مقادير خلطة الإسمنت حسب أنواعها وطريقة تصميمها

مقادير خلطة الإسمنت حسب أنواعها وطريقة تصميمها

تتنوّع مقادير خلطة الإسمنت حسب نوع المنشأة التي سيتم استخدام الخلطة فيها وحسب القوّة المراد الحصول عليها، ولقد تمّ اعتماد عدد من نسب الخلط التي يمكن من خلالها معرفة نسبة (الإسمنت: الرمل: الرّكام) مع تحديد قوّة الخرسانة الناتجة بوحدة (نيوتن/ ملليمتر مربع) لكل نسبة؛ بغرض تحديد إمكانية استخدام هذه النسب في الأبنية المختلفة،^[١] وفيما يأتي شرح لكل طريقة من نسب الخلط:

نسب الخلط الاسميّة

تمّ استخدام نسب الخلط الاسميّة (بالإنجليزية: Nominal concrete mix ratios) منذ القِدم، وتعد هذه الطريقة من الطرق التقليدية التي يتم من خلالها الوصول إلى قوّة تزيد عن القوة اللازمة فعليًّا لقيام المنشآت، وتختلف سهولة التعامل مع الخرسانة أو ما يسمّى سهولة التشكيل أو الصب (Workability) حسب النسب التي يتم الاعتماد عليها في الخلط. لتحضير خرسانة بدرجة M15 يتم اعتماد النسبة 1: 2: 4، حيث يتم خلط كمية إسمنت محددة مع ضعفيها من الرمل وأربعة أضعافها من الرّكام، أما خرسانة M20 فيتم تصميمها تبعًا للنسبة 1: 1.5: 3 حيث يتم تقليل نسبة كل من الرمل والركام لنفس كمية الإسمنت السابقة، ومن الجدير بالذكر أن أنواع الإسمنت تختلف وفق طريقة تصنيعها، إذ يستخدم لكل منشأة نوع معين من الإسمنت.^[١]

ملاحظة: درجة خرسانة M15 تعني أنّ قوّة كسر مكعب خرساني مكوّن من هذه الخلطة بعد 28 يوم من صبّه تصل إلى 15 نيوتن/ ملليمتر مربع.^[١]

نسب الخلط القياسية

نسبة الخلط القياسية للخرسانة (بالإنجليزية: Standard concrete mixes ratio)، هي نسب تمتاز بالبساطة، ويمكن الاعتماد عليها من قِبل شركات المقاولات في المباني صغيرة الحجم فقط، حيث ينتج عنها قوّة خرسانة كافية وسهولة صب جيّدة،^[٢] وفيما يأتي بعض نسب الخلط المعتمدة لكل نوع من أنواع الخرسانة المراد تحضيرها:^[١]

• خرسانة (M10): 1: 3: 6
• خرسانة (M15): 1: 2: 4
• خرسانة (M20): 1: 1.5: 3
• خرسانة (M25): 1: 1: 2

تصميم الخلطات من قِبل المصممين

يمكن الاعتماد على الطرق السابقة للمباني الصغيرة كنوع من التبسيط والتساهُل، إلا أنّ الدقة العالية متطلّب أساسي ومهم في المباني والمنشآت الكبيرة لتحقيق درجة أمان كافية، لذا تُعتمد نسب يتم التوصّل إليها من قِبل مصانع إنتاج الخرسانة، ثمّ يجري فحص دقيق لأدائها عن طريق مصمّمين مختصّين في هذا المجال، مع الحرص على أن يتم تقليل نسب الإسمنت واستخدامه بالحد الأدنى الذي يُحقّق القوّة المطلوبة مع أخذ العامل الاقتصادي بعين الاعتبار كجزء لا يتجزأ من عملية التصميم، وتعد الخرسانة عالية القوة من الأنواع التي يتم فيها الوصول إلى قوّة خرسانة تتجاوز 30 (نيوتن/ ملليمتر مربع) بعد مرور 28 يومًا على الصبّ، مما يعني إمكانية الاعتماد عليها في المنشآت الضخمة.^[١]

يعد تصنيع خرسانة عالية القوّة أمرًا يتطلب دقة عالية، إذ إنّ القوة العالية يتم تحصيلها من خلال خفض نسبة (الماء: الإسمنت) وذلك يعني السهولة في الصب سيّئة وصعوبة في التعامل مع الخرسانة، فينبغي استخدام أجهزة اهتزاز خاصّة في هذه الحالة، فمثلًا استخدام نسبة وزن (الماء: الإسمنت) إذا كانت تعادل (0.3) فإن إمكانية صب الخلطة ستكون سيئة للغاية ويمكن زيادة سهولة صب الخلطة بزيادة هذه النسبة.^[٣]

الشروط الواجب مراعاتها عند خلط الإسمنت

يمكن خلط الإسمنت بطريقة ميكانيكية باستخدام الخلاطات بأنواعها المختلفة، كما يمكن الخلط من خلال سيارات الخلط، ولكل طريقة من هذه الطرق عدد من الشروط اللازم اتّباعها لضمان الحصول على خلطة جيّدة، وهي كما يلي:

شروط الخلط الميكانيكي باستخدام الخلاطة

من أهم شروط استخدام الخلاطات الميكانيكية ما يأتي:^[٤]

• يتم تشغيل الخلاط قبل البدء بالعمل، ويوضع ثلثي كمية الماء المطلوبة قبل باقي المكوّنات.
• يتم إضافة المواد بالترتيب الآتي؛ ركام خشن (Coarse aggregate) ثمّ الرمل (Sand) وأخيرًا الإسمنت (Cement).
• قبل إضافة باقي كمية الماء يجب الحرص على التأكد من تمازج المكوّنات السابقة بشكل تام.
• إضافة الماء يتم تدريجيًا وببطء.
• يجب استمرار تشغيل الخلاطة لمدة لا تقل عن دقيقتين قبل إيقافها وتفريغها.
• لا يُسمح بإضافة الماء بعد الانتهاء من تحضير الخرسانة في حال تمّ ملاحظة عدم قابليتها للصب بسهولة.

شروط الخلط في سيارات الخلط المتحركة

هنالك عدة شروط يجب التأكد منها من خلال فحص عيّنتين على الأقل لقبول الخلطة الخرسانية المُنجزة داخل سيارات الخلط:^[٥]

• نسبة الهواء في العينة تعادل 1%.
• الوزن النوعي للخرسانة يعادل 24 (كغ/ متر مكعب).
• معدّل هبوط العينة في فحص الهبوط (Slump test) لا يتجاوز 25 مم إذا كان ارتفاع العينة 100مم أو أقل.
• نسبة الحصمة الخشنة في الخرسانة لا تتجاوز 5%.
• أن تصل الخرسانة إلى 7.5% من قوّتها الكاملة المتوقّعة بعد مرور 7 أيام على الصبّ.

طريقة خلط الإسمنت

يتم خلط الإسمنت مع الماء والحصى لاستخدامه في البناء، ويجري ذلك بالطريقة الصحيحة من خلال اتّباع الخطوات التالية:^[٦]

• تحضير الكمّيات التي سيتم استخدامها في الخلطة وتُستخدم عادةً نسبة (إسمنت: رمل: حصى) تكافئ النسبة 1: 2: 4، ويجب الحرص على الالتزام بالنسب المطلوبة منعًا لتشقق الخلطة فيما بعد.
• الحرص على اتّباع إجراءات السلامة العامّة؛ كارتداء بنطال طويل وارتداء قفازات ونظارات.
• تحضير الأدوات المهمّة في العمل، مثل؛ المجرفة للخلط، الدلاء والعربة.
• تفريغ جميع المواد الجافة داخل العربة وخلطها معًا باستخدام المجرفة حتى تصبح متجانسة، وذلك قبل إضافة الماء.
• تشكيل حفرة وسط الخليط الجاف باستخدام المجرفة شرط أن يكون قطر الحفرة يكافئ نصف قطر كومة الخليط.
• تتم عملية إضافة الماء تدريجيًا في الحفرة إلى أن يصبح قوام الخليط كقوام زبدة الفول السوداني.
• يجب الموازنة بين إضافة الماء والإبقاء على تماسك الخليط مناسبًا، وفي حال زيادة الماء عن الحد المطلوب يجب تعديل نسبة الخليط الجاف وزيادتها.
• بعد الانتهاء من تحضير الخلطة الإسمنتية يجب وضعها في موقع العمل ليتم استخدامها بشكل مباشر كي لا تجف.
• يُفضّل تنظيف الأدوات المستخدمة باستخدام الماء وفرشاة خشنة حال الانتهاء منها؛ للمحافظة عليها.

المواد التي تضاف إلى الخرسانة لتحسين خواصها

عادةً ما يتم استخدام مواد كيميائية مختلفة لتحسين خواص الخرسانة، تسمّى هذه المحسّنات بالإضافات الكيميائية (Chemical admixtures)، ومن هذه المواد ما يأتي:^[٧]

• مواد تقليل الماء: يمكن استخدامها لتقليل حاجة الخرسانة إلى الماء بنسبة تصل إلى 10%.
• مواد تثبيط التصلّب: تعمل هذه المواد على إبطاء معدّل تصلّب الخرسانة خصوصًا عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة جدًا.
• مواد تسريع التصلّب: تُسرّع هذه المواد من وصول الخرسانة إلى قوّتها الكاملة كما تقلّل من الوقت اللازم لمعالجتها، وهي من المواد المهمّة في الطقس البارد.
• الملدّنات الفائقة: (بالإنجليزية: Superplasticizers) يتم من خلالها خفض نسبة الماء في الخرسانة حوالي (12-30)%، حيث تزيد هذه المواد من تدفّق الخرسانة وقابليتها للصب حتى عندما تكون (نسبة الماء: الإسمنت) منخفضة في الخلطة.
• المواد المانعة للصدأ: تستخدم هذه الإضافات للحفاظ على القضبان الحديدية المستخدمة في الخرسانة المسلّحة من الصدأ، خاصة في المنشآت المعرّضة للماء بشكل دائم.

المراجع

1. ^ ^{أ ب ت ث ج} "Types of Concrete Mix Ratio Design and their Strengths", the constructor, Retrieved 08/06/2021. Edited.
2. ↑ Krunal Rajput, "Concrete Mix Ratio | What Is Concrete Mix Ratio | Types of Concrete Mix Ratio", civiljungle, Retrieved 08/06/2021. Edited.
3. ↑ "Mix Design of High-Strength Concrete: Methods, Procedure and Example", theconstructor, Retrieved 08/06/2021. Edited.
4. ↑ "Mixing small quantities by mechanical mixer", concrete, Retrieved 08/06/2021. Edited.
5. ↑ National ready mixed concrete association , Truck Mixer, Agitator and Front Discharge Concrete Carrier, Page 11. Edited.
6. ↑ Gerber Ortiz-Vega (24/05/2021), "How to Mix Cement", wikihow, Retrieved 08/06/2021. Edited.
7. ↑ "Chemical Admixtures", cement, Retrieved 08/07/2021. Edited.