة صادة للماء وتقليل النفاذية وقد يتطلب أن تكون نتائج زيت البترول بهيئة سائل ذي لزوجة معينة وخالية من الزيوت النباتية والشحوم.