الخرسانة المسلحة بالبوليمر والفايبر | كونستجايد.كوم

الخرسانة المسلحة بالبوليمر والفايبر

الهدف من هذا التقرير هو عرض الخصائص والقيود والتطبيقات للخرسانة المسلحة بالفايبر و البوليمر ، الفصل سنركزعلى الخرسانة الأسمنتية كمواد بناء ، كما سيتم عرض نقاط القوة وعيوب الخرسانة المسلحة بالفايبر و البوليمر و أيضًا كيفية استخدام ألياف الكربون والصلب لتعزيز خرسانة الأسمنت التقليدية من أجل منع التشققات الدقيقة والعيوب الأخرى الناتجة عن المياه الزائدة والحرارة والانكماش والأحمال الخارجية ، ما هي خرسانة البوليمر؟ والأنواع الرئيسية المستخدمة مثل الخرسانة البوليمرية  والخرسانة البوليمرية غير العضوية.

الخرسانة العادية

تم استخدام الخرسانة العادية كمواد البناء الرئيسية لأكثر من قرن لأن هيكلها له خصائص مناسبة ،  ومع ذلك ، فإن الخرسانة المسلحة بها عدد من نقاط الضعف مثل المقاومة الكيميائية المنخفضة ، انكماش تجفيف كبير ، و قوة شد منخفضة فتم استخدام البوليمرات لتقليل نقاط الضعف هذه.

الخرسانة الأسمنتية لها ضغط قوي ، وتحمل شد ضعيف إلى حد ما ، بالإضافة إلى ذلك ، خرسانة الأسمنت مسامية ، تظهر المسام في الخرسانة الأسمنتية عند تشكيل الخرسانة ، الخرسانة الأسمنتية الصلبة هي نتيجة ثانوية للتفاعل بين جزيئات الأسمنت والماء وبالتالي تظهر المسام عندما يجف الماء من الخرسانة الأسمنتية ويخلق مكان للمواد الكيميائية والغازات وبخار الماء التي يمكن أن تلحق الضرر بالخرسانة بالاضافة الى ذلك ، فإن الخرسانة الأسمنتية بها نقاط ضعف أخرى يمكن أن تؤثر على أدائها مثل:

• لا يمكن للخرسانة أن ترتبط ببعض المواد لذلك فإن أي محاولة لربطها بمثل هذه المواد ستؤدي في النهاية إلى تدهور خشونة سطح الخرسانة
• يتم إعاقة تطبيق الخرسانة الأسمنتية بسبب ضعف مقاومتها للعزل الكهربائي والحرارة والمياه المالحة

الخرسانة المسلحة بالفايبر

تعتبر الخرسانة أكثر هشاشة وتظهر قوة شد ضعيفة مقارنة بمواد البناء الأخرى مثل البوليمرات والمعادن ، كما ذكرنا سابقًا  فإن الخرسانة الأسمنتية بها تشققات وثقوب في كل من الواجهات وفي المواد تنجم هذه العيوب والشقوق الدقيقة عن استقرار الماء الزائد والحرارة والانكماش وتركيزات الإجهاد بسبب القيود الخارجية وبالتالي ، عندما تتعرض الخرسانة لأحمال ثقيلة للغاية ، فإنها تتشقق بسهولة .

 توفر الشقوق الناتجة نقاط دخول سهلة للعوامل الضارة التي تؤدي إلى الكريب وتآكل الفولاذ والذوبان ، يمكن تخفيف الشقوق الدقيقة والعيوب السائدة في الخرسانة الأسمنتية عن طريق إدخال ألياف قصيرة (موزعة بشكل عشوائي) من مواد مختلفة مناسبة لا تمنع الألياف ظهور الشقوق فحسب ، بل تمنع أيضًا انتشارها ونموها وبالتالي فإن الخرسانة المسلحة بالألياف هي المادة الناتجة عندما يتم إدخال الألياف في الخرسانة الأسمنتية لقمع وتخفيف تشكيل الشقوق.

عندما يتم ربط الألياف بشكل مناسب ، فإنها تترابط مع الخرسانة عند مستويات الشقوق الدقيقة وتخفف من هذه التشققات بكفاءة ، نتيجة لذلك فإنها توفر وسائط نقل الإجهاد التي تؤجل بشكل فعال نموها غير المستقر ، إذا كان حجم الألياف مرتفعًا بشكل كافٍ ، فقد تزيد قوة الشد للخرسانة ، عندما يتم الوصول إلى قدرة الشد العظمى للخرسانة ، فإن الألياف (وفقًا لطولها وخصائص الترابط) ستمنع تكوين الشقوق والنمو عن طريق سد الشقوق الكبيرة بكفاءة لذلك ، هذه هي آلية التعزيز الرئيسية المستخدمة في مركبات الخرسانة المسلحة بالألياف.

هناك نوعان رئيسيان من التسليح بالفايبر، التسليح التقليدي و التسليح عالي الأداء.

• التسليح التقليدي (مع جزء منخفض متوسط الحجم من الألياف) ، لا تزيد الألياف من الانحناء / الشد للخرسانة ، وتقتصر مزايا تقوية الألياف إما على الصلابة (زيادة امتصاص الطاقة) أو السيطرة على التشكل الدائم في مرحلة قبل الكسر.

• FRC عالي الأداء (مع جرعة ألياف فائقة) ، تتجلى مزايا تقوية الألياف من خلال زيادة قوة الشد واستجابة تصلب الإجهاد

الخرسانة المسلحة بالبوليمر

تصنع خرسانة البوليمر (PCs) من "خليط من الخرسانة مع توزيع دقيق لحجم الجسيمات وبوليمر كمادة رابطة" ، خرسانة البوليمر ليست متينة وقوية فحسب ، بل تتميز أيضًا بنفاذية أقل ، هناك العديد من المصطلحات المستخدمة لوصف خرسانة البوليمر ، مثل الخرسانة المعدلة من اللاتكس أو الخرسانة الأسمنتية البوليمرية ، توصف الخرسانة المعدلة بالبوليمر (PMC) على أنها أسمنت هيدروليكي ممزوج بالبوليمرات العضوية المذابة في الماء .

البوليمر العضوي عبارة عن مادة تتكون من جزيئات بسيطة غير قابلة للقياس يتم دمجها لتكوين جزيئات كبيرة ، تشير PMC إلى الخرسانة المعدلة بالبوليمر ، تُستخدم البوليمرات بشكل شائع لتقليل نقاط الضعف الظاهرة في الخرسانة العادية على سبيل المثال ، يتم إنتاج الخرسانة المعدلة بالبوليمر (PMC) عن طريق تغيير الخرسانة الأسمنتية العادية مع إضافات البوليمر مثل المونومرات والراتنجات السائلة والبوليمرات القابلة للذوبان في الماء والبوليمرات القابلة للتشتت واللاتكس ، تمتلك الشركات العسكرية الخاصة خرسانات مسلحة مشتركة متجانسة حيث يتم تجانس هلام الأسمنت و البوليمر العضوي.

الخرسانة المسلحة بالبوليمر

هناك أنواع مختلفة من خرسانة البوليمر:

• الخرسانية البوليمرية (PC)
• الخرسانة المشبعة بالبوليمر (PIC)
• الخرسانة المعدلة بالبوليمر (PMC)
• تعتبر الخرسانة البوليمرية غير العضوية (IPC) أيضًا نوعًا آخر من الخرسانة المسلحة بالبوليمر التي يتم إنتاجها باستخدام مواد النفايات الصناعية مثل خبث الفرن العالي والرماد المتطاير ومخلفات المناجم .

هناك انواع أخرى من الخرسانة المسلحة بالبوليمر: مسحوق بوليمر قابل للتشتت من اللاتكس ، وراتنج سائل ، وبوليمر قابل للذوبان في الماء ، وخرسانة معدلة ، تتكون خرسانة البوليمر من مادة صمغية، في PIC  يتم تشريب الخرسانة بالبوليمر من خلال إدخال بوليمر أولي أو مونومر في شبكة المسام لخرسانة الأسمنت بعد أن تتصلب ، تعمل عملية البلمرة على إغلاق المسام الشعرية في الخرسانة الأسمنتية ، أخيرًا  يتم إنتاج الخرسانة المعدلة بالبوليمر عندما يتم تعديل خرسانة الأسمنت براتنجات البوليمر حيث يتكون الرابط من بوليمر وأسمنت ، مع الأول يعمل رابط مشترك أو عامل تعديل.

تحتوي خرسانة البوليمر على عدد من أوجه القصور مقارنة بخرسانة الأسمنت ، أحد العوائق الرئيسية لمنتجات الخرسانة البوليمرية يتعلق بتكلفتها الباهظة ، خاصة فيما يتعلق بالمواد الأولية نظرًا لأن خرسانة البوليمر تحتوي على محتوى كربوني أقل مقارنة بالخرسانة العادية الخالية من الكربونات ، فإنها توفر حماية محدودة من التآكل لصلب التسليح ، نتيجة لذلك  يجب حماية الفولاذ الموجود في خرسانة البوليمر بشكل فعال لتجنب التآكل في حالة حدوث كسر في الخرسانة وبالتالي ، فإن إحدى التقنيات التي يمكن استخدامها لتمديد متانة الهيكل الخرساني المسلح هي استبدال القضبان الفولاذية بالبوليمر المقوى بالألياف (FRP) في الخرسانة المسلحة تعتبر عوارض البوليمر المقوى بالألياف أكثر فاعلية في تقوية الخرسانة في ظل الظروف التي قد يكون فيها أداء الصلب العادي أمرًا مؤسفًا.

بشكل عام ، تمتلك الخرسانة المعدلة بالبوليمر قوة ضغط أقل مقارنةً بالخرسانة بكميات متطابقة من الماء والأسمنت، تم إجراء عدد من الدراسات لتقييم تأثير حجم العينة على الخرسانة المعدلة من مادة اللاتكس ، تم اعتبار تأثير حجم العينة غير مهم في الأسمنت العادي ، عادة ما تكون العينات الكبيرة غير فعالة عند الضغط المتوسط الأدنى مقارنة بالعينات الصغيرة.