الخرسانة هي مادة تتكون من الاسمنت والرمل والماء مع إضافة نوع من الركام، مثل الحصى .
تعد الخرسانة من أهم مواد البناء في العصر الحديث خصوصا مع تدعيمها بالحديد لتصبح خرسانة مسلحة.
يعتبر الرومان هم أول من استعمل الخرسانة العادية Plain Concrete في التاريخ من حوالي الفى عام وقد استعملت في معظم مبانيهم لسهولة تشكيلها وإمكان تفيذها بعمالة مدربة تدريبا بسيطا.
الخرسانة هي مخلوط من مواد اولية مكونة من الرمل والحصى (او كسر الأحجار) والأسمنت مع إضافة الماء اليهما. وعند خلطهم جيدا تتم عملية تماسك بينهم تسمى زمن التجمد Setting time.
و للخرسانة خصائص كثيرة تمتاز بها عن المواد الأخرى، فهي تأخذ شكل صلد ومتين مع الزمن تدريجيا وتبدأ بالتجمد الابتدائى Initial setting وتنتهى بالتجمد النهائى Final setting.
كذلك فهي شديدة المقاومة للضغط Compression ولكنها في نفس الوقت ضعيفة جدا في مقاومتها للشد Tension لذلك فالخرسانة العادية (غير المسلحة) لا تستخدم ابدا في الأماكن التي تحدث فيها إجهادات الشد (مثل الاعتاب beams).
وللتغلب على هذه المشكلة، يوضع الحديد وهو مقاوم ممتاز لقوى الشد وقوى الضغط وفي حين ان قضبان الحديد الطويلة يمكن ان تتحمل قوى الشد كلها فإن الخرسانة لا تتحمل قوى الضغط كلها إذا كانت قطاعاتها نحيفة Slinder فيحدث نتيجة لهذا انبعاج الخرسانة Buckling.
لذلك، نجد ان مركبا خليطا من الخرسانة والحديد يعطى مادة مثالية لمقاومة الإجهادات المختلفة المؤثرة عليها ،. وهذا المركب هو ما يعرف باسم الخرسانة المسلحة Reinforced concrete.
أنواع الخرسانة
تعددت أنواع الخرسانة كثيرا في وقتنا الحاضر نتيجة مكوناتها نذكر منها على سبيل المثال :
1- مونة خرسانية : مكونة من خلط الحصى مع مونة الرمل والأسمنت.
2- خرسانة : وهي خليط من البحص (الطبيعي أو كسر الحجر الصلب) مع الرمل النضيف والخالي من الشوائب والبودره الناعمه جدا مع الأسمنت بنسب متعارف عليها فنيا.
3- خرسانة عادية : وقد تسمى خرسانة نظافه ولا تستعمل في صب اي منشئآت عليها احمال وتصب عادة لملء الفراغات ولتثبيت التربه تحت أو حول منشئآت مسلحه بالحديد.
4- خرسانة مسلحة: هي خرسانه تسمى مسلحه لأنها تصب مع قضبان حديديه لها اشكال خاصه يحددها مهندسون متخصصون بالتصميم لجعل الجسم المصبوب من هذه الخرسانه مع الحديد أكثر قوه وقادر على تحمل اوزان كثيره مثل (الجسور، الأسقف، المباني العاليه...).
5- خرسانة بيضاء : مكونة من خلط اسمنت أبيض مع مونة الرمل والبحص.
6- خرسانة كسر طوب : مكونة من خلط كسر الطوب مع مونة الرمل والأسمنت.
7- كما يوجد أنواع أخرى من الخرسانات المسلحه التي لها صفات واستخدامات خاصة مثل :
- الخرسانة المسلحة المصبوبة تحت الماء.
- الخرسانة المسلحة المقاومة للحريق.
- الخرسانة المسلحة المقاومة للإشعاعات الذرية.
- الخرسانة المسلحة للسدود.
- الخرسانة المسلحة ضد القنابل.
- الخرسانة المسلحة المقاومة للزلازل.
- الخرسانة المسلحة الملونة.
خلط الخرسانة
قبل خلط مواد الخرسانة يجب التأكد من نظافة الرمل والحصى ولذلك يجب تنظيفهم من أي مواد عضوية عالقة بها وذلك بهزهم في المنخل Sieve وغسلهم بالماء قبل استعمالهم لأن وجود نسب كبيرة من الطين أو المواد العضوية أو الأملاح أو الفوسفاتات في الخرسانة يسبب تأكل وصدى الحديد الموجود فيها ويضعف من قوتها. و يتم خلط المواد الأولية للخرسانة عموما بطريقتين رئيسيتين :
الخلط اليدوي
بعد تنظيف الرمل والحصى تخزن المواد في مكان مناسب بالموقع بعيدا عن الرطوبة، يتم خلط الخرسانة يدويا بطريقة استعمال المجرفة وذلك لخلط كميات قليلة من الخرسانة.
الخلط الميكانيكي
تخلط الخرسانة ميكانيكيا بالنسب المطلوبة في خلاطات ذات سعة مناسبة مع تناسب حجمها بمعدل النقل والصب للعملية وتستعمل الخلاطات في موقع العمل ويتناسب عدد الخلاطات مع نوع وطبيعة العمل ومع كميات الخرسانة المطلوبة.
و قد تجهز الخرسانة اوتوماتيكيا في محطات خاصة تعرف باسم محطات تجهيز الخرسانة Ready Mix ومنها تنقل إلى موقع العمل عن طريق عربات مجهزة Concrete mix trucks وتتم طريقة الخلط في محطات تجهيز الخرسانة بطريقتين :
طريقة الخلط المركزي
تخلط وتجهز الخرسانة في هذه الطريقة في محطة تجهيز الخرسانة ويكون مكانها غالبا قريب موقع المشروع.
تنقل الخرسانة إلى الموقع عن طريق عربات مجهزة لذلك ويجب ألا يزيد مشوارها من المحطة إلى موقع العمل عن 45 دقيقة وهي المدة الكافية لتكوين التجمد الابتدائى للخرسانة. لكن في الاجواء الحارة يجب أن يقل المشوار عن 45 دقيقة وذلك لأن سرعة التجمد تتناسب طرديا مع درجه الحرارة، فبزيادة درجة الحرارة يقل زمن اللازم لحدوث التجمد.
ومن العيوب أيضا انه في حالة الطرق الغير ممهدة يحدث ما يمسى بال الانفصال الحبيبي وهو انفصال مواد الخرسانه عن بعضها، مما يؤدي ال ضعف مقاومتها بعد الصب. ويجب أن تقلب الخرسانة ببطء داخل اسطوانة العربة الناقلة أثناء النقل لمنع انفصال مواد الخرسانة أو تماسكها.
طريقة الخلط أثناء النقل
تخلط مكونات الخرسانة في الخلاطة المركزية كما في طريقة الخلط المركزى إلا انه يتم خلط الخرسانة بالماء في العربة الخلاطة إما أثناء النقل لموقع العمل أو قبل الصب مباشرة، من فوائد هذه الطريقة انها تعطى وقتا أكبر في النقل إلا ان عيبها يتمثل في أن سعة العربة الخلاطة عادة تكون حوالي 3/4 سعة العربة الناقلة للخرسان الجاهزة وذلك لأن خلط مكونات الخرسانة بالماء يقلل من حجمها، كما يجب أن تكون سرعة تقليب الخرسانة أثناء النقل تتراوح بين 2 - 6 دورة / دقيقة للحفاظ على قوام الخرسانة.
خواص الخرسانة المتصلدة
1- مقاومة الضغط
تعد مقاومة الضغط هي أهم خواص الخرسانة المتصلدة على الإطلاق وهي تعبر عن درجة جودتها وصلاحيتها، ومقاومة الضغط هي المقاومة الأم للخرسانة حيث أن معظم الخواص والمقاومات الأخرى مثل الشد والانحناء والقص والتماسك مع حديد التسليح تتحسن وتزيد بزيادة مقاومة الضغط والعكس صحيح. لذلك يجرى اختبار الضغط بغرض التحكم في جودة إنتاج الخرسانة في موقع المشروع كما يستخدم هذا الاختبار في أغراض التصميم الإنشائى لتحديد المقاومة المميزة وإجهاد التشغيل للخرسانة في الضغط الذي يؤخذ كنسبة من المقاومة القصوى للضغط. كما يفيد اختبار الضغط في تحديد صلاحية الركام وماء الخلط للتعرف على تأثير الشوائب التي قد توجد بهما على مقاومة الضغط- للخرسانة. والواقع حالياً أن مقاومة الضغط لخرسانة المنشآت التقليدية تتراوح بين ٢5٠-٣5٠ كجم/سم² أما بالنسبة للمنشآت الخاصة والوحدات سابقة التجهيز فمقاومة الضغط تزيد عن ذلك وتصل إلى 5٠٠ كجم/سم² والوحدات الخرسانية سابقة الإجهاد يجب أن تكون ذات مقاومة للضغط تزيد عن 4٠٠ كجم/سم² وقد تصل إلى 6٠٠ كجم/سم².
2- مقاومة الشد
اختلاف مقاومة الشد باختلاف عمر الخرسانة
تتحمل الخرسانة العادية المتصلدة مقاومة الضغط بدرجة كبيرة ولذلك يجرى تصميم الخرسانة باعتبارها تقاوم إجهادات الضغط أساساً أما بالنسبة لمقاومتها لقوى الشد (سواء المباشر أو غير المباشر) فإنها تعتبر ضعيفة المقاومة للشد إذا ما قورنت بمقاومتها للضغط ويرجع هذا لكونها مادة قصفة ومع ذلك إهتم الباحثون بمقاومة الشد في الخرسانة لأن حدوث معظم التشققات والشروخ فيها ناتج عن صغر مقاومتها للشد. ومقاومة الشد في الخرسانة تتراوح ما بين 7 % إلى ١4 % من مقاومتها للضغط أى بنسبة متوسطة قدرها ١٠ % وتختلف هذه النسبة تبعاً لعمر الخرسانة. كذلك تعتمد هذه النسبة على رتبة الخرسانة.
ويلاحظ أنه كلما زادت مقاومة الخرسانة للضغط كلما قلت الزيادة النسبية لمقاومة الشد إلى أن تصل مقاومة الضغط إلى حوالي ٨٠٠ كجم/سم² عندها تصل مقاومة الشد إلى أقصى قيمة لها والتي تتراوح من 6٠ إلى 7٠ كجم/سم².
3- مقاومة الانحناء
عندما تتعرض الاعتاب الخرسانية للانحناء فإنه يمكن حساب مقاومة الانحناء (التي تعتبر أيضاً مقياساً لمقاومة الشد غير المباشر) وتسمى معاير الكسر في الانحناء وتتراوح قيم إجهادات معاير الكسر في الانحناء بين ١٢ % - 20 % من مقاومة الضغط. وبالتالى فإن مقاومة الانحناء تزيد عن مقاومة الشد للخرسانة بنسبة من 6٠ إلى ١٠٠ %. وعموماً تؤخذ مقاومة الشد للخرسانة مساوية ل 6٠ % من قيمة مقاومة الانحناء. ومن ذلك يتضح أن مقاومة الانحناء تزيد عن مقاومة الشد بحوالي 4٠ %. ويجرى اختبار الانحناء لتعيين مقاومة الخرسانة المتصلدة للانحناء ودراسة سلوك الاعتاب الخرسانية عند تعرضها لأحمال انحناء وكذلك شكل الكسر الناتج عن انهيار هذه الاعتاب.
4- مقاومة القص
قوى القص المباشرة هي قوتين متساويتين ومتوازيتين تؤثران على مستويين على مسافة صغيرة جداً من بعضهما. تكون دائما مصحوبة بعزم انحناء أى بإجهادات شد وضغط لذلك فمن النادر إجراء اختبار مقاومة القص المباشر للخرسانة وخصوصاً أنه في استعمالات الخرسانة نادراً ما تتعرض للقص الخالص وإنما تتعرض للقص المصحوب بانحناء. ولقد وجد أن مقاومة القص في الخرسانة أكبر من مقاومتها للشد بحوالي ٢٠ إلى ٣٠ % أى أنها حوالي ١٠ إلى ١٢ % من مقاومة الضغط.
