كتلة الخرسانة مع انخفاض حرارة الماء

ترطيب الأسمنت هو تفاعل طارد للحرارة ينتج عنه إطلاق حرارة كبيرة في كتلة الخرسانة. تُعرِّف لجنة ACI 116 الخرسانة الكتلية بأنها “أي حجم من الخرسانة بأبعاد كبيرة بما يكفي لتتطلب اتخاذ تدابير للتعامل مع توليد الحرارة من ترطيب الأسمنت وتغيير الحجم المصاحب لتقليل التصدع.” مجالات التطبيق النموذجية تشمل السدود وبطانات الأنفاق والأرصفة الخرسانية بالإضافة إلى الأعمدة الكبيرة الحجم والعوارض والجدران والأساسات ، حيث يكون العمل الحراري والمتانة والاقتصاد من الاهتمامات الأساسية.

في حالة التدفق الكبير ، تؤدي الاختلافات بين درجات حرارة السطح ودرجات الحرارة الداخلية للخرسانة أثناء عملية الترطيب إلى إجهاد حراري على السطح ، مما يؤدي إلى حدوث تكسير حراري. يوفر دليل ACI 207 للممارسة الملموسة إرشادات مفيدة فيما يتعلق بارتفاع درجات الحرارة في الخرسانة الكتلية الموضوعة والمدمجة تقليديًا. يعد النوع والمحتوى في تصميم المزيج ونعومة الأسمنت بالإضافة إلى المحتوى الكلي ومعامل التمدد الحراري ومعامل الانتشار والمرونة ونسبة مساحة سطح القسم ودرجات الحرارة المحيطة الموضعية كلها عوامل تؤثر على ارتفاع درجة الحرارة. على الرغم من حدوث زيادات في درجة الحرارة في غضون يوم إلى ثلاثة أيام بعد الصب ، فقد يستغرق الأمر سنوات حتى تبرد المقاطع السميكة وتعود إلى درجات الحرارة المحيطة ، حيث لا يمكن للحرارة الناتجة عن الهيكل الداخلي للخرسانة أن تتبدد بسهولة.

ASTM C 186 - يتم استخدام طريقة الاختبار القياسية لحرارة ترطيب الأسمنت الهيدروليكي للتأكد مما إذا كان الأسمنت الهيدروليكي قيد الاختبار يفي بمواصفات حرارة الماء في أي عمر. لتقليل ارتفاع درجة الحرارة ، يجب إبطاء عملية الترطيب عن طريق تقليل محتوى الأسمنت إلى أقصى حد ممكن أثناء اختيار الأسمنت بمحتويات منخفضة من سيليكات الكالسيوم (C₃S) وألومينات ثلاثي الكالسيوم (C₃A). يعتبر محتوى ونوع الأسمنت المستخدم من العناصر الأساسية التي تساهم في الحد من ارتفاع درجات الحرارة.

يمكن للتجمعات ذات المعاملات المنخفضة للتمدد الحراري أن تعزز المقاومة الحرارية بشكل كبير عن طريق تقليل الضغوط الحرارية ، في كثير من الحالات إلى النصف. عند اختيار الركام للاستخدام في الخرسانة الكتلية ، من المهم زيادة الركام الخشن الكبير الحجم إلى الحد الأقصى ، مع قيود الحجم الكلي الناتجة عن القيود العملية بسبب الأشكال وفولاذ التسليح. علاوة على ذلك ، من المهم الجمع بين المجاميع ذات الأحجام المختلفة لإنتاج تدرج يقترب من أقصى كثافة عند الضغط. يعزز استخدام الركام المستدير من قابلية تشغيل الخرسانة وبالتالي يسمح بتحسين تصميم المزيج. يعتبر معدل امتصاص الركام الخشن (أقل من 3٪) ، والجاذبية النوعية (أكبر من 2.5) ونسب المواد الضارة عوامل مهمة أيضًا في تصميم الخلطات الخرسانية الجماعية.

يمكن أن يؤدي استخدام المواد الأسمنتية التكميلية مثل الرماد المتطاير (مع الفئة F المفضلة) وخبث الأفران الحبيبية الأرضية (GGBFS) كبديل للأسمنت ، في نطاقات يمكن أن تصل إلى 60٪ إلى 75٪ ، إلى تقليل حرارة ترطيب بنسبة 15 إلى 50٪. لا يُنصح باستخدام المواد شديدة التفاعل مثل دخان السيليكا والميتاكولين في الخرسانة الكتلية. بالإضافة إلى ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن معظم الرماد المتطاير عند استخدامه كبوزولان يعمل على تحسين قابلية تشغيل الخرسانة مما يسمح بتقليل المياه بنسبة 5 إلى 8٪.

لتقليل حرارة الماء ، يتم استخدام مخفضات المياه و/ أو مخفضات المياه عالية المدى لتقليل محتويات الأسمنت والمياه. يجب أن يكون اتساق كتلة الخرسانة صلبة قدر الإمكان ، على الرغم من أنها لا تزال قابلة للتطبيق بدرجة كافية حتى يتم وضع الخليط وضغطه بشكل مناسب. في الواقع ، يمكن تصميم هذه الخرسانة لتحقيق 13 ميجا باسكال إلى 25 ميجا باسكال ، والتي قد تكون مطلوبة للخرسانة الداخلية لهياكل الجاذبية الكبيرة ، باستخدام نسب أسمنت مائي من 0.35 إلى 0.50 وقيم ركود منخفضة تصل إلى 40 إلى 50 ملم . قد تحتوي الخرسانة الكتلية على محتويات هواء في نطاق من 3 إلى 5٪ أو حتى تزيد إلى 8٪ كوسيلة لزيادة قابلية التشغيل مع الحفاظ على محتوى الماء والأسمنت منخفضًا. بالإضافة إلى ذلك ، في الميدان ، من الأفضل ضمان إمكانية التعامل مع الخرسانة الصلبة حتى لو تطلبت هذه المناولة معدات خاصة ، بدلاً من التخطيط لإضافة الماء لتحسين قابلية التشغيل. من الأفضل وضعها في طبقات متتالية بسماكة 10 إلى 15 سم اعتمادًا على الحجم الأقصى للركام وقدرة الهزاز المستخدم على تحقيق نتائج مرضية. بالإضافة إلى مخفضات المياه ومحتجزات الهواء ، غالبًا ما تكون المواد المضافة للتحكم في الضبط مطلوبة لضمان بقاء طبقات الخرسانة الداخلية من البلاستيك بحيث يمكن وضع الطبقات المتتالية واهتزازها قبل وضع الطبقات الأساسية.

لتقليل درجات حرارة التنسيب ، يمكن لغسل الركام بالماء البارد أو بدلاً من ذلك سكبها في خلط الماء مع الثلج المتقشر / المجروش أن يبرد قلب الخرسانة. يعتبر حقن النيتروجين السائل في ماء الخلط طريقة بديلة للتبريد المسبق تستخدم لتقليل درجة حرارة الخرسانة. في عمليات الصب ، قد يتم تبريد قلب الخرسانة ، مع تدفق الماء البارد في الأنابيب المدمجة بالخرسانة أو السطح الخارجي معزول لتقليل الفروق في درجات الحرارة بين المركز والسطح. تعزيزات التمدد مفيدة لتقليل التشققات. من المهم ملاحظة أنه عند استخدام طريقة التبريد المسبق ، يجب إجراء اختبارات الخرسانة المعملية عند درجة حرارة منخفضة بدلاً من درجة الحرارة المحيطة بسبب ترطيب الأسمنت الأبطأ عند درجات حرارة منخفضة.

يمكن لهولدركيم مساعدة المقاولين والمهندسين في تصميم كتلة خرسانية متينة تشتمل على مخفضات المياه ، وحواجز الهواء ، ومجموعة مضافات التحكم ، والمواد الأسمنتية التكميلية.