الخرسانات

أبينة – الرياض 

تعتبر عملية ربط المنتجات بالخرسانة والطوب مشكلة بالنسبة للبنائين والمؤسسات الصناعية وكذلك مالكي المنازل. إذا كان الربط بالخشب والبلاستيك ليس بالأمر الصعب ، فإن المواد الهشة تسبب مشاكل وتتطلب أجهزة خاصة. هنا تأتي إلى مرساة الإنقاذ للخرسانة. عادة ما يصنعون الرهون العقارية عند سكب الأساس ، الطابق السفلي ، الجدران. ولكن في المستقبل قد يكون من الضروري إعادة إنشاء أو إصلاح المبنى. هناك عناصر أخرى مطلوبة هنا.

ما هي المرساة

مرساة هو جزء مخصص لربط المنتجات والهياكل لقواعد صلبة مصنوعة من مواد البناء ، في المقام الأول من الخرسانة والحجر والطوب. يتم حفر حفرة تحتها ، حيث يتم تثبيت السحابة عن طريق الاحتكاك أو اللصق أو التوقف. يتم تركيب مرساة في الخرسانة بواسطة مثبتات معدنية مجلفنة من التصميم الخاص.

ما الذي يحدد موثوقية الاتصال

تتأثر جودة الاتصال بالعوامل التالية:

• سمة الأساس (ملموسة ، لبنة ، حجر) ؛
• الامتثال لحجم ونوع من الأحمال تطبيق السحابة.
• إعداد التكنولوجيا وتركيبها ؛
• قوة السحابات.

يتم شق المرساة في حفرة محفورة في هيكل من الخرسانة أو الطوب: الأساس ، الجدار ، التقسيم ، بلاطة الأرضية. مع ذلك ، يتم تثبيتها الحزم ، وقضبان القناة ، والأسقف المعلقة ، والثريات ، والسور ، والهياكل الداعمة من وزن كبير. في هذه الحالة ، يجب أن تكون القاعدة قوية بما فيه الكفاية.

كيف ترتبط المراسي للخرسانة

يتم تثبيت المراسي عن طريق ربط جلبة داخل حفرة مثقوبة أو على الغراء.

أنواع المراسي الميكانيكية

أبسط إبزيم هو مرساة مترابطة مع موضوع داخلي. يتم إدخاله في فتحة معدة مسبقاً ، غير مشقوقة مع جهاز خاص ومثبتات لولبية.

شكل مشترك هو مرساة للتوسيع ملموسة ، مزودة إسفين.

وهي مصممة لأحمال عالية ويمكن حتى تثبيت أدوات آلية أو أبواب المرآب الثقيلة. مبدأ العمل يتكون من تثبيط ساق مخروطية من قذيفة ، التي شنت على مسمار ، وخلق عقبة في حركة عكسية. في هذه الحالة ، يجب أن يكون أساس مواد البناء على الخواص الميكانيكية اللازمة لتحمل الفواصل وأوزان الوزن.

لإحكام مرساة الوتد بعد تركيبها ، تحتاج إلى مشربة خاصة ، يتم إدخالها داخل وتطيط الأكمام بمطرقة. ثم يتم إزالة الأداة ويتم لف المسمار الربط.

في بناء آخر لمرساة الوتد ، تتم عملية الشد باستخدام الجوز ، الذي يقع على سطح القاعدة ، لتحريك مسمار مع الخيط والمخروط على النهاية. يمتد المخروط إلى الأكمام ، والتي تتوسع وتثبت. إذا كان الجرح مصنوعًا بالأسنان ، فإنه يقطع الخرسانة ، مما يشكل مخروطًا بداخله. يكون التثبيت أقوى لأنه بالإضافة إلى قوة القوس ، يظهر تركيز إضافي في الاتجاه المحوري.

جهاز آخر يحتوي على نظام مخروطي ، والذي يشدد المباعد على كلا الجانبين. ونتيجة لذلك ، يزداد سطح الاحتكاك بمقدار مرتين. هذه المراسي تربط هياكل الجاذبية المتوسطة والكبيرة بالحجر الخرساني والطبيعي.

يتم بناء مرساة القضيب بالقياس مع الإسفين ، إلا أن طوله أكبر. مع مساعدته على ربط أنظمة متعدد الطبقات ، على سبيل المثال ، والمواد العازلة التي تواجه. يمكن قطع اللب الداخلي للطول المطلوب. يتم إدراج النهاية مع إسفين في حفرة حفر في الخرسانة ، وعلى الجانب الآخر يتم شد القضيب مع الجوز والغسالة. غالباً ما تستخدم مراسي القضبان لإنهاء بناء واجهات.

تحتوي مرساة الإطار على منطقتين متدرجتين ، أحدهما يقع في القاعدة والآخر في جزء المرفق. عندما يتم شد البرغي ، يتم تثبيته بإحكام مع شد مزدوج.

اعتمادا على الغرض ، يتم اختيار نوع مرساة ملموسة. يتم إعطاء الأبعاد والأنواع والخصائص في الجداول ، والتي تحدد مدى امتثالها للأحمال المحسوبة.

مرساة كيميائية

يمكن تركيب مثبتات الخرسانة على الغراء ، على سبيل المثال ، راتنجات البوليمر. للقيام بذلك ، فإنها تملأ حفرة تنظيفها جيدا 2/3. بعد إدراج حركة دوران مرساة متعدية. بدلاً من ذلك ، يمكنك استخدام مسمار عادي أو مثبتات أخرى. بعد أن يصل الصمغ إلى المرساة ، يمكن إصلاح البنية أو الجزء. عند تركيبها بشكل صحيح ، فهي قادرة على تحمل الأحمال الثقيلة. لا غنى عن المرساة الكيميائية عند تركيبها في مواد مسامية ، على سبيل المثال ، في الخرسانة الرغوية أو الخرسانة الخلوية. التثبيت الميكانيكي غير مناسب هنا بسبب قلة قاعدته.

يتم تحسين موثوقية المركب باستخدام المكونات غير العضوية (الأسمنت) والعناصر العضوية (الراتنج عالية التفاعل) مثل الغراء. يوفر الاسمنت توافقًا جيدًا مع الخصائص الميكانيكية الأساسية والعليا.

ترسيخ كيميائي يثبت قضبان التسليح ، البراغي ، قضبان مترابطة ، الأكمام مع الخيوط الداخلية. وقد تم تطوير أنظمة التوزيع الخاصة بغراء الحقن. يتم ضخه في مجموعة التوصيل بسرعة وفي الأجزاء ، مما يقلل من الاستهلاك. في نفس الوقت ، يتم استخدام اسطوانات ذات قدرات وحلول مختلفة بمعدلات بلمرة مختلفة. يمكن أن تكون البنادق Vypressovochnye تعمل بالهواء المضغوط أو بطارية تعمل.

للرسمة الكيميائية ، من المهم أن الثقوب في القاعدة نظيفة. لهذا الغرض ، يتم استخدام أجهزة النفخ الخاصة مع مجموعات من الفرش في مجموعة المعدات.

في حالة مواد البناء المسامية ، من المفضل اختيار المراسي الكيميائية للخرسانة. الأسعار هنا تعتمد بشكل أكبر على نوع ومقدار الغراء ، بالإضافة إلى نظام الحقن ، الذي يمكنك من خلاله إدخال حتى إدراجات بسيطة: مسمار ، مسامير ، تركيبات ، إلخ.

استنتاج

يسمح لك الاختيار الصحيح لنوع الربط للخرسانة وتكنولوجيا تركيبه بإنشاء اتصال موثوق ودائم. لجميع أنواع ، هناك جداول مع الخصائص التي يمكنك من خلالها العثور على الحل الأمثل.

الأبنية الجاهزة – الرياض

الخرسانة واحدة من أكثر المواد استخداماً بعد المياه، وتؤدِّي دوراً أساسياً لا غنى عنه في الحضارة الحديثة. فقد استُخدمت على نطاق واسع في تشييد المباني والسدود والموانئ البحرية، والطرق والجسور والأنفاق، وغيرها من الهياكل الأساسية. غير أن عوامل طبيعية عديدة تؤدي إلى ظهور تشققات في الخرسانة، تتيح للغبار والماء والهواء الانسلال إلى داخلها، فيبدأ حديد التسليح، الذي يعزِّز كل هيكل خرساني تقريباً، بالتآكل نتيجة الرطوبة والصدأ. ويؤدِّي ذلك، بعد فترة، إلى تداعي وتمزق الهيكل القوي، وفي النهاية ينهار.

وبدءاً من النصف الثاني من القرن العشرين، تفاوتت محاولات معالجة هذه التشققات، بين تطوير مواد كيميائية لاصقة ومواد ذكية على اختلافها من دون أن تسجِّل نجاحاً ملحوظاً.

لكنَّ تطوراً علمياً جديداً، يستخدم الكائنات الحية الدقيقة من ضمن مكونات الخرسانة، يجعلها ترمم ذاتها، ويوفِّر الطاقة، ويمتص ثاني أكسيد الكربون من الجو، يبدو أنه واعد جداً.

تتكوَّن الخرسانة أساساً من مزيج من الماء، والرمل، والحصى، والإسمنت. وفي أواخر القرن التاسع عشر الميلادي، أُضيف الحديد إلى هذا المزيج ليصبح اسمه الخرسانة المسلحة. والإسمنت هو الجزء الأهم في المواد الخرسانية؛ لأنه يربط هذه المكونات بعضها بالبعض الآخر ويجعلها متماسكة، ويملأ الفراغات بين الجزيئات الخشنة والدقيقة.

يعود تاريخ الخرسانة في جذوره إلى ما لا يقل عن 6500 سنة قبل الميلاد عندما استخدم سكان وادي السند نوعاً من الخرسانة الطينية لبناء الهياكل التي بقي بعض آثارها حتى يومنا هذا. كما استخدم الآشوريون والبابليون، منذ حوالي 2000 قبل الميلاد، الطين، الذي يشبه الإسمنت كمادة للتماسك.

أحدث استخدام الخرسانة الطينية كمادة بناء تحولاً في مفاهيم الهندسة المعمارية في جميع أنحاء الإمبراطورية الرومانية القديمة، فمكّن من تشييد هياكل وتصاميم جديدة، لم يكن بناؤها ممكناً باستخدام الحجر وحده، كما كان سائداً قبل ذلك. وفجأة، توسَّع الطموح الجمالي، وتطوَّر الأفق الفني كما تمثل، بشكل رئيس في الكتاب الشهير للمعماري الروماني الشهير ماركوس فيتروفيوس “دي أركيتكتورا” في القرن الأول قبل الميلاد. وبدأت تظهر معالم عمرانية كبرى مثل الحمامات والكولوسيوم والبانثيون التي تزينها الأقواس وغيرها.

الخطوة المهمة التالية في تطور الخرسانة ظهرت عندما قام المهندس البريطاني جون سميتون في عام 1756م، بصنع أول إسمنت حديث، الإسمنت الهيدروليكي الذي نعرفه اليوم، والذي يتصلَّب عند مزجه بالماء. وفي عام 1853م استخدم الصناعي الفرنسي فرانسوا كوانيي أول خرسانة مسلَّحة بإضافة قضبان من الحديد إلى مكوِّناتها، وأصبح هذا المزيج سائداً ابتداءً من أواخر القرن التاسع عشر واستمر حتى يومنا هذا.

قضية تشقّقها

رغم كل مزاياها وفوائدها، فإن الخرسانة الحديثة المستندة إلى الجير، هي ذات عمر افتراضي قصير نسبياً، بسبب تشكّل التشققات التي تقصر عمر الأبنية. وقد جرت محاولات وأبحاث عديدة، منذ فترة طويلة، لحل هذه المشكلة من دون نجاح حاسم. فقد طُوِّر عديد من المواد، تفاوت بين مواد لزجة لاصقة متعدِّدة، إلى مواد ذكية تُدمج في الخرسانة لتقوم بوظيفة معيَّنة عند التشقق. لكنها جميعاً، وعلى الرغم من بعض النجاحات المؤقتة، لم تشكِّل حلاً مستداماً لمعالجة هذه الشقوق على المدى الطويل.

كبسولات لاصقة

ظهرت أولى المحاولات لتطوير معالجة ذاتية لقضية التشقق عام 1994م. واعتمدت على فكرة تغليف لاصق معيَّن، داخل كبسولة صغيرة، أو في ألياف قصيرة أو في أنابيب أطول، ووضعها مع مكوّنات الخرسانة. وعندما تتشقق الخرسانة، تنكسر الكبسولات الصغيرة، فينطلق اللاصق ويسد الشقوق. ومع أن الآليات الأكثر فاعلية وضعها لاحقاً باحثون من جامعة كارديف في المملكة المتحدة وجامعة كامبريدج وجامعة باث والمعهد الكوري للبناء، لكنها لم تشهد نجاحات ملموسة

اللدائن متذكرة الشكل

ومن الأمثلة على المواد الذكية الجديدة، التي يحاول الباحثون استخدامها، بوليمرات ذكية قادرة على تذكر شكلها السابق. فعند حصول تشوّه أو تغيير معيَّن، تستطيع هذه البوليمرات العودة إلى شكلها السابق. وتعمل هذه الآلية على مبدأين، الأول مبدأ الاستعانة بعناصر “ذاتية”، والثاني الاستعانة بعناصر “غيرية”. والهدف الخاص لاستخدامها في الخرسانة التي تصلح ذاتها هي زيادة عنصر الاستعانة الذاتية لسد الشقوق.

فهذه البوليمرات هي شبه بلورية، ذات شكل محدَّد مسبقاً يُحفظ في بنيتها، ويساعدها لاحقاً على العودة إلى حالتها الأصلية. وعند حدوث تشقق، يتغير شكل اللدائن، عند ذلك يُشغل النظام بواسطة التدفئة على شكل حرارة مباشرة، أو تيار كهربائي. وبمجرد تنشيطه، يعود الشكل الحالي إلى شكله الأصلي، وبسبب طبيعة الوتر المكبوتة داخل البوليمر، تنشأ قوة شدّ، مما يجعل الشق يغلق على نفسه. لكن نقطة ضعف هذا النظام، كما لاحظنا، هي حاجته إلى تدخل خارجي لحاجته إلى الحرارة عند التشقق.

الخرسانة الحيوية

ثبت أن معظم طرق معالجة تشققات الخرسانة الموصوفة أعلاه، وخاصة استخدام المواد الكيميائية والبوليمرات، هي مصادر لمخاطر صحية وبيئية. والأهم من ذلك، أنها فعالة فقط في المدى القصير. وبالتالي، ارتفع الطلب على طرق علاجية بديلة، وصديقة للبيئة، ومستدامة.

ظهرت فكرة الخرسانة الحيوية لأول مرَّة عام 2006م، عندما سأل أحد خبراء التقنية عالم الأحياء المجهرية هانك جونكرز، من جامعة دلفت في هولندا، عما إذا كان من الممكن استخدام البكتيريا في صناعة خرسانة تصلح ذاتها من الشقوق.

قضى البروفيسور جونكرز، بعد هذه الملاحظة التي لفتت نظره، عدة سنوات في البحث عن هذه البكتيريا المختلفة حتى وجد واحدة يمكنها البقاء على قيد الحياة في بيئة الخرسانة. فالخرسانة مادة جافة جداً تشبه الأحجار، لذلك كانت هناك حاجة إلى نوع معيَّن من السلالة البكتيرية.

وفي بداية عام 2016م، استخدم جونكرز بكتيريا “العصوية” (Bacillus)، الحميدة وغير المؤذية للبشر، وهي سلالة تزدهر في الظروف القلوية، تتفاعل بشدة مع العناصر الحمضية، مثل تلك الموجودة في الخرسانة. كما أنها تنتج الأَبواغ (مفرد بَوغ) (spores)، وهي خلايا تتكاثر بمفردها، وتمكّن البكتيريـا من التعامل مع الظروف المحيطة.

كما أن هذه البكتيريا “الشافية”، يجب أن تنتظر لعدة سنوات وهي كامنة قبل أن يتم تنشيطها بالماء. وقد اختار جونكرز البكتيريا العصوية لهذا الهدف بالذات، لأنها تزدهر في الظروف القلوية وتنتج جراثيم يمكنها البقاء لعقود من دون طعام أو أكسجين.
ويقول جونكرز: “لم يكن التحدي التالي فقط أن تكون البكتيريا نشطة في الخرسانة، ولكن أيضاً جعلها تنتج مواد إصلاح للخرسانة”.
فعلى الرغم من أن هذه البكتيريا كانت بمثابة تقدُّم كبير لجونكرز وفريقه، إلا أنهم بقوا بحاجة إلى تزويدها بمصدر للغذاء لتنتج المادة المطلوبة، وذلك قبل توليدها للجراثيم. كان السكر أحد الخيارات، لكن إضافة السكر إلى المزيج من شأنه أن يخلق خرسانة ناعمة وضعيفة. لذلك قرروا استخدام لاكتات الكالسيوم، الذي هو أحد مكونات الحليب. ثم وُضعت البكتيريا والكالسيوم في كبسولات قابلة للتحلل، وخُلطت مع الخرسانة الرطبة.

حينما تتشقق الخرسانة، يدخل الماء إلى هيكلها الداخلي، فتُفكك الرطوبة قشرة الكبسولات البلاستيكية القابلة للتحلل الحيوي، والتي تغلف لاكتات الكالسيوم. ثم يوقظ لاكتات الكالسيوم البكتيريا التي تستهلكه، وبذلك تقوم بدمج الكالسيوم مع أيونات الكربونات لتشكيل الكالسيت (معدن يتشكَّل من كربونات الكالسيوم)، وهذا هو الحجر الجيري المطلوب.

عند حدوث هذه العملية البكتيرية، يمتد الحجر الجيري، الذي تكون من جديد، ليملأ الشقوق الناتجة عن الماء، وبالتالي يعيد بناء الهيكل من الداخل إلى الخارج، ويسد تماماً النقطة الأولية التي بدأ فيها التصدع.

وتشبه طريقة إعداد الخرسانة الحيوية تماماً خلط مكونات الخرسانة العادية، ولكن مع عنصر إضافي هو “عامل الشفاء الذاتي”، أي البكتيريا وغذاؤها، الذي يظل سليماً أثناء الخلط، لكنه يتفكك لاحقاً عندما تدخل المياه إليه من خلال الشقوق.

وفقاً لجونكرز: “في المختبر، تمكنَّا من إصلاح الشقوق بعرض 0.5 مم، والآن نعمل على تطوير ذلك. علينا أن ننتج ذلك بكميات ضخمة، لذلك بدأنا بإجراء اختبارات في الهواء الطلق، وننظر في كيفية استعمالها في المنشآت المختلفة، وفي أنواع مختلفة من الخرسانة، لمعرفة ما إذا كان هذا المفهوم يعمل حقاً في الواقع”.

وأمل جونكرز، في حينه، أن تكون الخرسانة الخاصة به بداية عصر جديد من المباني البيولوجية، فيقول: “إنها تجمع الطبيعة مع مواد البناء. الطبيعة توفِّر لنا كثيراً من الوظائف مجاناً، وفي هذه الحالة، البكتيريا المنتجة للحجر الجيري. فإذا استطعنا إدخالها في المواد، يمكننا الاستفادة منها فعلاً. لذلك أعتقد أنه مثال رائع على ربط الطبيعة والبيئات المبنية معاً في مفهوم واحد جديد”.

تطور إضافي مهم

الخطوة النوعية التالية جاءت حديثاً من جامعة كولورادو بولدر، ونُشرت نتائج أبحاثها في مجلة “ماتر” في 15 يناير 2020م. ولخص مضمونها ويل سوروبار، الأستاذ المساعد في قسم الهندسة المدنية والبيئية والهندسة المعمارية في الجامعة المذكورة، على الشكل التالي: “نحن نستخدم بالفعل مواد بيولوجية في مبانينا، مثل الخشب، لكن هذه المواد لم تعد حية. نحن نسأل: “لماذا لا يمكننا أن نبقيها على قيد الحياة وأن نجعل هذه البيولوجيا تفعل شيئاً مفيداً أيضاً؟”.

طريقة إعدادها

استخدم سوروبار وزملاؤه نوعاً مختلفاً عن البكتيريا التي استخدمها قبله جونكرز. فاختار المتعاقبة الحبيبية، (Synechococcus)، لإنشاء كتل بناء في مجموعة متنوِّعة من الأشكال.

01
تخلط مواد غير عضوية، مثل الرمل والحصى والكالسيوم والجيلاتين، مع بكتيريا المتعاقبة الحبيبية

02
ينتج عن خلطها بالماء مواد بناء عضوية. والخطوة التالية تتوالد هذه القطع إلى قطع أخرى لا تحصى بعد تعرضها للشمس والرطوبة

03
تجفف هذه القطع قبل استعمالها. والقطع غير المستعملة وغيرها يمكن إعادة تدويرها كمصدر جديد للمواد نفسها

وقام الفريق بمحاكاة التمثيل الضوئي في الطبيعة، حيث تمتص هذه الكائنات الدقيقة أشعة الشمس وثاني أكسيد الكربون كمغذيات، وتلفظ كربونات الكالسيوم. وهكذا فإن لهذه العملية القدرة على الانتقال من إنتاج خرسانة يعتمد على الطاقة التقليدية الكثيفة، لإنتاج الإسمنت، إلى إنتاج يعتمد على الطاقة المتجدِّدة تكون أكثر ملاءمة للبيئة بسبب اعتمادها على التمثيل الضوئي.

ودمج الباحثون البكتيريا مع الجيلاتين والرمل ومواد مغذية في خليط سائل، ثم وضعوها في قالب. وبفعل الحرارة وأشعة الشمس، أنتجت البكتيريا بلورات من كربونات الكالسيوم حول جزيئات الرمل، في عملية مماثلة لكيفية تشكل الصدف في المحيط. وعند تبريده، عزز الجيلاتين الخليط وأصبح على شكل جل. ثم قام الفريق بتجفيف الهلام لتشديده، حيث تستغرق العملية برمتها عدة ساعات.

تتمثل ميزة استخدام البكتيريا في إنتاج الخرسانة في أنه إذا لم يتم تجفيفها بالكامل، فإنها تستمر في النمو تلقائياً، تماماً كما تتمدَّد عند التشقق لسد الفراغات. وقد أظهرت الاختبارات أن قطعة واحدة من القرميد تتكاثر إلى ثمانية من دون إضافة أية مواد أخرى. وهكذا يمكن التحكم بالنمو من عدمه في أي وقت عن طريق إدخال الرطوبة إلى المكون. كل ذلك قبل الاستخدام في الأبنية والمنشآت. لكن هذه الديناميكية تعود إلى العمل عند حصول التشقق لاحقاً في المستقبل.

اقتصادية وصديقة للبيئة

تقول المهندسة الميكانيكية لينا غونزاليس، التي تعمل حالياً في هيئة التدريس بجامعة ماساتشوستس لويل: “أعتقد أن فكرة استخدام البكتيريا الزرقاء (cyanobacteria) لصنع هذه المواد فكرة جيدة حقاً”، وهي تلاحظ أن البكتيريا الزرقاء تمتص ثاني أكسيد الكربون. وذلك بعكس ما تفعل العملية التقليديـة لصنع الإسمنت، التي تتطلب حرارة كبيرة، تأتي عادة من حرق الوقود الأحفوري. إذ تشير بعض التقديرات إلى أن صناعـة الإسمنت تتسبَّب بنحو %7 من إجمالي انبعاثات الكربون في جميع أنحاء العالم.

وإضافة إلى أنه عند استخدامها في بناء الجسور والأنفاق والطرق، يمكن للخرسانة الحيوية توفير المليارات من تكاليف الصيانة السنوية. ففي الوقت الحالي، يعمل سوروبار على تقليل تكلفة المواد للاستخدام في المشاريع الكبيرة. إذ يبلغ سعر المتر المكعب للخرسانة البيولوجية حالياً نحو 239 دولاراً. ويأمل الباحثون أن يؤدِّي أسلوبهم الجديد في تغليف البكتيريا ولاكتات الكالسيوم، إلى تخفيض تكلفة الخرسانة الحيوية بنسبة تصل إلى %50، مما يجعل المادة أغلى قليلاً فقط من الخرسانة التقليدية.

ويقول سوروبار، إن الاحتمالات في المستقبل كبيرة. ستباع أكياس مليئة بقطع مجففة لصنع مواد البناء الحية. فقط أضف الماء، وستنمو هذه القطع إلى أضعافها ويمكن للأشخاص في الموقع البدء في تشكيل منازلهم الميكروبية. “لقد حددت الطبيعة كيفية القيام بكثير من الأشياء بطريقة ذكية وفعَّالة. نحن بحاجة فقط إلى إيلاء مزيد من الاهتمام”.