طرق تصميم الخلطات الخرسانية

أولا :- الطريقة الوضعية

تحدد هذه الطريقة نسيا لمكونات الخرسانة نتيجة الخيرة السابقة للاستعمال بنجاح .وقد اثبتت هذه الطريقة ملائمتها وصلاحيتها للعمليات الصغيرة نظرا لسهولتها حيث تعطي المواد الصلبة (الاسمنت , الرمل , الحصى) على هيئة نسب بالوزن أو الحجم وقد تحدد كمية الماء اللازم أو تترك لمراعاتها اثناء الخلط بحيث نحصل على خلطة لدنة سهلة التشغيل ونسب مكونات الخرسانة بالوزن المستخدمة عادة في المنشآت طبقا لنوع الخرسانة أو طبقا لمقاومة الخرسانة للضغط هي كما يلي:

وذلك على اساس ان الركام مناسب والماء أقل ما يمكن لجعل الخلطة ذات قوام مناسب لتكون

لدنة . والنسب الوضعية المستخدمة

 الأسمنت =  س كغم            رمل = 0.4 م3          حصى = 0.8 م3

مع كمية الماء المناسبة والمعقولة والتي تتراوح قيمة الماء كنسبة من الاسمنت (م/س) من 0.4 الى 0.7 بالوزن ويحدد كميتها طبيعة العمل اما كمية الاسمنت (س) فيحددها نوع العمل والخلطة اللازمة له هل هي غنية او فقيرة حيث تتراوح كمية (س) من 200 الى 400 كيلو جرام اي من 4الى 8 اكياس للمتر المكعب من الخرسانة ويحدد كمية الاسمنت وكمية الماء المهندس المسئول عن مواصفات العملية تبعا لطبيعتها .

وعيوب هذه الطريقة تتلخص في النقاط الآتية :-

1- نسبة الماء الاسمنت (م/س) غير محددة ومتروكة لظروف العمل .

2- النسبة المذكورة لا تعطي مترا مكعبا في جميع الحالات وقد يصل الحجم احيانا الى 1.2 متر مكعب .

3- نسبة الرمل / الحصى شبه ثابتة وهي 1:2 مع ملاحظة اهمال نوع الركام وتدرجه والمقاس الاعتباري الاكبر له وكذلك اهمال معايير النعومة للرمل .

4- لا يمكن الحصول على بيانات صحيحة لخواص الخرسانة الناتجة وكذلك لا يمكن توقع قيمة دقيقة لمقاومة الضغط لهذه الخرسانة .

 ثانيا: طريقة المحاولة :

تعتمد هذه الطريقة على معرفة نسبة م/س في الخلطة الخرسانية ويلزم عمل اختبارات مقارنة بين المواد المختلفة والخلطات المتباينة . وتتطلب هذه الطريقة وجود عينات من الاسمنت والحصى والرمل كما يجب تحديد نسبة م / س وكذلك المقاومة المطلوبة . وفيما يلي ملخص لخطوات تصميم خلطة خرسانية بطريقة المحاولة :

- تؤخذ كمية من الاسمنت في حدود 2.5 كغم (5% من وزن الكيس )

- حدد نسبة (م/س) من الخبرة أو من المنحنيات البيانية أو من الجداول .

- يخلط الاسمنت والماء لتكوين عجينة الاسمنت المكونة من ا , ب.

- تحضر كمية من الرمل الحصى ويفضل استخدام الركام المشبع والسطح جاف كما يراعى الا يزيد المقاس الاعتباري الأكبر عن  5/1 البعد الاصغر للمقطع وان لا يزيد عن 4/3 المسافة بين أسياخ حديد التسليح (ايهما اصغر).

- يضاف تدريجيا كميات من الرمل والحصى وتخلط الخلطة جيدا ثم يحدد قوام الخرسانة الى ان تصل الى الخلطة التي تعطي القوام المطلوب.

- توزن بعد ذلك الكميات المتبقية ومنها تحسب الأوزان المستعملة .

- تحسب الكميات بالوزن والحجم المطلوبة لعمل خلطة الخرسانة لموقع العمل .

ثالثا: طريقة الحجم المطلق:

تفترض هذه الطريقة ان الحجم المطلق للخرسانة هو مجموع الحجوم المطلقة للمواد المكونة للخرسانة في الحجم المطلق للاسمنت والرمل والحصى والماء كما يلي :

حيث :-           Absolute volume = C/Gc +S/Gs + G/Gg + W/1.0 = 1000 Liters  

 = Cوزن الأسمنت بالكيلوغرام اللازم للمتر المكعب من الخرسانة.

S = وزن الرمل بالكيلوغرام اللازم للمتر المكعب من الخرسانة.

G =  وزن الحصى بالكيلوغرام اللازم للمتر المكعب من الخرسانة .

W = وزن الماء بالكيلو غرام اللازم للمتر المكعب من الخرسانة.

Gg, Gs, Ge = الوزن النوعي للاسمنت والرمل والحصى على التوالي علما بأن واحد متر مكعب من الخرسانة = 1000 لتر .

وفي هذه الطريقة يلزم تحديد كلا من ما يأتي طبقا للاشتراطات المطلوبة في مقاومة الخرسانة

المتصلدة والاشتراطات المطلوبة في مدى تشغيل الخرسانة الطازجة :

1- كمية الاسمنت اللازمة للمتر المكعب من الخرسانة .

2- نسبة الماء الى الاسمنت بالوزن (م/س) او كمية الماء للمتر المكعب من الخرسانة .

3- نسبة الركام الصغير الى الركام الكبير في الركام المستخدم .

4- الوزن النوعي للاسمنت والركام الكبير والركام الصغير.

وتحدد البيانات سالفة الذكر من واقع الخبرة ومن النتائج العملية ومن الاختبارات المعملية أي اننا تحدد قيمة G/S W/C,C وكذلك نحدد الأوزان النوعية GS , Ge Gg ثم نطبق المعادلة سالفة الذكر لتعيين وزن كل من الرمل والحصى. واذا اريد بيان النسب بين المكونات الحبيبية للخرسانة بالوزن للاسمنت وبالحجم للركام يلزم معرفة الوزن الحجمي لكل من الرمل والزلط (اي وزن التر المكعب ) وذلك من واقع الخبرة والتجارب .

وتتضح تلك الطريقة في المثال التالي :

المطلوب تصميم خلطه خرسانية بحيث تكون الخرسانة الطازجة لدنة القوام بحيث تكون الخرسانة المتصلدة ذات مقاومة للضغط بعد 28 يوم تساوي 240 كغم/سم 2 . مع مراعاة أن ركام الخليط المستخدم يمر منه نسبة 40% من المنخل القياسي 16/3 مع العلم بان:

الوزن النوعي للاسمنت = 3.15

الوزن النوعي للركام ( الرمل أو الحصى) = 2,65

الوزن الحجمي للركام الرمل) أو الحصى ) = 1700 كغم /سم3 .

الحل

أ- تعين نسبة الركام الصغير (الرمل) الى الركام الكبير (الحصى):

يعتبر المار من المنخل القياسي 16/3هو الرمل والمحتجز عليه هو الحصى . اذن يتبين أن النسبة المنوية للرمل في الركام الخليط تساوي 40% وبالتالي الحصى يساوي 60%. ملاحظة : هذه النسبة قد تفرض طبقا للخبرة والسوابق العملية - والنسبة الشائعة الاستخدام قد تفرض مباشرة على اساس 33% للرمل أي نسبة الرمل الى الحصى تساوي 2:1

ب- تفرض كمية الاسمنت اللازمة للمتر المكعب من الخرسانة على أساس مقاومة الخرسانة المتصلدة بعد 28 يوم أو على اساس اي متطلبات أخرى خاصة بمتانة الخرسانة او الظروف التي تعمل فيها .

ومن الخبرة العملية يمكن استخدام هذه العلاقة :

كمية الاسمنت اللازمة للمتر المكعب = مقاومة الضغط بعد 28 يوم (كغم / سم مربع) +50 الى 100 اذن كمية الاسمنت اللازمة للمتر المكعب = 240 + 60 +300 كغم/م مكعب

ج- تعين كمية الماء اللازمة للمتر المكعب من الخرسانة طبقا لمحتوى الأسمنت في الخلطة والمقاس الاعتباري للركام المستخدم وكذلك درجة القابلية للتشغيل المطلوبة وهذه الكمية قد تفرض مباشرة طبقا للخبرة او بالاستعانة بالجدول الموضح في ادناه

في هذا المثال نفرض ان (م/س)=0,5

اذن كمية الماء للمتر المكعب من الخرسانة = 150 لتر.

د - يحسب تصميم الخلطة الخرسانية كما يلي :

وزن الحصى = (6040 ) وزن الرمل = 1.5 وزن الرمل

Absolute Volume= 300/3.15+S/2.65+1.5S/2.65+150/1.0=1000 liters

وزن الرمل = 800 كغم

وزن الحصى = 1200 كغم نسب الخلطة الخرسانية بالوزن :

وهنا لابد من الإشارة الى ان تعيين نسبة الرمل الى الحصى يمكن ان يتم تحديدها على اسس اخرى هامة منها :-

أ- طريقة الكثافة القصوى :-

وفيها يتم عمل خلطات من الركام الجاف فقط تحتوي على نسيا مختلفة من الرمل الى الحصى فمثلا : 0% 10% 20% 30% 40% .............. 100 % مع تعيين وحدة الوزن لكل منها ثم نرسم القراءات على منحنى ويمكن من هذا المنحنى ايجاد نسبة الرمل التي ستكون عندها وحدة الوزن نهاية قصوى أي الحصول على أقل نسبة فراغات ممكنة .

ب- طريقة المساحة السطحية للركام :-

الأساس العلمي في هذه الطريقة هو الربط بين كمية عجينة الأسمنت في الخلطة الخرسانية والمساحة السطحية للركام الذي تغلف اسطحه لإتمام عملية الالتصاق بين حبيباته ومعنى ذلك بانه في الخلطات الخرسانية ذات الركام الصغير المقاس فانه يحتاج لزيادة كمية الأسمنت يسبب زيادة المساحة السطحية لهذا الركام . واحدى طرق التعبير المذكورة هي استخدام المساحة السطحية للركام الخليط ومقاومة الضغط للخرسانة وذلك بمعرفة مقاومة الضغط المطلوبة للخرسانة أو قد تفرض المساحة السطحية للركام الخليط بقيمة تتراوح من 24 الى 26 سم 2 / غم التي تعطي غالبا أكبر قيمة للمقاومة . وبالتالي تحدد التدرج المطلوب أو نسبة الرمل في الركام الشامل .