ركام الخرسانة

يُعتقد في الغالب أن الركام يلعب دور المادة المالئة في الخلطة الخرسانية، لكن وبدراسة أدق، يتبين أن الركام يضطلع بدور مؤثر للغاية في خصائص الخرسانة. إن التغير في النوع والحجم والشكل والوزن ونسبة الرطوبة، يمكن أن يلقي بظلاله على أداء الخلطة الخرسانية. ونسلط في هذا المقال الضوء على الخواص الفيزيائية والكيميائية للركام المستخدم في الخرسانة.

أهمية استعمال الركام في الخرسانة

إن العديد من مواد البناء بما فيها الخرسانة والأسفلت والملاط، تستخدم الركام كمادة رئيسية. إن استعمال الركام في الخرسانة، يؤدي إلى خفض تكلفة الإنتاج وزيادة مقاومة الخلطات الخرسانية. ويشكل الرمل والزلط ما بين 60 إلى 75 بالمائة من حجم الكتلة الخرسانية.

ركام الخرسانة

إن خصائص الركام، تسهم في أن تتحول هذه المادة إلى مادة ضرورية في تشييد وصيانة الطرق والأرصفة ومواقف السيارات ومدارج المطارات وخطوط السكك الحديدية ومجموعة من المباني. إن مرحلة تصميم معظم مشاريع البناء هي في الحقيقة بحاجة إلى التحليل الدقيق لمصدر الركام بما في ذلك النوع والحجم والخواص الفيزيائية.

وإضافة إلى مشاريع البناء، يمكن استخدام الركام في مجال قنوات الصرف وفلترة المياه والسيطرة على التآكل والبري. كما يمكن استخدامه كمادة مالئة في أعمال الردم. وعلى أي حال، فان أهم تطبيقات الركام، تتعلق بالخرسانة ومن الأهمية بمكان أخذ جميع جوانب العمل بنظر الاعتبار.

أنواع الركام المستخدم في الخرسانة

ويمكن تصنيف الأنواع الرئيسية للركام إلى فئتين هما:

الركام الناعم:

بشكل عام يتكون من الرمل الطبيعي أو الصخور المسحوقه. ويتراوح مقاس الركام الناعم بين  4.75 و 0.15 مليمتر، إذ أن حبيبات ذلك الركام يمكن أن تمر من خلال غربال بفتحات ذات قطر 4.75 مليمتر بينما تبقى على الغربال الذي يبلغ قطره 0.15 مليمتر. ويمكن الحصول على الركام الناعم في جميع أرجاء العالم بوفرة.

الركام الخشن:

تبقى حبيباته على الغربال البالغ قطر فتحاته 4.75 مليمتر. وأعلى تدرج لحبيبات الرمل هو 7.5 مليمتمر. ويعد الحصى المنتشر في قيعان الأنهار، أفضل أنواع الركام الخشن المستخدم في صناعة الخرسانة العادية.

تصنيف الركام من حيث طريقة الإنتاج

ويمكن تصنيف الركام من حيث مصدر الإنتاج، إلى الحالات التالية:

الطبيعي:

ويشتمل الركام الطبيعي على جميع أنواع الركام الناعم والخشن والذي يتم استحصاله عادة من المصادر الطبيعية. على سبيل المثال، يمكن الإشارة في هذا الخصوص إلى الرمل والزلط الموجود في قيعان الأنهار أو الركام المسحوق الذي يتم إنتاجه بسحق الصخور والحصى الكبيرة والأحجار والذي يتم تصنيعه في المصنع.

المنتج الثانوي

ويشتمل على المخلفات الناتجة عن بعض أعمال الهندسة الصناعية والميتالورجيا. إن المنتجات الناجمة عن احتراق الفحم الحجري في القاطرات والأفران وخبث الفرن العالي هي من هذا القبيل.

المعالجة

ويشكل هذا ، صنفا خاصا من الركام. إن الركام المعالج يستخدم بشكل خاص لإنتاج الخرسانة ذات الجودة والخرسانات الخفيفة. إن المنتجات المعالجة تشتمل في الغالب على الطُفال المحترق وصخر الشيل وفيرميكوليت وبيرلايت.

تصنيف الركام من حيث الكثافة

وهناك ثلاثة أنواع من الركام تصنف على أساس الوزن والكثافة وهي:

• الخفيف
• القياسي
• الكثافة العالية

إن الكثافات المختلفة لأنواع  الركام، تستخدم في التطبيقات المختلفة. إن الركام الخفيف والخفيف جدا، أكثر مسامية مقارنة بالأكثر ثقلا، لذلك يمكن استخدامه لبناء السقوف الخضراء.

كما يستخدم هذا الركام في خلطة الكتل الخرسانية وتمهيد الأسطح الخارجية والتطبيقات المتعلقة بالعزل والمضادة للحريق. ويستعمل الركام الثقيل بالكثافة العالية لصناعة الخرسانة الثقيلة. ويستخدم هذا الركام أيضا للهياكل الخرسانية ذي المقاومة العالية.

تصنيف الركام حسب الشكل

ويعد الشكل أحد أكثر الوسائل تأثيرا لفرز مواد البناء. إن شكل الركام يؤثر تأثيرا ملحوظا على فاعلية الخرسانة ومقاومتها للضغط. إن الركام الذي يتم شراؤه من مزود معتمد، يمكن أن يكون عند الحاجة متشابها من حيث الشكل، لكن إن تطلب الأمر، يمكن صناعة الخليط بالافادة من الركام ذي الأشكال المختلفة.

الأشكال المختلفة للركام هي:

• الركام المستدير: ويطلق على الحبيبات الطبيعية التي أصبحت مسطحة بفعل الهواء والتآكل والحركة في الأنهار. ويعد الرمل والزلط المنتشر في قيعان الأنهار من أكثر الركام المستدير تداولا. ويعد الركام المستدير العامل الرئيسي لقابلية التشغيل العالية للخرسانة.
• الركام غير المنتظم: ويتشكل هذا الركام بفعل التآكل والبري، لكنه غير مستدير الشكل بالكامل وشكله متعدد الأوجه. وهذا الركام يؤدي إلى انخفاض فاعلية الخرسانة.
• الركام الزاويّ: وهذا النوع من الركام هو أفضل اختيار لإنتاج الخرسانة ذات المقاومة العالية. وفاعلية هذا الركام ضئيلة لكنه يمكن معالجة هذه المشكلة من خلال ملء الفراغات بالركام المستدير أو الركام الأصغر حجما.
• الركام المُفلطح: وهو حبيبات ركامية يزيد طولها عن عرضها. ويمتلك هذا الركام مساحة سطحية أوسع، لكنه يمتص كمية كبيرة من الماء.

إن معرفة كيفية أداء الركام حسب شكله، يمكن أن يؤثر تأثيرا هائلا على فاعلية الخرسانة ومقاومتها للانضغاط. لذلك، فان من الأهمية بمكان التدقيق في انتخاب نوع الركام من حيث شكله الظاهر.

النسبة المئوية لتطبيق الركام في الخلطة الخرسانية

ويشكل الركام ما نسبته 60 إلى 80 بالمائة من الخلطة الخرسانية العادية، لذلك يجب انتخابه بشكل صحيح، لكي يؤثر إيجابا على مقاومة الخرسانة وفاعليتها وثباتها. وتُستخدم المواد المكونة للخرسانة، حسب النسب التالية في الخلطة الخرسانية:

الخواص الكيميائية للركام المستخدم في الخرسانة

ويُنتج الركام الطبيعي من مواد معدنية مختلفة بما فيها السيليكا والفلدسبات والميكا والكربونات والكبريتات وكبريتيد الحديد والزيوليت وأكسيد الحديد. ويتعين أن يتمع كل الركام المعدني بخصائص الركام الجيد، لكي يمكن استخدامه في صب الخرسانة أو في التطبيقات الأخرى.

ويجب التخلي عن جميع المواد التي قد تؤدي إلى تخريب ثبات ومقاومة الخرسانة أو جعلها غير ملائمة.

التفاعل القلوي للركام

تحدث تفاعلات الركام القلوي (AAR) عندما يتفاعل الركام في الخرسانة مع هيدروكسيدات القلويات (  (K2O  و) Na2O)  الموجودة في الخرسانة لإنتاج هلام استرطابي، وفي وجود الرطوبة يمتص الماء ويسبب التمدد والتشقق على مدى سنوات عديدة.

وهذا التضخم، يتسبب بزوال تماسك الخرسانة ومقاومتها وثباتها. ويمكن الحد من حدوث هذه المشكلة من خلال إضافة الماء إلى كمية قليلة من الإسمنت واستخدام الإسمنت ذي الخاصية القلوية.

أثر الركام في الخرسانة

وعلى الرغم من تصور عامة الناس من أن الركام يستخدم كمادة مالئة عديمة الجدوى، لكن هذه المواد الإنشائية تحدد الخصائص الحرارية والتمدد للخرسانة وثبات أبعادها. وأثناء تحديد مقاومة الخرسانة، فان الركام سيكون أثره عدة أمثال سائر مكونات الخرسانة. إن الخرسانة المصنوعة بالركام الخفيف، قد تخضع لأثر مقاومة الانضغاط للركام.

ويجب معرفة سائر الخواص الفيزيائية للركام قبل تنفيذ الخلطة الخرسانية، لكي يتحصل الخليط المنشود. وهذه الخواص تشتمل على الشكل والتركيبة والتدرج الحبيبي والرطوبة والكثافة والتفاعل والوزن. إن هذه الخواص تحدد مع نسبة الماء إلى الإسمنت، مقاومة الخرسانة وفاعليتها وثباتها.

إن شكل وتركيبة الركام يؤثران أكثر من أي عامل آخر، على خصائص الخرسانة. وعندما يتم استخدام الركام المستدير بدلا من الركام الزاويّ، فان فاعلية الخرسانة ستكون أكبر. إن معظم الرمل والزلط المنتشر في قيعان الأنهار أو شواطئ البحر، هو مستوٍ ومستدير. إن الصخور المسحوقة، تنتج ركام زاوي وطويل أكثر، يتمتع بنسبة أعلى من السطح إلى الحجم، لكن ثمة حاجة أكبر إلى المعجون الإسمنتي لإنتاج خلطة خرسانية أكثر فاعلية.

إن شكل سطح الركام يمكن أن يكون مستويا أو غير مستوٍ. إن سطحا مستويا يمكن أن يحسن الأداء، ومع ذلك فان السطح غير المستوي، يستحدث ترابطا أقوى بين المعجون والركام، ويزيد من مقاومة الانضغاط للخرسانة. إن التدرج الحبيبي للركام، يعد من الخصائص المهمة لانه يحدد نسبة المعجون الإسمنتي. إن المعجون الإسمنتي يمثل عامل التحكم بالتكلفة، لأن الإسمنت مُكلف أكثر من المكونات الأخرى.

إن الكمية اللازمة من المعجون الإسمنتي تتوقف على المساحة الفارغة التي يجب أن تُملأ. وعندما تتمتع الجزيئات بمقاسات متكافئة ومتجانسة، فانها تستحدث المزيد من الفراغات في الخرسانة. لكن عندما يتم استعمال حبيبات باحجام ومقاسات مختلفة، فان المساحة الخالية ستملأ وستتراجع الحاجة للمعجون الإسمنتي. وكلما تم ملء هذه الفراغات أكثر، كلما كانت الخرسانة تتمتع بفاعلية ومقاومة انضغاط نهائية أكبر.

وأخيرا

وعلى الرغم من أن الركام يعتبر مادة مالئة، لكن خواصه المختلفة، تؤثر بشكل كبير على مقاومة الخرسانة وثباتها وفاعليتها وظروفها الاقتصادية. إن هذه الخواص المختلفة للركام، تمنح المصممين والمقاولين، المزيد من المرونة لتوفير متطلبات واحتياجات تصميم المبنى وتشييده.