Aggregate)) الركام
تتكونالخرسانة من حبيبات غالبا ما تكون صخرية متماسكة مع بعضها البعض بمادة لاحمة هى عجينة الأسمنت والماء للخرسانة الأسمنتية ويطلق على تلك الحبيبات أسم الركام. وهى بصفة عامه متدرجة فى مقاسها من حبيبات صغيره مثل الرمل والحصى إلى حبيبات كبيرة مثل الزلط وكسر الحجارة. ويمثل الركام فى الخرسانة الجزء المالئ Inert filler in concrete الذى يشغل تقريبا حوالى 75% من حجم الخرسانة وهو يعتبر جزء خامل نسبيا. ويقوم الركام بالأعمال الرئيسية الآتية فى الخرسانة:
1. يكون الركام جسم الخرسانة الذى يستطيع أن يقاوم الأحمال وعوامل البرى وفعل العوامل الجوية المختلفة.
2. يعتبر الركام مادة مالئة رخيصة نسبيا .
3. يساعد الركام على تقليل التغيرات الحجمية الناتجة Dimensional changes من شك وتصلد عجينة الأسمنت والماء والتغيرات البعدية الناتجة عن تغير محتوى الرطوبة بالخرسانة.
وتتوقف خواص الخرسانة المصنوعة من ركام معين على ما يأتى Significant aggregate characteristics:
1. الخواص المعدنية لحبيبات الركام Mineralogical properties وبصفة خاصة ما يتعلق بالمقاومة والمرونة والمتانة والتحمل مع الزمن.
2. الخواص المميزة لسطح حبيبات الركام Surface texture وبصفة خاصة ما يتعلق بدرجة قابلية التشغيل للخلطات الخرسانية وكذلك التماسك بين حبيبات الركام وعجينة الأسمنت فى الخرسانة المتصلده.
3. التدرج الحبيبى للركام grading and size distribution وبصفة خاصة ما يتعلق بدرجة تشغيل الخلطات الخرسانية وكثافتها.
4. كمية الركام فى المتر المكعب من الخرسانة وبصفة خاصة ما يتعلق بالتكلفة والتغيرات الحجمية الناتجة عن جفاف الخرسانة.
2 التقسيم العام للركام Classification of Aggregates
2-1 مـن حيث المصدر According to source
(أ) ركام المصادر الطبيعية Natural mineral aggregates
وهو الركام المستخرج من المحاجر بدون أى تغيير لحالته الطبيعية فيما عدا بعض الحالات التى تتعلق بفصل المقاسات المختلفة والغسيل والتكسير وعادة ما يكون ركام المصادر الطبيعية من حبيبات صخرية نتيجة لتفتت أو سحق الصخور مثل الرمل والزلط أو تكسير الحجارة مثل كسر الحجر الجيرى والدولوميت والبازلت والجرانيت وأحياناً ينتج من خام الحديد أو الحجر الخفاف، وتتأثر خواص ركام المصادر الطبيعية بالخواص والتكوينات الجيولوجية للصخور الأم والتى يمكن تصنيفها كما يلى :-
صخور نارية Igneous rocks: وهى أكثر أنواع الصخور شيوعاً على سطح الكره الأرضية وهي تتكون اثناء تبريد الماجما السائلة علي سطح الارض حيث تختلف طبيعة وخواص الصخور الناتجة طبقا لدرجة التبللر وحجم الجزيئات والتي تتغير تبعا لمعدل التبريد. وتعتبر معظم الصخور النارية مناسبة لركام الخرسانه لأنها عادة كثيفة وصلبه ونظراً لشيوع هذه الصخور على سطح الكره الأرضية فيمكن اعتبارها أكبر مصادر إنتاج الركام.
صخور رسوبية Sedimentary rocks: وهي تنتج عند ترسيب الصخور علي طبقات تحت ضغط المياه او الثلوج او بفعل الرياح فقط. وطبقا لطريقة الترسيب يتم تقسيمها الي ثلاث مجموعات ويتوقف تحديد صلاحية الصخور الرسوبية لإنتاج الركام على نوعية المادة اللاحمة والضغط الذى يقع على الصخور الأم أثناء تكوينها وسمك الطبقة المترسبة والشوائب الملوثة بها.
صخور متحولة Metamorphic rocks: تعتبر معظم الصخور المتحولة مناسبة لإنتاج ركام جيد للخرسانة.
(ب) ركام المصادر الصناعية Synthetic aggregates
1- ركام يتم الحصول عليه كمنتج جانبي (By-Product) مثل:
- ركام خبث الأفران Blast furnace slag agg. ركام مصنع من نواتج التبريد البطيء لخبث افران صهر خام الحديد بالتكسير والتدريج للمقاسات المطلوبة للحصول علي حبيبات كثيفة وقوية مناسبة للاستخدام في اعمال الخرسانة. وتختلف خواص الحبيبات الناتجة تبعا للتركيب الكيميائي ومعدلات التبريد للخبث. وقد تتسبب زيادة كبريتات الحديد في الخبث في مشاكل من حيث اللون والمتانة للمنتجات الخرسانية. ولذلك تحدد المواصفات القياسية الحدود القصوي المسموح بها بالنسبة للاحماض الذائبة والكبريتات بالخبث الصالح للاستخدام في الخرسانة.
وقد يعالج الخبث المذاب بكميات محددة من الماء او البخار للحصول علي الخبث المهوي او الممدد لانتاج ركام الخرسانات الخفيفة (Expanded or foamed slag).
- ركام الرماد المتطاير Aggregate from fly ash ناتج من عمليات حرق الفحم بمحطات الطاقة الحرارية Thermal power plants .
- ركام مخلفات الصخر المحترق.
2- ركام مصنع وفقاً لعمليات معاملة حرارية معينه Thermally processed لإنتاج مواد تتميز بخفة الوزن مثل الطين المحروق والفرموكليت المنفوش والليكا .
4- الركام الناتج من اعادة تدوير مخلفات الخرسانة ونواتج الهدم Aggregates from Recycled conc. And Municipal wastes
يعيبها اختلاط النواتج بالملوثات من الجبس والبياض وكميات صغيرة من المخلفات الاخري. بالاضافة الي التكلفة العالية لعمليات التكسير والتدريج والتحكم في نسبة المواد الناعمة Dust control (الغبار) وفصل المكونات الضارة Undesirable constituents .
وقد تكون الجدوي اقتصادية في حالة ندرة الركام الجيد مع اخذ تكلفة التخلص من هذه المخلفات في الاعتبار بتحليل الجدوي الاقتصادية.
3- ركام ملون للخرسانة المعمارية مثل كسر الزجاج والسيراميك والركلم من قطع المطاط وغيرها وجميعها لا تصلح لانتاج خرسانة انشائية.
2-2 من حيث الحجم According to particle size
مقاس حبيبات الركام المستخدمة فى الخرسانه تتراوح عادة من 0.075 مم إلى عشرات من الملليمترات (10- 150 مم( وعادة ما يتم فى المحاجر فصل حبيبات الركام فى مقاسين أحدهما يسمى الركام الصغير والأخر يسمى الركام الكبير، وفصل حبيبات الركام إلى مقاسات مختلفة يسهل الحصول على ركام ذو تدرج جيد ومطابق للمواصفات وذلك عن طريق خلط المقاسات المختلفة ويمكن تصنيف الركام من حيث حجم حبيباته إلى ما يلى:-
أ - ركام صغيـر Fine aggregate
وهو الركام الذى تقل مقاس حبيباته عن 5 مم (الذى يمر معظمه من منخل 4.75 مم No. 4 sieve).
ب - ركام كبير Coarse aggregate
وهو الركام الذى يزيد مقاس حبيباته عن 5 مم (الذى يحتجز معظمه على منخل 4.75 مم).
ج - ركام شامل (ركام خليط(
وهو ركام خليط من الركام الكبير والصغير بنسب معينه تحددها متطلبات التدرج الحبيبى للركام. وبعض المحاجر تنتج الركام الشامل مباشرة بدون فصل حبيباته إلى مقاسات مختلفة ولذلك فانه يصعب الحصول على تدرج جيد لمثل هذا الركام وبالتالى فهو يستخدم فقط للخرسانات ضعيفة الجودة.
2-3 من حيث الشكل According to shape
يمكن تقسيم حبيبات الركام من حيث الشكل إلى ستة مجموعات كما هو مبين بالجدول التالى:-
جدول رقم (1): سطح حبيبات الركام.
التقسيم الوصف الأمثلة
مدور
Spherical استدارة الحبيبات نتيجة لتآكلها بفعل المياه أو بعوامل التعرية الأخرى الرمل والزلط
غير منتظم
Irregular غير منتظم طبيعيا أو مشكلا تشكيلا جزئيا بعوامل التعرية وله حواف مستديرة. زلط الحفر وحجر الصوان
زاوىAngular ذو حواف حادة واضحة عند تقاطع أسطحه. جميع أنواع كسر الحجارة
مفلطح
Flat حبيبات معظمها زاوى ذات سمك صغير بالنسبة لطوله أو عرضها. صخور طبقية
عصوى
Elongated حبيبات معظمها ذات بعدين صغيرين بالنسبة للبعد الثالث. صخور طبقية أو صخور أخرى تعرضت لعوامل تعرية أو بفعل الكسارة.
مفلطح
وعصوى حبيبات ذات بعدين صغيرين بالنسبة للبعد الثالث.
2-4 مـن حيث حالـة السطح Surface texture
يمكن تقسيم الركام من حيث حالة السطح إلى ستة مجموعات كما هو مين بالجدول التالى:-
جدول رقم (2): سطح حبيبات الركام.
رقم المجموعة الوصف الصفات المميزة الأمثلة
1 زجاجىGlassy ركام صدفى مكسر. صوان أسود
2 ناعم Smooth ركام مصقول بفعل المياه. زلط – رخام – بعض الصخور النارية
3 حبيبىGranular ركام يظهر فى مقطعه حبيبات مستديرة منتظمة تقريبا. الحجر رملى
4 خشن Rough ركام سطح مقطعه خشن ذو حبيبات رفيعة أو متوسطة ويحتوى على بلورات لا ترى بسهولة. بازلت - حجر جيرى
5 بلورىCrystallized ركام يحتوى على بلورات واضحة. جرانيت
6 معشش ومسامى
Porus ركام به مسام وتجاويف واضحة. الحجر الخفاف
2-5 مـن حيث الوزن According to bulk density
يمكن تقسيم الركام من حيث الوزن إلى ما يلى :-
أ - ركام عادى
مثل الرمل والزلط وكسر الحجارة وهو الركام المستخدم فى الخرسانات المعتادة للمبانى والمشروعات الهندسية المختلفة حيث الوزن النوعى للركام يتراوح من 2-3 بمتوسط حوالى 2.
ب - ركام خفيف
مثل الليكا والحجر الخفاف وهو الركام المستخدم فى صناعة الخرسانات الخفيفة والخرسانات العازلة للحرارة حيث أن الوزن النوعى للركام يقل عن 2.00.
ج - ركام ثقيل
مثل خام الحديد وقطع الصلب المصنعة وهو مستخدم فى صناعة الخرسانه الثقيلة المقاومة للإشعاعات النووية والوزن النوعى لمثل هذا الركام يزيد عن 3.00.
3 الخواص الطبيعية لحبيبـات الركـام
3-1 شـكل حبيبـات الركـام
يتوقف شكل حبيبات الركام على مقاومة الصخور الأم وعوامل التعرية التى تعرضت لها ، وبصفة عامه تعتبر الحبيبات المستديرة أفضل أشكال الركام للاستخدام فى الخرسانه لأنها أكثر قابليه للإنضغاط والكبس عن الركام الزاوى وذلك ينتج عنه قله فى الفراغات وبالتالى قوة أكثر للخرسانة علاوة على حسن القابلية لتشغيل الخرسانه مع قله فى الأسمنت المطلوب أما الركام الزاوى فيعطى قابليه للتشغيل منخفضة للخلطات الخرسانية وبالتالى يلزم زيادة كمية الركام الصغير والأسمنت عنه فى حالة الركام المستدير لكى تكون الخلطة الخرسانية سهلة التشغيل.
وتعطى حبيبات الركام المفلطح والعصوى نتائج غير مرضيه فى أعمال الخرسانه حيث أن استعمالهم يؤدى إلى خفض قابلية تشغيل الخرسانة نظراً لزيادة مساحتهم السطحية كما أن الحبيبات المفلطحة تضعف مقاومة الخرسانه للعوامل الجوية لأن هذه الحبيبات تميل إلى الاستقرار فى وضع أفقى حاجزة الفراغات والماء أسفلها وبصفة عامه فإنه لا يفضل زيادة نسبة الحبيبات المفلطحة والعصوية فى الركام عن 10 - 15 % من وزن الركام.
3-2 حالة سطح حبيبات الركام
حالة سطح حبيبات الركام تعتمد على صلادة وحجم جزيئات الصخور الأم وطريقة تكون الركام ، وتؤثر حالة السطح على مقاومة الخرسانه فالحبيبات ذات السطوح الخشنة تتميز بأنها تحسن تماسك حبيبات الركام مع مونة الأسمنت بينما الحبيبات ذات الأسطح الناعمة واللامعة تحسن تشغيل الخرسانه لقلة الاحتكاك أثناء خلط الخرسانه. أما الركام المسامى فانه ينتج خرسانة ضعيفة نتيجة لضعف تحمله عن الركام المصمت وإن كانت له خاصية خفة الوزن والعزل الحرارى والصوتى.
3-3 تماسك حبيبات الركام مع عجينة الأسمنت
تعتبر خاصية التماسك بين الركام وعجينة الأسمنت من أهم الخواص التى تحدد درجة جودة الخرسانه وتتوقف قوة التماسك على حالة سطح حبيبات الركام فالركام ذو السطوح الخشنة يعطى قوة تماسك عاليه (مثال حبيبات الركام من كسر الحجارة( ولذلك فأنها عادة تستخدم لإنتاج الخرسانات عالية الجودة. كما أن مقاومة تماسك الركام مع عجينة الأسمنت تتوقف على التركيب الكيميائى لحبيبات الركام فعلى سبيل المثال فان التماسك نتيجة تفاعلات كيميائية يتولد بين الركام والأسمنت عند استخدام ركام من الحجر الجيرى والدولوميت وبعض أنواع الركام السيليسى.
3-4 الـوزن النـوعـى Specific weight
يعبر الوزن النوعى للركام عن كثافة حبيبات الركام الفردية وليس عن كتلة الركام كمجموعه ويمكن تقسيم الوزن النوعى طبقاً لطريقة تعيينه إلى ما يأتى :-
أ - الوزن النوعى المطلق Absolute
وهو وزن وحدة الحجوم من المادة المصمتة من الركام (بدون فراغات) ولذلك يلزم طحن حبيبات الركام إلى مسحوق ناعم لإزالة تأثير الفراغات الداخلية وعادة فان تعيين الوزن النوعى المطلق غير مطلوب لأعمال الخرسانه.
ب - الوزن النوعى الظاهرى Apparent
1- الوزن النوعى الظاهرى على أساس عينة اختبار جافه
وهو وزن وحدة الحجوم من الركام الجاف )بما فيه من فراغات داخليه غير متصلة بالسطح( ويعرف معملياً بأنه النسبة بين وزن الركام الجاف ووزن الماء المساوى لحجم العينة الجافة (وزن الماء المزاح). ويعين الوزن النوعى الظاهرى للعينة الجافة عادة للركام الصغير.
الوزن النوعى الظاهرى للعينة الجافة =
2- الوزن النوعى الظاهرى على أساس عينة اختبار مشبعه بالماء وسطحها جاف
وهو وزن وحدة الحجوم من الركام المشبع بالماء وسطحه جاف ويعرف معملياً بأنه النسبة بين وزن الركام المشبع بالماء وسطحه جاف إلى وزن الماء المساوى لحجم العينة المشبعة وسطحها جاف ، وعادة ما يعين الوزن النوعى الظاهرى على أساس عينة اختبار مشبعة بالماء وسطحها جاف للركام الكبير.
الوزن النوعى الظاهرى للعينة المشبعة وسطحها جاف =
ويفيد معرفة الوزن النوعى فى تصميم الخلطات الخرسانية وتصنيف الركام من حيث الوزن. والوزن النوعى الظاهرى لمعظم أنواع الركام الطبيعى تتراوح من 2.6 إلى 2.7 وجدول رقم (3) يبين حدود الوزن النوعى الظاهرى لبعض أنواع الركام.
جدول رقم (3): الوزن النوعى الظاهرى للركام
نـوع مـادة الركـام الــــوزن النوعى الظاهرى
المتوســـــط المـــــــدى
حجر رملى
رمل وزلط
حجر جيرى
جرانيت
بازلت
كوارتز 2.5
2.65
2.65
2.65
2.8
2.6 200 - 2.6
2.50 - 2.8
2.65 - 2.7
2.6 - 2.7
2.6 - 3.0
2.6 - 2.7
3-5 وزن وحدة الحجوم (الكثافة الحجمية) Unit Weight
يستخدم وزن وحدة الحجوم فى تصميم الخلطات الخرسانية وفى تحويل وزن معلوم من الركام إلى الحجم المكافئ له وعادة ما تقدر وزن وحدة الحجوم بالكيلو جرام للمتر المكعب. ويتوقف الوزن الحجمى على شكل وتدرج حبيبات الركام وحالة الركام إذا ما كان سائباً أو مدموكاً - جافاً أو رطباً. وتتراوح نسبة الوزن الحجمى للركام السائب إلى الوزن الحجمى للركام المدموك بين 0.87 إلى 0.96 ويمكن تعيين وزن وحدة الحجوم عن طريق تعيين وزن الركام الذى يملأ إناءاً ذو سعه معلومه. والجدول التالى يبين الوزن الحجمى للرمل و الزلط والركام الخليط.
جدول رقم (4): وزن المتـر المكعــب مــن الركـــام
نـــــــوع الركــــــام حـدود وزن المتـر المكعـب طن/م3
الرمــل
الزلـــط
الركام الشامل )رمل وزلط( 1.50 – 1.85
1.60 - 1.80
1.70 - 2.10
وهناك علاقة وثيقه بين وزن وحدة الحجوم ونسبة الفراغات بين حبيبات الركام ، فزيادة الوزن الحجمى للركام الخليط تعنى قلة الفراغات التى يتطلب ملؤها بالأسمنت للحصول على الخرسانه ولذلك فانه قد يتم تحديد نسب خلط الركام الكبير إلى الركام الصغير بحيث تعطى أكبر وزن لوحده الحجوم.
ويمكن تعيين النسبة المئوية للفراغات بين حبيبات الركام وذلك بمعرفة كل من الوزن النوعى والوزن الحجمى للركام.
% للفراغات = × 100 = )1- ( × 100
3-6 الفراغات الداخلية فـى حبيبات الركام Internal Voids
تحتوى حبيبات الركام على فراغات داخليه وتكون هذه الفراغات مغلقه أو متصلة بسطح الركام وقد تكون منعزلة عن بعضها أو متصلة ، كما أن هذه الفراغات تكون إما فارغة أو مملؤه جزئياً أو كلياً بعناصر كيميائية مترسبة مثل الكوارتز أو بقايا غير ذائبة مثل الطين وتؤثر الفراغات سلبياً على مقاومة الركام للأحمال وللعوامل الجوية والنفاذيه.
3-7 الرطوبة وامتصاص الركام للماء Moisture and water absorption
تنقسم الحالات المختلفة للركام بالنسبة لدرجة الرطوبة إلى ما يأتـى:-
أ- جاف بالفرن: وفيه يتخلص الركام من كل ما به من رطوبة خارجية كانت أو داخليه وعادة يمكن الوصول إلى هذه الحالة بالتسخين عند 100-110 م 5.
ب- جاف بالهواء: وفيه يتخلص الركام من الرطوبة السطحية ويوجد به بعض الرطوبة الداخلية ولكن الحبيبات غير مشبعه.
ج- مشبع بالماء والسطح جاف: لا يوجد فى هذه الحالة أى ماء حر أو رطوبة على سطح حبيبات ولكن تكون جميع الفراغات الموجودة فى الحبيبات مملؤه بالماء.
د- رطـب أو مبــلل: يتواجد فى هذه الحالة الماء الحر والرطوبة على سطح الحبيبات كما تكون مشبعه بالماء. ويمكن التعبير عن المحتوى الكلى للرطوبة الداخلية فى الركام فى حالة التشبع بالماء والسطح جاف باصطلاح السعه الإمتصاصيه أو بتعبير أبسط " الامتصاص ".
وإذا كانت حبيبات الركام غير كاملة التشبع عند خلط الخرسانه فيمتص الركام جزء من ماء الخلط لذلك يجب أن يراعى فى حسابات تصميم خلطات الخرسانه نسبة الماء / الأسمنت الفعالة الصافية. وتستخدم حالة حبيبات الركام عندما تكون مشبعه بالماء والسطح جاف فى أكثر طرق تصميم خلطات الخرسانه والجدول رقم (5) يبين بعض القيم التقريبية للنسبة المئوية للامتصاص للركام.
جدول رقم (5): النسبة المئوية للامتصاص للركـام
المــــــــادة الامتصاص % )بـالـوزن(
الرمـــل
الزلط - الحجر الجيرى المكسر
الجرانيت
الحجر الرملـى
المواد المسامية الخفيفة جداً صفـر – 2 %
0.5 – 1 %
صفـر –1 %
2 –7 %
حتى 25 %
8. الزيـادة الحجمية للركـام الصغيـر Bulking of fine aggregates
إذا أضيف إلى الرمل ماء أو كان رطباً ثم صار تقليبه فان طبقة رقيقة من الماء تغلف حبيبات الرمل وتدفع الحبيبات بعيداً عن بعضها البعض نتيجة لتأثير ظاهرة الشد السطحى وبذلك يزيد حجم الرمل وتتوقف تلك الزيادة الحجمية للرمل على كمية الرطوبة إلى حد ما ثم تقل بعد ذلك إذا زادت الرطوبة حيث يقل تأثير الشد السطحى تدريجياً إلى أن يعود الرمل إلى حجمه الأصلى وترتفع قيمة الزيادة الحجمية كلما صغرت حبيبات الرمل وذلك نظرا لزيادة المساحة السطحية (زيادة تأثير الشد السطحى) كما هو موضح بشكل رقم (1). وضرر الزيادة الحجمية للرمل هو الحصول على حجم من الرمل أقل من الواجب بالإضافة إلى الحصول على كمية من الماء غير مطلوبه بالرمل مما يتسبب عنه تغيير فى نسب مكونات الخلطة الخرسانية إذا أستعمل رمل جاف عنها فى حالة استعمال رمل حدثت له زيادة حجميه.
شكل رقم (1): تأثير الماء على الزيادة فى حجم المقاسات المختلفة من الرمل
9. الطيـن والطفـل والتراب الناعـم بالركـام Dust and fines (Deleterious substances)
وجود هذه المواد بالركام بكميات كبيره يجعله غير صالح للخرسانة لأنه يسبب ضعف شديد فى مقاومة الخرسانه وتأخير زمن تفاعل الأسمنت مع الماء بالخرسانة. وقد تغلف المواد الناعمة الركام فتضعف من تماسكه مع عجينة الأسمنت. كما يتسبب وجود المواد الناعمة بالركام فى زيادة الانكماش بالجفاف فى الخرسانه.
وقد يفيد الطين والمواد الناعمة إذا كانت دقيقة وبكميات بسيطة جد اً فى ملء الفراغات الصغيرة فى الخرسانه قليلة الأسمنت وذات المقاومة الغير عالية.
3-10 التدرج الحبيبــى Grain size distribution
أ - التعريـف
هو فصل المقاسات المختلفة من الركام بعضها عن بعض فى أية كمية من الركام ويكون ذلك باستخدام التحليل بالمناخل بهز الركام على مجموعه من المناخل مرتبه حسب مقاس فتحتها وموضوعة فوق بعضها البعض بحيث يكون أكبرها مقاساً من أعلى وأصغرها مقاساً من أسفل ثم وزن المحجوز على كل منخل )المنخل يعرف بمقاس فتحته أى طول ضلع الفتحة(. يتم حساب النسبة المئوية للركام المار من كل منخل وتوقع بيانياً العلاقة بين مقاس فتحة المنخل والنسبة المئوية للركام المار منه ليعبر هذا الرسم عن مدى التوزيع الحجمى بالركام.
ب - الغرض
تهدف معرفة التدرج الحبيبى للركام إلى التأكد من مدى مطابقة تدرج الركام لحدود المواصفات. كما تستخدم نتائج التدرج الحبيبى فى تحديد أفضل نسب لخلط الركام الصغير والكبير للحصول على تدرج مناسب للركام الخليط بحيث يعطى خلطات خرسانية سهل التشغيل وخرسانة متصلده كثيفة ولها مقاومة عاليه للأحمال والعوامل الجوية.
ج- المناخل القياسية Standard sieves
تختلف فتحات المناخل القياسية فى الدول المختلفة تبعاً لمواصفاتها القياسية ولكن معظمها تسير على أساس أن مقاس فتحة المنخل تتضاعف من منخل إلى المنخل الذى يليه. وفيما يلى مقاسات فتحات المناخل القياسية طبقا للمواصفات القياسية المصرية 1109-92.
37.5 25 19 12.5 9.5 4.75 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15
ركــــام كبيـــــــر ركـــــام صغيـــــر
د- مثال تطبيقى على التحليل بالمناخل للركام
• عينة من الركام الكبير وزنها = 20 كجم
مقاس المنخل
(مم) الوزن المحجوز على كل منخل
(جرام) الوزن الكلى المحجوز
(جرام) النسبة المئوية المحجوزة من الركـام النسبة المئوية المارة مـن
الركـام
37.5 960 960 4.8 95.2
19 10100 11060 55.3 44.7
9.5 6000 17060 85.3 14.7
4.75 2500 19560 97.8 2.2
وعاء 440 20000 100 -
• عينة من الركام الصغير وزنها = 1 كجم
مقاس المنخل
(مم) الوزن المحجوز على كل منخل
(جرام) الوزن الكلى المحجوز
(جرام) النسبة المئوية المحجوزة من الركـام النسبة المئوية المارة مـن
الركـام
4.75 20 20 2 % 98 %
2.36 130 150 15 85
1.18 100 250 25 75
0.6 260 510 51 49
0.3 370 880 88 12
0.15 110 990 99 2
وعاء 10 1000 100 -
رسم منحنى التدرج الحبيبى
يتم رسم منحنى التدرج الحبيبى بحيث يتم توقيع النسبة المئوية للمار على المحور الرأسى ومقاس فتحة المنخل باستخدام مقياس حسابى أو مقياس لوغاريتمى على المحور الأفقى كما هو موضح بالأشكال أرقام (2،3).
Sieve No. (mm)
Arithmetic Scale
4.75
2.36
1.18
0.6
% Pass
100
50
0
10
20
30
40
60
70
80
90
98
85
75
49
0.3
0.15
12
1
شكل رقم (2): منحنى التدرج الحبيبى للركام باستخدام مقياس حسابى
Log Sieve No. (mm)
Logarithmic Scale
4.75
2.36
1.18
0.6
% Pass
100
50
0
10
20
30
40
60
70
80
90
98
85
75
49
0.3
0.15
12
1
0.75
شكل رقم (3): منحنى التدرج الحبيبى للركام باستخدام مقياس لوغاريتمى
هـ- المقاس الإعتبارى الأكبر للركام الكبير
هو مقياس المنخل الذى يمر منه 95 % على الأقل من الركام الكبير. وكلما كبر المقاس الإعتبارى الأكبر للركام كلما زاد الوزن الحجمى وتحسنت نسبياً مقاومة الخرسانه للأحمال مع وفر فى كمية الأسمنت المستخدمة لقلة المساحة السطحية. ويجب ألا يزيد حجم الركام عن 1/5 أقل بعد فى الجزء الخرسانى وأن لا يزيد أيضاً عن 3/4 المسافة الخالصة بين حديد التسليح. ويتراوح المقاس الإعتبارى الأكبر بين 37.5 مم و 19 مم وذلك لأعمال الخرسانة العادية أما فى أعمال الرصف فيتراوح بين 50 -63 مم أما فى أعمال الخرسانه ذات الكميات والكتل الكبيرة فيستخدم ركام مقاسه الاعتباري الأكبر حوالى 150 مم ولا يستخدم ركام بحجم أكبر من 150 مم لصعوبة مناولته وتشغيله.
و- معاير النعومة Fineness Modulus
يساوى مجموع النسب المئوية للمحجوز الكلى على المناخل القياسية التسعة مقسوماً على 100.
ويعبر معاير النعومة عن الحجم المتوسط لحبيبات الركام وهو لا يدل على مدى تدرج الركام من عدمه، ويستخدم معاير النعومة فى بعض طرق تصميم الخلطات الخرسانية. ويتراوح معاير النعومة للرمل بين 1.5 - 3.75 وللزلط بين 5-8. وتنص المواصفات الأمريكية ASTM C 33 على أن معاير النعومة للرمل يجب ألا يقل عن 2.3 ولا يزيد عن 3.1.
ز- المساحة السطحية النوعية لحبيبات الركام Specific surface area
المساحة السطحية النوعية هى مساحة السطح لوحدة الوزن. والمساحة السطحية النوعية للركام تختلف حسب حجم حبيبات الركام وتتناسب المساحة السطحية النوعية عكسياً مع حجم حبيبات الركام وتتراوح بين 60-100 سم2/جم للركام الصغير ومن 2-5 سم2/جم للركام الكبير ويمكن تعيين المساحة السطحية النوعية للركام نظرياً وذلك بفرض أن حبيبات الركام كروية الشكل:
حيث P 1 , P 2 , P 3, ….. هى النسب المئوية للمار من المناخل التى مقاس فتحاتها d 1 , d 2 , d 3,… على الترتيب. و هى كثافة الركام. ونظراً لأن حبيبات الركام نادراً ما تكون تامة الإستداره فان المساحة السطحية النوعية التى يتم تعيينها على أساس أن الحبيبات الكروية يجب أن تعدل لتأخذ فى الاعتبار الشكل الحقيقى لحبيبات الركام لذلك:
حيث أن K 1 , K 2, …. هى معاملات للشكل وقد أثبتت الأبحاث أن
معامل الشكل =
وتتراوح قيمة معامل الشكل للركام بين 1.3 - 1.4
كما يمكن تعيين المساحة السطحية النوعية للركام معمليا حيث توجد عدة طرق معمليه لتعيين المساحة السطحية النوعية ومن هذه الطرق ما يأتى :-
1- طريقة النفاذ بالهواء أو الماء
2- الطريقة ا لضوئية
3- طريقة التغطية بطبقة من الزيت الثقيل
4- طريقة التغطية بطبقة من حامض الستريك
5- طريقة الامتصاص
وتتصف جميع هذه الطرق بصعوبة إجراؤها كما تنقصها الدقة.
ع- الركام ناقص التدرج
وهو الركام الذى لا يوجد فيه مقاس أو أكثر من مقاسات الركام المختلفة ويظهر ذلك بوضوح فى منحنى التدرج الحبيبى إذ يمثل الفجوة فى مقاسات الركام بخط أفقى. وقد بينت الأبحاث أن استخدام الركام ناقص التدرج للخرسانة يعطى نتائج جيدة للخلطات ذات القابلية للتشغيل المنخفضة بينما استخدام الركام ناقص التدرج للخلطات الخرسانية عالية القابلية للتشغيل قد يؤدى إلى حدوث انفصال حبيبى كما أن مقاومة العوامل الجوية للخرسانة ذات الركام ناقص التدرج تكون أقل منها للخرسانة مستمرة التدرج.
ويصبح استخدام الركام ناقص التدرج ضرورة فى بعض أنواع الخرسانات الخاصة مثل خرسانة الركام المكشوف والخرسانة ذات الركام المعبأ فى مكانه.
غ- حدود التدرج الحبيبى للركام Grading Limits
تحدد المواصفات القياسية منحنيات تدرج تمثل المنطقة التي يجب أن يقع بها منحنى التدرج الحبيبى للركام المستخدم حتى يكون مقبولاً للاستخدام فى الخرسانه، وتكون حدود المواصفات على هيئة نسبة مئوية للحدين الأقصى والأدنى للنسبة المئوية للركام المار وذلك لكل منخل من مناخل الاختبار ومنها يمكن رسم منحنيات التدرج الحبيبى الأقصى والأدنى المسموح بها فتحصر فيها المنطقة الواجب أن يمر بها منحنى التدرج للركام المستعمل ، والجداول أرقام (6،7،8) تبين حدود التدرج الحبيبى للركام الصغير والركام الكبير والركام الشامل وذلك طبقاً للمواصفات القياسية المصرية للركام 1109-92.
جدول رقم (6): التدرج الحبيبى للركام الصغير )الناعم(
مقاس فتحة
المنخـــل
(مم) النسبة المئوية للمـار من المنخــل
الحــد العــام
للتــدرج الحــدود الإضافية للتـدرج
خشــن متوســـط نــاعــم
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15 100
89 - 100
60 - 100
30 - 100
15 - 100
5 - 70
صفر - 15 *
*
60 - 100
30 – 90
15 – 45
5 – 40
* *
*
65 - 100
45 - 100
25 - 80
5- 48
* *
*
80 - 100
75 - 100
55 - 100
5 - 70
*
جدول رقم (7): التـدرج الحبيبـى للركــام الكبير
مقاس المنخل
(مم) النسبة المئوية للمـار من المنخــل
الركام المتدرج النسبة المئوية للمـار من المنخــل
الركام ذو المقاس الواحد
المقاس الاعتبارى 40-5 مم المقاس الاعتبارى 20-5مم المقاس الاعتبارى 14-5 مم المقاس الاعتبارى 40مم المقاس الاعتبارى 20مم المقاس الاعتبارى 14مم
50 100 -- -- 100 -- --
37.5 90-100 100 -- 85-100 100 --
20 35-70 90-100 100 0-25 85-100 100
14 25-50 40-80 90-100 -- 0-70 85-100
10 10-40 30-60 50-85 0-5 0-25 0-50
5 0-5 0-10 0-10 -- 0-5 0-10
2.36 -- -- -- -- -- --
جدول رقم (8): التـدرج الحبيبـى للركــام الشـامل
مقـاس المنخــل
(مم( النسبة المئوية للمـار من المنخــل
المقاس الإعتبارى 37.5 مم المقاس الإعتبارى 19مم المقاس الإعتبارى 9.5 مم
50
37.5
19
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15 100
95 - 100
45 - 80
-
25 - 50
-
-
8 - 30
-
صفر - 8 * -
100
95 - 100
-
35 - 55
-
-
10 -35
-
صفر - 8 * -
-
-
95 – 100
30 – 65
20 – 50
15 – 40
10 – 30
5 – 15
صفر - 8 *
* يمكن زيادتها إلى 10 % فى حالة الركام من كسر الحجارة.
3-11 تحديد نسب خلط الركام الصغير والركام الكبير
هناك أكثر من طريقه لتحديد نسب خلط الركام الصغير والركام الكبير للحصول على ركام خليط جيد ومناسب للاستخدام فى الخرسانه ومن هذه الطرق:
أ - خلط الركام الصغير والركام الكبير للحصول على تدرج حبيبى يماثل تدرج حبيبى معلوم
بناءاً على نتائج العديد من الأبحاث المعملية والنظرية قام مجموعه من العلماء بتحديد مناطق تدرج مثاليه للركام الخليط بحيث يعطى نتائج جيده عند استخدامه فى إنتاج الخرسانه.
ومما هو جدير بالذكر أن مناطق تدرج الركام الخليط والتى أعتبرت مثاليه فى الوقت الذى ظهرت فيه كان بسبب مستوى الجودة المنخفض للأسمنت البورتلاندى والارتفاع الكبير فى أسعاره بالنسبة للركام وذلك بالإضافة إلى عدم شيوع استخدام الوسائل الميكانيكية فى صناعة الخرسانة ولكن فى السنوات الأخيرة تغيرت هذه الظروف فقد زادتجودة الأسمنت البورتلاندى بشكل ملحوظ كما أنتشر استخدام الأجهزة والمعدات الحديثة فى صناعة الخرسانه مما يجعل التدرج الحبيبى ليس فى الأهمية الأولى للوصول إلى خرسانة جيده.
ب - خلط الركام الصغير والركام الكبير للحصول على مساحة سطحيه نوعيه معينه
تعتبر المساحة السطحية للركام أحد العوامل الرئيسية التى تتحكم فى جودة الخرسانه نظراً لأن مقاومة الخرسانه للأحمال تتوقف على مقاومة التماسك بين حبيبات الركام ، وقد أثبتت الدراسات أن مقاومة الخرسانه للضغط تتأثر كثيرا بالمساحة النوعية لسطح الركام كما يظهر من شكل رقم (4) والذى يبين أن مقاومة الضغط للخرسانة تصل إلى أقصى قيمه عند مساحة سطحيه نوعيه للركام الخليط = 25 سم2/ جم ويعيب هذه الطريقة صعوبة تحديد المساحة النوعية السطحية للركام بدقه.
S.S.A. for Agg. (cm 2/gm)
35
30
25
20
Conc. Comp. Str.Fc (kg/cm2)
350
100
150
250
200
300
15
10
50
45
40
5
Cement content
300 kg/m 3
Cement content
400 kg/m 3
شكل رقم (4): تأثير المساحة السطحية النوعية للركام الخليط على مقاومة الضغط للخرسانة.
ج- خلط الركام الصغير والركام والكبير للحصول على أكبر وزن لوحدة الحجوم
خلط الركام الصغير والركام والكبير للحصول على أكبر وزن لوحدة الحجوم يؤدى إلى إنتاج خرسانة رخيصة لان حجم الفراغات المطلوب ملؤها بالأسمنت فى هذه الحالة تكون قليلة. ولكن نتائج الأبحاث السابقة أثبتت أن استخدام الركام الخليط الذى يعطى اكبر وزن لوحدة الحجوم فى إنتاج الخرسانة يعطى خلطات صعبة التشغيل.
وبصفة عامة يمكن الاسترشاد بالجدول التالى لتحديد نسبة خلط الركام الصغير والكبير للحصول على ركام خليط جيد ومناسب للاستخدام بالخرسانة.
المقاس الإعتبارى الأكبر
للركام الكبير (مم) نسبة الركام الكبير / الركام الصغير (للتدرجات المختلفة للركام الصغير)
خشــــن متوســــط ناعــــم
9.5 مم
19.0 مم
37.5 مم 1
1.5
2 1.5
2
3 2
3
3.5
3-12 ثبــات حجــم الركــام Soundness
يقصد بثبات حجم الركام قدرته على مقاومة التغيرات الكبيرة فى الحجم نتيجة التغيير فى حالته الفيزيائية التى تتأثر بالتغير فى الحرارة وتكرار البلل والجفاف فى الظروف العادية أو تكرار البلل والجفاف فى المياه المالحة أو بالتجمد والانصهار freezing & thawing ويجدر بالذكر أن الركام ذى الفراغات والضعيف والمحتوى على مواد غير مرغوبة يتغير حجمه بدرجه ملحوظة إذا تعرض للمؤثرات سالفة الذكر.
ويعين ثبات حجم الركام بغمر حبيبات الركام فى محلول كبريتات الصوديوم أو المغنيسيوم لمدة من 16 إلى 18 ساعة ثم يجفف الركام بعد ذلك فى فرن وتكرر عملية الغمر والجفاف عدة مرات حسب عدد الدورات المطلوبة ويعتبر الركام ثابت الحجم إذا لم يحدث أى تشريخ أو تفتت. وبصفه عامه يمكن اعتبار أنه لا يجب أن يفقد بالوزن بعد 10 دورات من الغمر والجفاف سالف الذكر أكثر من 12% فى حالة الاختبار بمحلول كبريتات الصوديوم ولا أكثر من 18 % فى حالة الاختبار بمحلول كبريتات المغنيسيوم.
ويجدر بالذكر أن اختبار ثبات الحجم بالكبريتات المشار إليه يستخدم لقبول الركام وليس لرفضه حيث يفترض أن الركام الذى يجتاز هذا الاختبار يعتبر جيداً بينما الركام الذى يتفتت قد يكون رديئاً وقد لا يكون كذلك.
3-13 مقاومة الركام للحريق Fire resistance
يختلف الركام فى مقاومته للحريق حسب نوع الركام فأفضلها مقاومة للحريق هو خبث الأفران العالية والحجر الخفاف والطوب المكسر والزلط الجيرى ومن الركام قليل المقاومة للحريق كسر الجرانيت والبازلت والزلط السيليسى.
4 الخواص الميكانيكية لحبيبات الركام
4-1 مقاومة الركام الكبير للتهشيم Crushing value
هذه الخاصية ليست بذات أهميه للركام الكبير المستعمل فى المنشآت الخرسانية إذا ما لوحظ أن قوة تحمل الخرسانه العادية للتهشيم حوالى 300 كجم/سم2 بينما قوة تحمل الركام الكبير من المصادر الطبيعية تتراوح من 700 كجم/سم2 إلى 2000 كجم/سم2 واكثر ولذلك يفيد معرفة مقاومة الركام الكبير للتهشيم فى حالات الخرسانة الخاصة بالرصف والمعرضة للتآكل بالاحتكاك وتحدد تلك المقاومة بمعامل التهشيم طبقا للاختبار الخاص بذلك ويعتبر أيضا معامل التهشيم دلالة على مدى مقاومة الركام للصدمات (متانة الركام).
4-2 صلادة الركام Hardness
تعتبر صلادة الركام، وهى خاصية مقاومته للتآكل، هامة فى الخرسانة المستخدمة فى رصف الطرق. ويتعين صلادة الركام بأجراء اختبار البرى على عينه أسطوانية الشكل ويمكن بيان صلادة الركام كمجموعه وذلك باختبار لوس أنجلوس حيث تعرض مجموعه من حبيبات الركام ذات وزن معلوم وموضوعه فى أسطوانة حديدية إلى الدوران بمعدل 10 إلى 31 دورة فى الدقيقة وتعبر عن صلادة الركام فى هذه الحالة بالنسبة المئوية للفقد فى وزن الركام نتيجة البرى.
4-3 متانة الركام Durability
يمكن تعريف متانة الركام بمقاومة الركام للانهيار بتأثير أحمال الصدم. وتعين متانة الركام بأجراء اختبار المتانة على عينة أسطوانية الشكل قطرها 25 مم وارتفاعها 25 مم وفى هذا الاختبار تسقط مطرقة قياسية وزنها 2 كجم من ارتفاع سنتيمتر واحد على عينة الاختبار ثم يكرر ذلك مع زيادة ارتفاع السقوط فى كل مرة عن سابقتها بمقدار سنتيمتر واحد ويكون عدد الدقات اللازمة لكسر العينة هو مقياس متانة الركام.
5 الخـواص الكيميائية للركــام
5-1 التفاعل القلوى للركام Alkali aggregate reaction
إذا أستعمل ركام من شكل معين متبلر من السيلكا يتواجد فى بعض الصخور البركانية الحامضيه مع أسمنت به نسبه عاليه من القلويات فيحدث تفاعل بين هذا الركام والقلويات ينتج عنه زياده فى الحجم تحث أحيانا بعد سنتين أو أكثر من صب الخرسانه وينتج عن هذه الزيادة تشرخ وتفتت الخرسانه ويمكن تلخيص هذه العملية فيما يلى :-
أثناء عملية الخلط والمدة التى تليها تذوب كميه كبيره من القلويات الموجودة بالأسمنت ، ومع استمرار تفاعل الأسمنت مع الماء فان السليكات وألومنيات الكالسيوم الموجودة بعينة الأسمنت تمتص الماء فتجعل المحلول أكثر قلوية ثم شديدة القلوية ويهاجم هذا المحلول الشديد القلوية أجزاء الركام السهلة التأثر مكوناً جيلاتينات من السليكا القلوية وهذه الجيلاتينات )الهلاميات( تتصف بالشراهة للماء ولذلك فأنها تمتص الماء بشده من المحلول مكونه ضغطاً هيدروليكياً داخلياً بالخرسانة يصل أحيانا ًإلى حوالى 40 كجم/سم2 وعلى ذلك فان الضغوط التى تتعدى قيمتها قوة تحمل الخرسانه فى الشد تسبب تشرخ الخرسانه بشروخ شعرية دقيقه جداً. وتعمل زيادة تكون المدة الهلامية سالفة الذكر على زيادة وتوسيع رقعه الشروخ الدقيقة وتصعد إلى سطح الخرسانه خلال هذه الشروخ المادة الهلامية ويتسبب ذلك فى ضعف مقاومة الخرسانه وليس هناك معلومات كاملة عن نوع الركام الذى يتسبب فى هذا التفاعل الذى يحدث إذا أستعمل هذا الركام مع الأسمنت المحتوى على نسبه عاليه من القلويات. وعلى ذلك لملافاة هذا التفاعل يراعى تحديد نسبة القلويات بالأسمنت وقد حددتها بعض المواصفات بما لا يزيد عن 0.6 % من وزن الأسمنت ومن حسن الحظ لم تظهر بالأعمال الخرسانية فى مصر حتى الآن أى أثر لظاهرة التفاعل القلوى للركام.
5-2 المواد العضوية بالركـام Organic impurities
توجد المواد العضوية بكميات متفاوتة بالركام الطبيعى سواء من الحجر أومن عمليات النقل ويفيد غسل الركام فى إزالة المواد الذائبة منها ووجودها بكميات كبيره بالركام يضر بالخرسانة حيث قد تتفاعل مع الأسمنت أو تغلف الحبيبات فتمنع التماسك أو تؤخر من شك وتصلد الأسمنت وبالتالى تضعف الخرسانه.
5-3 العناصر والأملاح غير المرغوبة بالركام
الفحم ومخلفاته وعناصر الكبريتور مثل كبريتور الحديد والميكا والأملاح الكيميائية الذائبة وخاصة أملاح الكلوريدات والكبريتات وجميعها تسبب ضعفا للخرسانة إذا أحتوها بعضها أو كلها الركام وذلك لتفاعلها مع الأسمنت و حديد التسليح أو نتيجة تكوين طبقات هشـة بالخرسانة كالميكا أو لزيادة حجم الخرسانة متسببا فى الشروخ.
وتنص المواصفات القياسية المصرية للركام 1109-92 على أن الحد الأقصى لمحتوى أيون الكلوريد لا تزيد عن الحدود المعطاة فى الجدول التالى:
جدول رقم (9): الحدود القصوى لأيونات الكلوريد بالركام
نــــــوع الخرســــانة الحد الأقصى لمحتوى أيون الكلوريد كنسبة مئوية بالوزن من خليط الركام
• الخرسانة سابقة الإجهاد والخرسانة المعالجة بالبخـار
• الخرسانة المصنوعة من الأسمنت عالى المقاومة للكبريتات والأسمنت المقاوم للكبريتات
- الخرسانة المسلحة المصنوعة من الأسمنت البورتلاندى العادى 0.02
0.04
0.06)متوسط 95% من النتائج بحيث لا تزيد أى نتيجة من النتائج عن 0.08)
كما ينص الكود المصرى لتصميم وتنفيذ المنشآت الخرسانية المسلحة على أن المحتوى الأقصى لأيونات الكلوريد كنسبة مئوية من وزن الركام يجب ألا تتجاوز القيم التالية.
• الخرســانة المسلحــة:
لا تزيد النسبة على 0.04 % للركام الكبير
لا تزيد النسبة على 0.06 % للركام الصغير
لا تزيد النسبة على 0.05 % للركام الخليط
- الخرسانة الإنشائية المعالجة بالبخار أو الخرسانة سابقة الإجهاد:
لا تزيد النسبة على 0.015 % للركام الشامل
كما تنص المواصفات البريطانية (B.S. 8110/82) على آلا تزيد نسبة الكبريتات الذائبة بالخلطة الخرسانية (من الركام والأسمنت والماء والإضافات( عن 4% بالوزن من محتوى الأسمنت بالخلطة.
6 الخواص الحرارية للركام
1. التمـدد الحرارى للركام Thermal expansion
يختلف باختلاف نوع الحبيبات – وتؤثر فى الخرسانه إذا أختلف معامل التمدد لحبيبات الركام اختلافا كبيراً عن معامل تمدد مونة الأسمنت – ويختلف معامل تمدد الأنواع الشائعة من الركام من 0.5 × 10 -6 إلى 9 × 10 -6 بينما معامل تمدد مونة الأسمنت حوالى من 5 × 10 -6.
6-2 الحرارة النوعية للركام
الحرارة النوعية والتوصيل الحرارى للركام يؤثر فى تغير درجة حرارة الخرسانه وتكون تلك الخاصية هامه فى الخرسانه بكميات وأحجام كبيره أو فى الخرسانات المستخدمة فى عزل الحرارة - وليست بذات قيمه فى المنشآت العادية.
7 مناولــة وتخزيــن الركــام
يجب أن تجرى عمليات مناولة وتخزين الركام بحيث لا ينتج عنها أى انفصال حبيبى (أى تركز الركام الصغير فى ناحية والكبير فى ناحية أخرى) أو بحيث لا تضاف شوائب أو مواد عضويه للركام أو ماء أو أية مواد ضاره وذلك أثناء تلك العمليات.
8 الخواص المميزة لبعض الأنواع المحلية لركام الخرسانه
8-1 الرمل والزلط Sand and Gravel
يعتبر الرمل والزلط الطبيعى عادة أرخص مصدر للركام ويستخرج عادة من مترسبات الأنهار كالأماكن المختلفة من وادى النيل )رمل وزلط الهرم ورمل وزلط الخطاطبه) أو من الكثبان الرمليه مثل رمال الساحل )رمل سيدى بشر( وتعتبر رمال وزلط مترسبات الأنهار أكثر أنواع الركام شيوعاً وملاءمة للأعمال الخرسانية المختلفة وذلك لأن الحبيبات يكون أغلبها مستديراً نتيجة لفعل المياه عند نقل وترسيب الركام مع تدرج حبيبى مناسب بالإضافة إلى برى الأجزاء الضعيفة من الحبيبات. أما رمال الكثبان الرمليه الناتجة بفعل الرياح فتكون صغيره المقاس وناعمة وأقل صلاحية من ركام مترسبات الأنهار.
ويكون الرمل والزلط الطبيعى الناتج من فعل المياه الجارية والعوامل الجوية سيليسى فى تركيبه (رمل وزلط الهرم والخطاطبه) أو جيرى وهو أقل قوة واحتمالا ومتانة من السيليسى ويحتمل وجود شوائب به.
وفى المناطق الصحراوية الشديدة الحرارة يكون الحصول على الركام صعباً وبصفة خاصة النقص الواضح فى الزلط. وتكون كذلك المساحات المحتوية على رمل وزلط متشربة بكميات كبيرة من الأملاح الضارة بالخرسانة مثل الجبس (بعض المناطق الموجودة بالقرب من مرسى مطروح) ويعتبر ركام كل هذه المناطق غير مناسب.
8-2 الأحجـار المكسرة Crushed stones
تستعمل الأحجار المكسرة فى الأعمال الخرسانية فى المناطق التى تنعدم فيها الرمل والزلط أو إذا كانت تكاليف الركام المستورد للمنطقة عاليه. وتعطى الأحجار المكسرة ركاماً جيداً مناسباً وغالب ما يكون تكاليف إنتاجه أكثر نسبياً نتيجة التكسير كما أنه يكون زاوى الشكل وركامه الصغير ترابى إلى حد ما ومن أمثلة الأحجار المكسرة الصالحة للاستعمال كركام للخرسانة ما يأتى :-
أ- الجرانيت
صلب ومتين وكثافته عاليه ويعتبر من الصخور الممتازة للخرسانة.
ب- البازلـت
الحبيبات المكونة لهذا الصخر صغيرة ويعتبر أيضاً من الصخور الممتازة للخرسانة.
ج- الحجر الرملى
يصلح الحجر الرملى كركام للخرسانة عندما يكون الحجر صلداً وكثافته عاليه وأفضلها ما يتركب من حبيبات الكوارتز ومادته اللاحمة أكسيد الحديد أو السليكا التى لا شكل لها. والحجر الرملى والذى مادته اللاحمة كربونات الكالسيوم معرض للتآكل بواسطة حمض الكربونيك والكبريتيك الموجودين بالجو. وعندما تكون المادة اللاحمة غير كاملة يصبح الحجر الرملى مسامياً وسهل الكسر وفى هذه الحالة لا يصلح للاستعمال فى الخرسانه.
د- الحجر الجيرى
تعتبر أنواع الحجر الجيرى الصلدة ذات الكثافة العالية من المواد الصالحة للاستعمال كركام للخرسانة ولكن يجب تجنب الأنواع المسامية غير الصلدة بقـدر الإمكان.
8-3 جلخ الأفـران العالية Blast Furnace Slag
يعتبر هذا النوع أكثر أنواع الركام الصناعى استعمالا وينتج من الأفران العالية أثناء إنتاج تماسيح الحديد ويتكون من سليكات الكالسيوم والمغنيسيوم وسليكات الألمنيوم.ويختلف جلخ الأفران العالية من حيث التركيب الكيميائى والصلادة وشكل السطح باختلاف المصدر وطريقة التبريد. ويصلح جلخ الأفران العالية للاستعمال فى الخرسانه للأعمال الإنشائية بعد تكسيره بشرط أن يكون تبريده بالهواء ويجب استبعاد الجلخ المتفتت أو الترابى والذى يحتوى على بعض أكاسيد الحديد ، كما يجب أن يكون ركام جلخ الأفران صلداً وكثيفاً ذا بلورات دقيقه وحجرى الشكل. وليست خرسانة جلخ الأفران سهلة فى تشغيلها مثل خرسانة الزلط كما أنها تحتاج إلى كمية أكثر من ماء الخلط وتتصف بمقاومتها للحريق.
8-4 الطوب المكسر Crushed Bricks
يمكن استخدام الطوب المكسر فى الخرسانه العادية غير المسلحة بشرط ألا تكون عدم القابلية لنفاذ الماء ومقاومة البرى من الخواص المطلوبة. ويجب أن يستخدم فقط الطوب المكسر النظيف والثابت الحجم والجيد الحرق والذى يعطى خرسانة لها قوة كافية للأغراض المطلوبة بالإضافة إلى المقاومة العالية للحريق. ويراعى إزالة الجبس من الطوب القديم قبل تكسيره لأن كبريتات الكالسيوم قد تؤدى إلى منع أو تأخير شك الأسمنت أو قد تسبب تفتت الخرسانة. كما يراعى أيضاً عدم استعمال الطوب المحتوى على كبريتات ذائبة بنسبة تزيد على 0.5 %. ولا يستخدم الطوب المكسر المسامى كركام للخرسانة المسلحة حتى لا تتسرب الرطوبة التى تؤدى إلى صدأ خطير فى حديد التسليح.
8-5 الفرموكوليت " المنفوش " Expanded Vermiculite
الفرموكوليت هو أحد عناصر مجموعة الميكا ويصير نفشه عن طريق تسخين الخام المجفف المطحون إلى درجة حرارة تصل إلى 980 درجة مئوية لمدة تتراوح من 4 إلى 8 ثوان فيزيد حجمه إلى 30 مرة. وتتغير حبيبات الفرموكوليت " المنفوش " بخفة الوزن والنعومة وتتكسر بسهولة بشكل طبقى ، ويزن المتر المكعب منه من 100 إلى 200 كيلو جرام ويعتبر عازلاً ممتازاً للحرارة حتى درجة حوالى 100 5م.
8-6 الطيـن المحـروق Cindered Clay
يصنع بحرق الطين فى قمينة إلى قرب الانصهار ثم يبرد الطين المحروق ويكسر وينخل للأحجام التجارية المطلوبة. ونتيجة للغازات المنبعثة أثناء عملية الحريق تتحول المادة إلى طين متمدد به فراغات وخفيف الوزن ووزنه النوعى 0.6 ووزنه الحجمى 650 كيلو جرام للمتر المكعب.
8-7 الحجر الخفاف Pumice
هو ركام طبيعى خفيف الوزن ويستخرج بأحجام صغيره حتى مقاس حوالى 16 مم ويصلح الحجر الخفاف كركام للخرسانة الخفيفة على ألا يحتوى على مواد بركانية ناعمة أو أى مادة من أصل بركانى. ويعتبر ركام الحجر الخفاف أفضل أنواع الركام الخفيف كعازل للحرارة ولكنه غالى التكاليف نظراً لأنه مادة مستوردة.
8-8 ركـاز الحديـد
يستعمل ركاز الحديد من الليمونيت والمجناتيت بعد تكسيره للمقاسات المطلوبة كركام فى الخرسانه الثقيلة المقاومة للإشعاعات الذرية. وفى بعض الأحيان يأخذ الحديد الخردة أو يقطع الحديد والصلب إلى قطع صغيرة ويعتبر ركاماً ثقيلاً ويستخدم فى الخرسانة الثقيلة الواقية من الإشعاعات الذرية ويجب مراعاة أن يكون هذا الركام خالياً من الزيوت والشحوم.
8-9 المراجع References
1. أ.د. عبد الكريم عطا، أ.د. أحمد العريان، "تكنولوجيا الخرسانة - الجزء الأول - مواد الخرسانة المسلحة وصناعتها"، عالم الكتاب، القاهرة.
2. المواصفات القياسية المصرية م.ق.م. 1109-1992 "ركام الخرسانة من المصادر الطبيعية"، الهيئة المصرية للتوحيد القياسى ، وزارة الصناعة.
3. الكود المصرى لتصميم وتنفيذ المنشآت الخرسانية المسلحة - 2007، وزارة الإسكان والمرافق و المجتمعات العمرانية الجديدة، مركز بحوث الإسكان و البناء والتخطيط العمرانى.
4. A. M. Neville, “Properties of Concrete”, Pitman & sons Ltd., London
5. P. Kumar Mehta, Paulo J.M. Monteiro, "Concrete Micro-stucture, properties, and Materials", McGraw-Hill, Third edition, 2006.
6. ASTM C33-86, “Concrete Aggregates”.
0.75
1
12
0.15
0.3
49
75
85
98
90
80
70
60
40
30
20
10
0
50
100
% Pass
0.6
1.18
2.36
4.75
Logarithmic Scale
Log Sieve No. (mm)
100
85 - 100
0 - 25
-
0 - 5
–
–
-
100
85 - 100
0 - 70
0 -25
0 – 5
–
-
-
100
85 – 100
0 – 50
0 – 10
-
المقاس الاعتبارى 40مم
المقاس الاعتبارى 20مم
المقاس الاعتبارى 14مم
النسبة المئوية للمـار من المنخــل
الركام ذو المقاس الواحد
50
37.5
20
14
10
5
2.36
100
90 - 100
35 - 70
25 - 50
10 - 40
0 – 5
–
-
100
90 - 100
40 - 80
30 -60
0 – 10
–
-
-
100
90 – 100
50 – 85
0 – 10
-
المقاس الاعتبارى 40-5 مم
المقاس الاعتبارى 20-5مم
المقاس الاعتبارى 14-5 مم
مقـاس المنخــل
)مم(
النسبة المئوية للمـار من المنخــل
الركام المتدرج
Cement content
400 kg/m 3
Cement content
300 kg/m 3
5
40
45
50
10
15
300
200
250
150
100
350
Conc. Comp. Str.Fc (kg/cm2)
20
25
30
35
S.S.A. for Agg. (cm 2/gm
ا.د / عبد الكريم عطا
منتدى المهندس السورى
تتكونالخرسانة من حبيبات غالبا ما تكون صخرية متماسكة مع بعضها البعض بمادة لاحمة هى عجينة الأسمنت والماء للخرسانة الأسمنتية ويطلق على تلك الحبيبات أسم الركام. وهى بصفة عامه متدرجة فى مقاسها من حبيبات صغيره مثل الرمل والحصى إلى حبيبات كبيرة مثل الزلط وكسر الحجارة. ويمثل الركام فى الخرسانة الجزء المالئ Inert filler in concrete الذى يشغل تقريبا حوالى 75% من حجم الخرسانة وهو يعتبر جزء خامل نسبيا. ويقوم الركام بالأعمال الرئيسية الآتية فى الخرسانة:
1. يكون الركام جسم الخرسانة الذى يستطيع أن يقاوم الأحمال وعوامل البرى وفعل العوامل الجوية المختلفة.
2. يعتبر الركام مادة مالئة رخيصة نسبيا .
3. يساعد الركام على تقليل التغيرات الحجمية الناتجة Dimensional changes من شك وتصلد عجينة الأسمنت والماء والتغيرات البعدية الناتجة عن تغير محتوى الرطوبة بالخرسانة.
وتتوقف خواص الخرسانة المصنوعة من ركام معين على ما يأتى Significant aggregate characteristics:
1. الخواص المعدنية لحبيبات الركام Mineralogical properties وبصفة خاصة ما يتعلق بالمقاومة والمرونة والمتانة والتحمل مع الزمن.
2. الخواص المميزة لسطح حبيبات الركام Surface texture وبصفة خاصة ما يتعلق بدرجة قابلية التشغيل للخلطات الخرسانية وكذلك التماسك بين حبيبات الركام وعجينة الأسمنت فى الخرسانة المتصلده.
3. التدرج الحبيبى للركام grading and size distribution وبصفة خاصة ما يتعلق بدرجة تشغيل الخلطات الخرسانية وكثافتها.
4. كمية الركام فى المتر المكعب من الخرسانة وبصفة خاصة ما يتعلق بالتكلفة والتغيرات الحجمية الناتجة عن جفاف الخرسانة.
2 التقسيم العام للركام Classification of Aggregates
2-1 مـن حيث المصدر According to source
(أ) ركام المصادر الطبيعية Natural mineral aggregates
وهو الركام المستخرج من المحاجر بدون أى تغيير لحالته الطبيعية فيما عدا بعض الحالات التى تتعلق بفصل المقاسات المختلفة والغسيل والتكسير وعادة ما يكون ركام المصادر الطبيعية من حبيبات صخرية نتيجة لتفتت أو سحق الصخور مثل الرمل والزلط أو تكسير الحجارة مثل كسر الحجر الجيرى والدولوميت والبازلت والجرانيت وأحياناً ينتج من خام الحديد أو الحجر الخفاف، وتتأثر خواص ركام المصادر الطبيعية بالخواص والتكوينات الجيولوجية للصخور الأم والتى يمكن تصنيفها كما يلى :-
صخور نارية Igneous rocks: وهى أكثر أنواع الصخور شيوعاً على سطح الكره الأرضية وهي تتكون اثناء تبريد الماجما السائلة علي سطح الارض حيث تختلف طبيعة وخواص الصخور الناتجة طبقا لدرجة التبللر وحجم الجزيئات والتي تتغير تبعا لمعدل التبريد. وتعتبر معظم الصخور النارية مناسبة لركام الخرسانه لأنها عادة كثيفة وصلبه ونظراً لشيوع هذه الصخور على سطح الكره الأرضية فيمكن اعتبارها أكبر مصادر إنتاج الركام.
صخور رسوبية Sedimentary rocks: وهي تنتج عند ترسيب الصخور علي طبقات تحت ضغط المياه او الثلوج او بفعل الرياح فقط. وطبقا لطريقة الترسيب يتم تقسيمها الي ثلاث مجموعات ويتوقف تحديد صلاحية الصخور الرسوبية لإنتاج الركام على نوعية المادة اللاحمة والضغط الذى يقع على الصخور الأم أثناء تكوينها وسمك الطبقة المترسبة والشوائب الملوثة بها.
صخور متحولة Metamorphic rocks: تعتبر معظم الصخور المتحولة مناسبة لإنتاج ركام جيد للخرسانة.
(ب) ركام المصادر الصناعية Synthetic aggregates
1- ركام يتم الحصول عليه كمنتج جانبي (By-Product) مثل:
- ركام خبث الأفران Blast furnace slag agg. ركام مصنع من نواتج التبريد البطيء لخبث افران صهر خام الحديد بالتكسير والتدريج للمقاسات المطلوبة للحصول علي حبيبات كثيفة وقوية مناسبة للاستخدام في اعمال الخرسانة. وتختلف خواص الحبيبات الناتجة تبعا للتركيب الكيميائي ومعدلات التبريد للخبث. وقد تتسبب زيادة كبريتات الحديد في الخبث في مشاكل من حيث اللون والمتانة للمنتجات الخرسانية. ولذلك تحدد المواصفات القياسية الحدود القصوي المسموح بها بالنسبة للاحماض الذائبة والكبريتات بالخبث الصالح للاستخدام في الخرسانة.
وقد يعالج الخبث المذاب بكميات محددة من الماء او البخار للحصول علي الخبث المهوي او الممدد لانتاج ركام الخرسانات الخفيفة (Expanded or foamed slag).
- ركام الرماد المتطاير Aggregate from fly ash ناتج من عمليات حرق الفحم بمحطات الطاقة الحرارية Thermal power plants .
- ركام مخلفات الصخر المحترق.
2- ركام مصنع وفقاً لعمليات معاملة حرارية معينه Thermally processed لإنتاج مواد تتميز بخفة الوزن مثل الطين المحروق والفرموكليت المنفوش والليكا .
4- الركام الناتج من اعادة تدوير مخلفات الخرسانة ونواتج الهدم Aggregates from Recycled conc. And Municipal wastes
يعيبها اختلاط النواتج بالملوثات من الجبس والبياض وكميات صغيرة من المخلفات الاخري. بالاضافة الي التكلفة العالية لعمليات التكسير والتدريج والتحكم في نسبة المواد الناعمة Dust control (الغبار) وفصل المكونات الضارة Undesirable constituents .
وقد تكون الجدوي اقتصادية في حالة ندرة الركام الجيد مع اخذ تكلفة التخلص من هذه المخلفات في الاعتبار بتحليل الجدوي الاقتصادية.
3- ركام ملون للخرسانة المعمارية مثل كسر الزجاج والسيراميك والركلم من قطع المطاط وغيرها وجميعها لا تصلح لانتاج خرسانة انشائية.
2-2 من حيث الحجم According to particle size
مقاس حبيبات الركام المستخدمة فى الخرسانه تتراوح عادة من 0.075 مم إلى عشرات من الملليمترات (10- 150 مم( وعادة ما يتم فى المحاجر فصل حبيبات الركام فى مقاسين أحدهما يسمى الركام الصغير والأخر يسمى الركام الكبير، وفصل حبيبات الركام إلى مقاسات مختلفة يسهل الحصول على ركام ذو تدرج جيد ومطابق للمواصفات وذلك عن طريق خلط المقاسات المختلفة ويمكن تصنيف الركام من حيث حجم حبيباته إلى ما يلى:-
أ - ركام صغيـر Fine aggregate
وهو الركام الذى تقل مقاس حبيباته عن 5 مم (الذى يمر معظمه من منخل 4.75 مم No. 4 sieve).
ب - ركام كبير Coarse aggregate
وهو الركام الذى يزيد مقاس حبيباته عن 5 مم (الذى يحتجز معظمه على منخل 4.75 مم).
ج - ركام شامل (ركام خليط(
وهو ركام خليط من الركام الكبير والصغير بنسب معينه تحددها متطلبات التدرج الحبيبى للركام. وبعض المحاجر تنتج الركام الشامل مباشرة بدون فصل حبيباته إلى مقاسات مختلفة ولذلك فانه يصعب الحصول على تدرج جيد لمثل هذا الركام وبالتالى فهو يستخدم فقط للخرسانات ضعيفة الجودة.
2-3 من حيث الشكل According to shape
يمكن تقسيم حبيبات الركام من حيث الشكل إلى ستة مجموعات كما هو مبين بالجدول التالى:-
جدول رقم (1): سطح حبيبات الركام.
التقسيم الوصف الأمثلة
مدور
Spherical استدارة الحبيبات نتيجة لتآكلها بفعل المياه أو بعوامل التعرية الأخرى الرمل والزلط
غير منتظم
Irregular غير منتظم طبيعيا أو مشكلا تشكيلا جزئيا بعوامل التعرية وله حواف مستديرة. زلط الحفر وحجر الصوان
زاوىAngular ذو حواف حادة واضحة عند تقاطع أسطحه. جميع أنواع كسر الحجارة
مفلطح
Flat حبيبات معظمها زاوى ذات سمك صغير بالنسبة لطوله أو عرضها. صخور طبقية
عصوى
Elongated حبيبات معظمها ذات بعدين صغيرين بالنسبة للبعد الثالث. صخور طبقية أو صخور أخرى تعرضت لعوامل تعرية أو بفعل الكسارة.
مفلطح
وعصوى حبيبات ذات بعدين صغيرين بالنسبة للبعد الثالث.
2-4 مـن حيث حالـة السطح Surface texture
يمكن تقسيم الركام من حيث حالة السطح إلى ستة مجموعات كما هو مين بالجدول التالى:-
جدول رقم (2): سطح حبيبات الركام.
رقم المجموعة الوصف الصفات المميزة الأمثلة
1 زجاجىGlassy ركام صدفى مكسر. صوان أسود
2 ناعم Smooth ركام مصقول بفعل المياه. زلط – رخام – بعض الصخور النارية
3 حبيبىGranular ركام يظهر فى مقطعه حبيبات مستديرة منتظمة تقريبا. الحجر رملى
4 خشن Rough ركام سطح مقطعه خشن ذو حبيبات رفيعة أو متوسطة ويحتوى على بلورات لا ترى بسهولة. بازلت - حجر جيرى
5 بلورىCrystallized ركام يحتوى على بلورات واضحة. جرانيت
6 معشش ومسامى
Porus ركام به مسام وتجاويف واضحة. الحجر الخفاف
2-5 مـن حيث الوزن According to bulk density
يمكن تقسيم الركام من حيث الوزن إلى ما يلى :-
أ - ركام عادى
مثل الرمل والزلط وكسر الحجارة وهو الركام المستخدم فى الخرسانات المعتادة للمبانى والمشروعات الهندسية المختلفة حيث الوزن النوعى للركام يتراوح من 2-3 بمتوسط حوالى 2.
ب - ركام خفيف
مثل الليكا والحجر الخفاف وهو الركام المستخدم فى صناعة الخرسانات الخفيفة والخرسانات العازلة للحرارة حيث أن الوزن النوعى للركام يقل عن 2.00.
ج - ركام ثقيل
مثل خام الحديد وقطع الصلب المصنعة وهو مستخدم فى صناعة الخرسانه الثقيلة المقاومة للإشعاعات النووية والوزن النوعى لمثل هذا الركام يزيد عن 3.00.
3 الخواص الطبيعية لحبيبـات الركـام
3-1 شـكل حبيبـات الركـام
يتوقف شكل حبيبات الركام على مقاومة الصخور الأم وعوامل التعرية التى تعرضت لها ، وبصفة عامه تعتبر الحبيبات المستديرة أفضل أشكال الركام للاستخدام فى الخرسانه لأنها أكثر قابليه للإنضغاط والكبس عن الركام الزاوى وذلك ينتج عنه قله فى الفراغات وبالتالى قوة أكثر للخرسانة علاوة على حسن القابلية لتشغيل الخرسانه مع قله فى الأسمنت المطلوب أما الركام الزاوى فيعطى قابليه للتشغيل منخفضة للخلطات الخرسانية وبالتالى يلزم زيادة كمية الركام الصغير والأسمنت عنه فى حالة الركام المستدير لكى تكون الخلطة الخرسانية سهلة التشغيل.
وتعطى حبيبات الركام المفلطح والعصوى نتائج غير مرضيه فى أعمال الخرسانه حيث أن استعمالهم يؤدى إلى خفض قابلية تشغيل الخرسانة نظراً لزيادة مساحتهم السطحية كما أن الحبيبات المفلطحة تضعف مقاومة الخرسانه للعوامل الجوية لأن هذه الحبيبات تميل إلى الاستقرار فى وضع أفقى حاجزة الفراغات والماء أسفلها وبصفة عامه فإنه لا يفضل زيادة نسبة الحبيبات المفلطحة والعصوية فى الركام عن 10 - 15 % من وزن الركام.
3-2 حالة سطح حبيبات الركام
حالة سطح حبيبات الركام تعتمد على صلادة وحجم جزيئات الصخور الأم وطريقة تكون الركام ، وتؤثر حالة السطح على مقاومة الخرسانه فالحبيبات ذات السطوح الخشنة تتميز بأنها تحسن تماسك حبيبات الركام مع مونة الأسمنت بينما الحبيبات ذات الأسطح الناعمة واللامعة تحسن تشغيل الخرسانه لقلة الاحتكاك أثناء خلط الخرسانه. أما الركام المسامى فانه ينتج خرسانة ضعيفة نتيجة لضعف تحمله عن الركام المصمت وإن كانت له خاصية خفة الوزن والعزل الحرارى والصوتى.
3-3 تماسك حبيبات الركام مع عجينة الأسمنت
تعتبر خاصية التماسك بين الركام وعجينة الأسمنت من أهم الخواص التى تحدد درجة جودة الخرسانه وتتوقف قوة التماسك على حالة سطح حبيبات الركام فالركام ذو السطوح الخشنة يعطى قوة تماسك عاليه (مثال حبيبات الركام من كسر الحجارة( ولذلك فأنها عادة تستخدم لإنتاج الخرسانات عالية الجودة. كما أن مقاومة تماسك الركام مع عجينة الأسمنت تتوقف على التركيب الكيميائى لحبيبات الركام فعلى سبيل المثال فان التماسك نتيجة تفاعلات كيميائية يتولد بين الركام والأسمنت عند استخدام ركام من الحجر الجيرى والدولوميت وبعض أنواع الركام السيليسى.
3-4 الـوزن النـوعـى Specific weight
يعبر الوزن النوعى للركام عن كثافة حبيبات الركام الفردية وليس عن كتلة الركام كمجموعه ويمكن تقسيم الوزن النوعى طبقاً لطريقة تعيينه إلى ما يأتى :-
أ - الوزن النوعى المطلق Absolute
وهو وزن وحدة الحجوم من المادة المصمتة من الركام (بدون فراغات) ولذلك يلزم طحن حبيبات الركام إلى مسحوق ناعم لإزالة تأثير الفراغات الداخلية وعادة فان تعيين الوزن النوعى المطلق غير مطلوب لأعمال الخرسانه.
ب - الوزن النوعى الظاهرى Apparent
1- الوزن النوعى الظاهرى على أساس عينة اختبار جافه
وهو وزن وحدة الحجوم من الركام الجاف )بما فيه من فراغات داخليه غير متصلة بالسطح( ويعرف معملياً بأنه النسبة بين وزن الركام الجاف ووزن الماء المساوى لحجم العينة الجافة (وزن الماء المزاح). ويعين الوزن النوعى الظاهرى للعينة الجافة عادة للركام الصغير.
الوزن النوعى الظاهرى للعينة الجافة =
2- الوزن النوعى الظاهرى على أساس عينة اختبار مشبعه بالماء وسطحها جاف
وهو وزن وحدة الحجوم من الركام المشبع بالماء وسطحه جاف ويعرف معملياً بأنه النسبة بين وزن الركام المشبع بالماء وسطحه جاف إلى وزن الماء المساوى لحجم العينة المشبعة وسطحها جاف ، وعادة ما يعين الوزن النوعى الظاهرى على أساس عينة اختبار مشبعة بالماء وسطحها جاف للركام الكبير.
الوزن النوعى الظاهرى للعينة المشبعة وسطحها جاف =
ويفيد معرفة الوزن النوعى فى تصميم الخلطات الخرسانية وتصنيف الركام من حيث الوزن. والوزن النوعى الظاهرى لمعظم أنواع الركام الطبيعى تتراوح من 2.6 إلى 2.7 وجدول رقم (3) يبين حدود الوزن النوعى الظاهرى لبعض أنواع الركام.
جدول رقم (3): الوزن النوعى الظاهرى للركام
نـوع مـادة الركـام الــــوزن النوعى الظاهرى
المتوســـــط المـــــــدى
حجر رملى
رمل وزلط
حجر جيرى
جرانيت
بازلت
كوارتز 2.5
2.65
2.65
2.65
2.8
2.6 200 - 2.6
2.50 - 2.8
2.65 - 2.7
2.6 - 2.7
2.6 - 3.0
2.6 - 2.7
3-5 وزن وحدة الحجوم (الكثافة الحجمية) Unit Weight
يستخدم وزن وحدة الحجوم فى تصميم الخلطات الخرسانية وفى تحويل وزن معلوم من الركام إلى الحجم المكافئ له وعادة ما تقدر وزن وحدة الحجوم بالكيلو جرام للمتر المكعب. ويتوقف الوزن الحجمى على شكل وتدرج حبيبات الركام وحالة الركام إذا ما كان سائباً أو مدموكاً - جافاً أو رطباً. وتتراوح نسبة الوزن الحجمى للركام السائب إلى الوزن الحجمى للركام المدموك بين 0.87 إلى 0.96 ويمكن تعيين وزن وحدة الحجوم عن طريق تعيين وزن الركام الذى يملأ إناءاً ذو سعه معلومه. والجدول التالى يبين الوزن الحجمى للرمل و الزلط والركام الخليط.
جدول رقم (4): وزن المتـر المكعــب مــن الركـــام
نـــــــوع الركــــــام حـدود وزن المتـر المكعـب طن/م3
الرمــل
الزلـــط
الركام الشامل )رمل وزلط( 1.50 – 1.85
1.60 - 1.80
1.70 - 2.10
وهناك علاقة وثيقه بين وزن وحدة الحجوم ونسبة الفراغات بين حبيبات الركام ، فزيادة الوزن الحجمى للركام الخليط تعنى قلة الفراغات التى يتطلب ملؤها بالأسمنت للحصول على الخرسانه ولذلك فانه قد يتم تحديد نسب خلط الركام الكبير إلى الركام الصغير بحيث تعطى أكبر وزن لوحده الحجوم.
ويمكن تعيين النسبة المئوية للفراغات بين حبيبات الركام وذلك بمعرفة كل من الوزن النوعى والوزن الحجمى للركام.
% للفراغات = × 100 = )1- ( × 100
3-6 الفراغات الداخلية فـى حبيبات الركام Internal Voids
تحتوى حبيبات الركام على فراغات داخليه وتكون هذه الفراغات مغلقه أو متصلة بسطح الركام وقد تكون منعزلة عن بعضها أو متصلة ، كما أن هذه الفراغات تكون إما فارغة أو مملؤه جزئياً أو كلياً بعناصر كيميائية مترسبة مثل الكوارتز أو بقايا غير ذائبة مثل الطين وتؤثر الفراغات سلبياً على مقاومة الركام للأحمال وللعوامل الجوية والنفاذيه.
3-7 الرطوبة وامتصاص الركام للماء Moisture and water absorption
تنقسم الحالات المختلفة للركام بالنسبة لدرجة الرطوبة إلى ما يأتـى:-
أ- جاف بالفرن: وفيه يتخلص الركام من كل ما به من رطوبة خارجية كانت أو داخليه وعادة يمكن الوصول إلى هذه الحالة بالتسخين عند 100-110 م 5.
ب- جاف بالهواء: وفيه يتخلص الركام من الرطوبة السطحية ويوجد به بعض الرطوبة الداخلية ولكن الحبيبات غير مشبعه.
ج- مشبع بالماء والسطح جاف: لا يوجد فى هذه الحالة أى ماء حر أو رطوبة على سطح حبيبات ولكن تكون جميع الفراغات الموجودة فى الحبيبات مملؤه بالماء.
د- رطـب أو مبــلل: يتواجد فى هذه الحالة الماء الحر والرطوبة على سطح الحبيبات كما تكون مشبعه بالماء. ويمكن التعبير عن المحتوى الكلى للرطوبة الداخلية فى الركام فى حالة التشبع بالماء والسطح جاف باصطلاح السعه الإمتصاصيه أو بتعبير أبسط " الامتصاص ".
وإذا كانت حبيبات الركام غير كاملة التشبع عند خلط الخرسانه فيمتص الركام جزء من ماء الخلط لذلك يجب أن يراعى فى حسابات تصميم خلطات الخرسانه نسبة الماء / الأسمنت الفعالة الصافية. وتستخدم حالة حبيبات الركام عندما تكون مشبعه بالماء والسطح جاف فى أكثر طرق تصميم خلطات الخرسانه والجدول رقم (5) يبين بعض القيم التقريبية للنسبة المئوية للامتصاص للركام.
جدول رقم (5): النسبة المئوية للامتصاص للركـام
المــــــــادة الامتصاص % )بـالـوزن(
الرمـــل
الزلط - الحجر الجيرى المكسر
الجرانيت
الحجر الرملـى
المواد المسامية الخفيفة جداً صفـر – 2 %
0.5 – 1 %
صفـر –1 %
2 –7 %
حتى 25 %
8. الزيـادة الحجمية للركـام الصغيـر Bulking of fine aggregates
إذا أضيف إلى الرمل ماء أو كان رطباً ثم صار تقليبه فان طبقة رقيقة من الماء تغلف حبيبات الرمل وتدفع الحبيبات بعيداً عن بعضها البعض نتيجة لتأثير ظاهرة الشد السطحى وبذلك يزيد حجم الرمل وتتوقف تلك الزيادة الحجمية للرمل على كمية الرطوبة إلى حد ما ثم تقل بعد ذلك إذا زادت الرطوبة حيث يقل تأثير الشد السطحى تدريجياً إلى أن يعود الرمل إلى حجمه الأصلى وترتفع قيمة الزيادة الحجمية كلما صغرت حبيبات الرمل وذلك نظرا لزيادة المساحة السطحية (زيادة تأثير الشد السطحى) كما هو موضح بشكل رقم (1). وضرر الزيادة الحجمية للرمل هو الحصول على حجم من الرمل أقل من الواجب بالإضافة إلى الحصول على كمية من الماء غير مطلوبه بالرمل مما يتسبب عنه تغيير فى نسب مكونات الخلطة الخرسانية إذا أستعمل رمل جاف عنها فى حالة استعمال رمل حدثت له زيادة حجميه.
شكل رقم (1): تأثير الماء على الزيادة فى حجم المقاسات المختلفة من الرمل
9. الطيـن والطفـل والتراب الناعـم بالركـام Dust and fines (Deleterious substances)
وجود هذه المواد بالركام بكميات كبيره يجعله غير صالح للخرسانة لأنه يسبب ضعف شديد فى مقاومة الخرسانه وتأخير زمن تفاعل الأسمنت مع الماء بالخرسانة. وقد تغلف المواد الناعمة الركام فتضعف من تماسكه مع عجينة الأسمنت. كما يتسبب وجود المواد الناعمة بالركام فى زيادة الانكماش بالجفاف فى الخرسانه.
وقد يفيد الطين والمواد الناعمة إذا كانت دقيقة وبكميات بسيطة جد اً فى ملء الفراغات الصغيرة فى الخرسانه قليلة الأسمنت وذات المقاومة الغير عالية.
3-10 التدرج الحبيبــى Grain size distribution
أ - التعريـف
هو فصل المقاسات المختلفة من الركام بعضها عن بعض فى أية كمية من الركام ويكون ذلك باستخدام التحليل بالمناخل بهز الركام على مجموعه من المناخل مرتبه حسب مقاس فتحتها وموضوعة فوق بعضها البعض بحيث يكون أكبرها مقاساً من أعلى وأصغرها مقاساً من أسفل ثم وزن المحجوز على كل منخل )المنخل يعرف بمقاس فتحته أى طول ضلع الفتحة(. يتم حساب النسبة المئوية للركام المار من كل منخل وتوقع بيانياً العلاقة بين مقاس فتحة المنخل والنسبة المئوية للركام المار منه ليعبر هذا الرسم عن مدى التوزيع الحجمى بالركام.
ب - الغرض
تهدف معرفة التدرج الحبيبى للركام إلى التأكد من مدى مطابقة تدرج الركام لحدود المواصفات. كما تستخدم نتائج التدرج الحبيبى فى تحديد أفضل نسب لخلط الركام الصغير والكبير للحصول على تدرج مناسب للركام الخليط بحيث يعطى خلطات خرسانية سهل التشغيل وخرسانة متصلده كثيفة ولها مقاومة عاليه للأحمال والعوامل الجوية.
ج- المناخل القياسية Standard sieves
تختلف فتحات المناخل القياسية فى الدول المختلفة تبعاً لمواصفاتها القياسية ولكن معظمها تسير على أساس أن مقاس فتحة المنخل تتضاعف من منخل إلى المنخل الذى يليه. وفيما يلى مقاسات فتحات المناخل القياسية طبقا للمواصفات القياسية المصرية 1109-92.
37.5 25 19 12.5 9.5 4.75 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15
ركــــام كبيـــــــر ركـــــام صغيـــــر
د- مثال تطبيقى على التحليل بالمناخل للركام
• عينة من الركام الكبير وزنها = 20 كجم
مقاس المنخل
(مم) الوزن المحجوز على كل منخل
(جرام) الوزن الكلى المحجوز
(جرام) النسبة المئوية المحجوزة من الركـام النسبة المئوية المارة مـن
الركـام
37.5 960 960 4.8 95.2
19 10100 11060 55.3 44.7
9.5 6000 17060 85.3 14.7
4.75 2500 19560 97.8 2.2
وعاء 440 20000 100 -
• عينة من الركام الصغير وزنها = 1 كجم
مقاس المنخل
(مم) الوزن المحجوز على كل منخل
(جرام) الوزن الكلى المحجوز
(جرام) النسبة المئوية المحجوزة من الركـام النسبة المئوية المارة مـن
الركـام
4.75 20 20 2 % 98 %
2.36 130 150 15 85
1.18 100 250 25 75
0.6 260 510 51 49
0.3 370 880 88 12
0.15 110 990 99 2
وعاء 10 1000 100 -
رسم منحنى التدرج الحبيبى
يتم رسم منحنى التدرج الحبيبى بحيث يتم توقيع النسبة المئوية للمار على المحور الرأسى ومقاس فتحة المنخل باستخدام مقياس حسابى أو مقياس لوغاريتمى على المحور الأفقى كما هو موضح بالأشكال أرقام (2،3).
Sieve No. (mm)
Arithmetic Scale
4.75
2.36
1.18
0.6
% Pass
100
50
0
10
20
30
40
60
70
80
90
98
85
75
49
0.3
0.15
12
1
شكل رقم (2): منحنى التدرج الحبيبى للركام باستخدام مقياس حسابى
Log Sieve No. (mm)
Logarithmic Scale
4.75
2.36
1.18
0.6
% Pass
100
50
0
10
20
30
40
60
70
80
90
98
85
75
49
0.3
0.15
12
1
0.75
شكل رقم (3): منحنى التدرج الحبيبى للركام باستخدام مقياس لوغاريتمى
هـ- المقاس الإعتبارى الأكبر للركام الكبير
هو مقياس المنخل الذى يمر منه 95 % على الأقل من الركام الكبير. وكلما كبر المقاس الإعتبارى الأكبر للركام كلما زاد الوزن الحجمى وتحسنت نسبياً مقاومة الخرسانه للأحمال مع وفر فى كمية الأسمنت المستخدمة لقلة المساحة السطحية. ويجب ألا يزيد حجم الركام عن 1/5 أقل بعد فى الجزء الخرسانى وأن لا يزيد أيضاً عن 3/4 المسافة الخالصة بين حديد التسليح. ويتراوح المقاس الإعتبارى الأكبر بين 37.5 مم و 19 مم وذلك لأعمال الخرسانة العادية أما فى أعمال الرصف فيتراوح بين 50 -63 مم أما فى أعمال الخرسانه ذات الكميات والكتل الكبيرة فيستخدم ركام مقاسه الاعتباري الأكبر حوالى 150 مم ولا يستخدم ركام بحجم أكبر من 150 مم لصعوبة مناولته وتشغيله.
و- معاير النعومة Fineness Modulus
يساوى مجموع النسب المئوية للمحجوز الكلى على المناخل القياسية التسعة مقسوماً على 100.
ويعبر معاير النعومة عن الحجم المتوسط لحبيبات الركام وهو لا يدل على مدى تدرج الركام من عدمه، ويستخدم معاير النعومة فى بعض طرق تصميم الخلطات الخرسانية. ويتراوح معاير النعومة للرمل بين 1.5 - 3.75 وللزلط بين 5-8. وتنص المواصفات الأمريكية ASTM C 33 على أن معاير النعومة للرمل يجب ألا يقل عن 2.3 ولا يزيد عن 3.1.
ز- المساحة السطحية النوعية لحبيبات الركام Specific surface area
المساحة السطحية النوعية هى مساحة السطح لوحدة الوزن. والمساحة السطحية النوعية للركام تختلف حسب حجم حبيبات الركام وتتناسب المساحة السطحية النوعية عكسياً مع حجم حبيبات الركام وتتراوح بين 60-100 سم2/جم للركام الصغير ومن 2-5 سم2/جم للركام الكبير ويمكن تعيين المساحة السطحية النوعية للركام نظرياً وذلك بفرض أن حبيبات الركام كروية الشكل:
حيث P 1 , P 2 , P 3, ….. هى النسب المئوية للمار من المناخل التى مقاس فتحاتها d 1 , d 2 , d 3,… على الترتيب. و هى كثافة الركام. ونظراً لأن حبيبات الركام نادراً ما تكون تامة الإستداره فان المساحة السطحية النوعية التى يتم تعيينها على أساس أن الحبيبات الكروية يجب أن تعدل لتأخذ فى الاعتبار الشكل الحقيقى لحبيبات الركام لذلك:
حيث أن K 1 , K 2, …. هى معاملات للشكل وقد أثبتت الأبحاث أن
معامل الشكل =
وتتراوح قيمة معامل الشكل للركام بين 1.3 - 1.4
كما يمكن تعيين المساحة السطحية النوعية للركام معمليا حيث توجد عدة طرق معمليه لتعيين المساحة السطحية النوعية ومن هذه الطرق ما يأتى :-
1- طريقة النفاذ بالهواء أو الماء
2- الطريقة ا لضوئية
3- طريقة التغطية بطبقة من الزيت الثقيل
4- طريقة التغطية بطبقة من حامض الستريك
5- طريقة الامتصاص
وتتصف جميع هذه الطرق بصعوبة إجراؤها كما تنقصها الدقة.
ع- الركام ناقص التدرج
وهو الركام الذى لا يوجد فيه مقاس أو أكثر من مقاسات الركام المختلفة ويظهر ذلك بوضوح فى منحنى التدرج الحبيبى إذ يمثل الفجوة فى مقاسات الركام بخط أفقى. وقد بينت الأبحاث أن استخدام الركام ناقص التدرج للخرسانة يعطى نتائج جيدة للخلطات ذات القابلية للتشغيل المنخفضة بينما استخدام الركام ناقص التدرج للخلطات الخرسانية عالية القابلية للتشغيل قد يؤدى إلى حدوث انفصال حبيبى كما أن مقاومة العوامل الجوية للخرسانة ذات الركام ناقص التدرج تكون أقل منها للخرسانة مستمرة التدرج.
ويصبح استخدام الركام ناقص التدرج ضرورة فى بعض أنواع الخرسانات الخاصة مثل خرسانة الركام المكشوف والخرسانة ذات الركام المعبأ فى مكانه.
غ- حدود التدرج الحبيبى للركام Grading Limits
تحدد المواصفات القياسية منحنيات تدرج تمثل المنطقة التي يجب أن يقع بها منحنى التدرج الحبيبى للركام المستخدم حتى يكون مقبولاً للاستخدام فى الخرسانه، وتكون حدود المواصفات على هيئة نسبة مئوية للحدين الأقصى والأدنى للنسبة المئوية للركام المار وذلك لكل منخل من مناخل الاختبار ومنها يمكن رسم منحنيات التدرج الحبيبى الأقصى والأدنى المسموح بها فتحصر فيها المنطقة الواجب أن يمر بها منحنى التدرج للركام المستعمل ، والجداول أرقام (6،7،8) تبين حدود التدرج الحبيبى للركام الصغير والركام الكبير والركام الشامل وذلك طبقاً للمواصفات القياسية المصرية للركام 1109-92.
جدول رقم (6): التدرج الحبيبى للركام الصغير )الناعم(
مقاس فتحة
المنخـــل
(مم) النسبة المئوية للمـار من المنخــل
الحــد العــام
للتــدرج الحــدود الإضافية للتـدرج
خشــن متوســـط نــاعــم
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15 100
89 - 100
60 - 100
30 - 100
15 - 100
5 - 70
صفر - 15 *
*
60 - 100
30 – 90
15 – 45
5 – 40
* *
*
65 - 100
45 - 100
25 - 80
5- 48
* *
*
80 - 100
75 - 100
55 - 100
5 - 70
*
جدول رقم (7): التـدرج الحبيبـى للركــام الكبير
مقاس المنخل
(مم) النسبة المئوية للمـار من المنخــل
الركام المتدرج النسبة المئوية للمـار من المنخــل
الركام ذو المقاس الواحد
المقاس الاعتبارى 40-5 مم المقاس الاعتبارى 20-5مم المقاس الاعتبارى 14-5 مم المقاس الاعتبارى 40مم المقاس الاعتبارى 20مم المقاس الاعتبارى 14مم
50 100 -- -- 100 -- --
37.5 90-100 100 -- 85-100 100 --
20 35-70 90-100 100 0-25 85-100 100
14 25-50 40-80 90-100 -- 0-70 85-100
10 10-40 30-60 50-85 0-5 0-25 0-50
5 0-5 0-10 0-10 -- 0-5 0-10
2.36 -- -- -- -- -- --
جدول رقم (8): التـدرج الحبيبـى للركــام الشـامل
مقـاس المنخــل
(مم( النسبة المئوية للمـار من المنخــل
المقاس الإعتبارى 37.5 مم المقاس الإعتبارى 19مم المقاس الإعتبارى 9.5 مم
50
37.5
19
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15 100
95 - 100
45 - 80
-
25 - 50
-
-
8 - 30
-
صفر - 8 * -
100
95 - 100
-
35 - 55
-
-
10 -35
-
صفر - 8 * -
-
-
95 – 100
30 – 65
20 – 50
15 – 40
10 – 30
5 – 15
صفر - 8 *
* يمكن زيادتها إلى 10 % فى حالة الركام من كسر الحجارة.
3-11 تحديد نسب خلط الركام الصغير والركام الكبير
هناك أكثر من طريقه لتحديد نسب خلط الركام الصغير والركام الكبير للحصول على ركام خليط جيد ومناسب للاستخدام فى الخرسانه ومن هذه الطرق:
أ - خلط الركام الصغير والركام الكبير للحصول على تدرج حبيبى يماثل تدرج حبيبى معلوم
بناءاً على نتائج العديد من الأبحاث المعملية والنظرية قام مجموعه من العلماء بتحديد مناطق تدرج مثاليه للركام الخليط بحيث يعطى نتائج جيده عند استخدامه فى إنتاج الخرسانه.
ومما هو جدير بالذكر أن مناطق تدرج الركام الخليط والتى أعتبرت مثاليه فى الوقت الذى ظهرت فيه كان بسبب مستوى الجودة المنخفض للأسمنت البورتلاندى والارتفاع الكبير فى أسعاره بالنسبة للركام وذلك بالإضافة إلى عدم شيوع استخدام الوسائل الميكانيكية فى صناعة الخرسانة ولكن فى السنوات الأخيرة تغيرت هذه الظروف فقد زادتجودة الأسمنت البورتلاندى بشكل ملحوظ كما أنتشر استخدام الأجهزة والمعدات الحديثة فى صناعة الخرسانه مما يجعل التدرج الحبيبى ليس فى الأهمية الأولى للوصول إلى خرسانة جيده.
ب - خلط الركام الصغير والركام الكبير للحصول على مساحة سطحيه نوعيه معينه
تعتبر المساحة السطحية للركام أحد العوامل الرئيسية التى تتحكم فى جودة الخرسانه نظراً لأن مقاومة الخرسانه للأحمال تتوقف على مقاومة التماسك بين حبيبات الركام ، وقد أثبتت الدراسات أن مقاومة الخرسانه للضغط تتأثر كثيرا بالمساحة النوعية لسطح الركام كما يظهر من شكل رقم (4) والذى يبين أن مقاومة الضغط للخرسانة تصل إلى أقصى قيمه عند مساحة سطحيه نوعيه للركام الخليط = 25 سم2/ جم ويعيب هذه الطريقة صعوبة تحديد المساحة النوعية السطحية للركام بدقه.
S.S.A. for Agg. (cm 2/gm)
35
30
25
20
Conc. Comp. Str.Fc (kg/cm2)
350
100
150
250
200
300
15
10
50
45
40
5
Cement content
300 kg/m 3
Cement content
400 kg/m 3
شكل رقم (4): تأثير المساحة السطحية النوعية للركام الخليط على مقاومة الضغط للخرسانة.
ج- خلط الركام الصغير والركام والكبير للحصول على أكبر وزن لوحدة الحجوم
خلط الركام الصغير والركام والكبير للحصول على أكبر وزن لوحدة الحجوم يؤدى إلى إنتاج خرسانة رخيصة لان حجم الفراغات المطلوب ملؤها بالأسمنت فى هذه الحالة تكون قليلة. ولكن نتائج الأبحاث السابقة أثبتت أن استخدام الركام الخليط الذى يعطى اكبر وزن لوحدة الحجوم فى إنتاج الخرسانة يعطى خلطات صعبة التشغيل.
وبصفة عامة يمكن الاسترشاد بالجدول التالى لتحديد نسبة خلط الركام الصغير والكبير للحصول على ركام خليط جيد ومناسب للاستخدام بالخرسانة.
المقاس الإعتبارى الأكبر
للركام الكبير (مم) نسبة الركام الكبير / الركام الصغير (للتدرجات المختلفة للركام الصغير)
خشــــن متوســــط ناعــــم
9.5 مم
19.0 مم
37.5 مم 1
1.5
2 1.5
2
3 2
3
3.5
3-12 ثبــات حجــم الركــام Soundness
يقصد بثبات حجم الركام قدرته على مقاومة التغيرات الكبيرة فى الحجم نتيجة التغيير فى حالته الفيزيائية التى تتأثر بالتغير فى الحرارة وتكرار البلل والجفاف فى الظروف العادية أو تكرار البلل والجفاف فى المياه المالحة أو بالتجمد والانصهار freezing & thawing ويجدر بالذكر أن الركام ذى الفراغات والضعيف والمحتوى على مواد غير مرغوبة يتغير حجمه بدرجه ملحوظة إذا تعرض للمؤثرات سالفة الذكر.
ويعين ثبات حجم الركام بغمر حبيبات الركام فى محلول كبريتات الصوديوم أو المغنيسيوم لمدة من 16 إلى 18 ساعة ثم يجفف الركام بعد ذلك فى فرن وتكرر عملية الغمر والجفاف عدة مرات حسب عدد الدورات المطلوبة ويعتبر الركام ثابت الحجم إذا لم يحدث أى تشريخ أو تفتت. وبصفه عامه يمكن اعتبار أنه لا يجب أن يفقد بالوزن بعد 10 دورات من الغمر والجفاف سالف الذكر أكثر من 12% فى حالة الاختبار بمحلول كبريتات الصوديوم ولا أكثر من 18 % فى حالة الاختبار بمحلول كبريتات المغنيسيوم.
ويجدر بالذكر أن اختبار ثبات الحجم بالكبريتات المشار إليه يستخدم لقبول الركام وليس لرفضه حيث يفترض أن الركام الذى يجتاز هذا الاختبار يعتبر جيداً بينما الركام الذى يتفتت قد يكون رديئاً وقد لا يكون كذلك.
3-13 مقاومة الركام للحريق Fire resistance
يختلف الركام فى مقاومته للحريق حسب نوع الركام فأفضلها مقاومة للحريق هو خبث الأفران العالية والحجر الخفاف والطوب المكسر والزلط الجيرى ومن الركام قليل المقاومة للحريق كسر الجرانيت والبازلت والزلط السيليسى.
4 الخواص الميكانيكية لحبيبات الركام
4-1 مقاومة الركام الكبير للتهشيم Crushing value
هذه الخاصية ليست بذات أهميه للركام الكبير المستعمل فى المنشآت الخرسانية إذا ما لوحظ أن قوة تحمل الخرسانه العادية للتهشيم حوالى 300 كجم/سم2 بينما قوة تحمل الركام الكبير من المصادر الطبيعية تتراوح من 700 كجم/سم2 إلى 2000 كجم/سم2 واكثر ولذلك يفيد معرفة مقاومة الركام الكبير للتهشيم فى حالات الخرسانة الخاصة بالرصف والمعرضة للتآكل بالاحتكاك وتحدد تلك المقاومة بمعامل التهشيم طبقا للاختبار الخاص بذلك ويعتبر أيضا معامل التهشيم دلالة على مدى مقاومة الركام للصدمات (متانة الركام).
4-2 صلادة الركام Hardness
تعتبر صلادة الركام، وهى خاصية مقاومته للتآكل، هامة فى الخرسانة المستخدمة فى رصف الطرق. ويتعين صلادة الركام بأجراء اختبار البرى على عينه أسطوانية الشكل ويمكن بيان صلادة الركام كمجموعه وذلك باختبار لوس أنجلوس حيث تعرض مجموعه من حبيبات الركام ذات وزن معلوم وموضوعه فى أسطوانة حديدية إلى الدوران بمعدل 10 إلى 31 دورة فى الدقيقة وتعبر عن صلادة الركام فى هذه الحالة بالنسبة المئوية للفقد فى وزن الركام نتيجة البرى.
4-3 متانة الركام Durability
يمكن تعريف متانة الركام بمقاومة الركام للانهيار بتأثير أحمال الصدم. وتعين متانة الركام بأجراء اختبار المتانة على عينة أسطوانية الشكل قطرها 25 مم وارتفاعها 25 مم وفى هذا الاختبار تسقط مطرقة قياسية وزنها 2 كجم من ارتفاع سنتيمتر واحد على عينة الاختبار ثم يكرر ذلك مع زيادة ارتفاع السقوط فى كل مرة عن سابقتها بمقدار سنتيمتر واحد ويكون عدد الدقات اللازمة لكسر العينة هو مقياس متانة الركام.
5 الخـواص الكيميائية للركــام
5-1 التفاعل القلوى للركام Alkali aggregate reaction
إذا أستعمل ركام من شكل معين متبلر من السيلكا يتواجد فى بعض الصخور البركانية الحامضيه مع أسمنت به نسبه عاليه من القلويات فيحدث تفاعل بين هذا الركام والقلويات ينتج عنه زياده فى الحجم تحث أحيانا بعد سنتين أو أكثر من صب الخرسانه وينتج عن هذه الزيادة تشرخ وتفتت الخرسانه ويمكن تلخيص هذه العملية فيما يلى :-
أثناء عملية الخلط والمدة التى تليها تذوب كميه كبيره من القلويات الموجودة بالأسمنت ، ومع استمرار تفاعل الأسمنت مع الماء فان السليكات وألومنيات الكالسيوم الموجودة بعينة الأسمنت تمتص الماء فتجعل المحلول أكثر قلوية ثم شديدة القلوية ويهاجم هذا المحلول الشديد القلوية أجزاء الركام السهلة التأثر مكوناً جيلاتينات من السليكا القلوية وهذه الجيلاتينات )الهلاميات( تتصف بالشراهة للماء ولذلك فأنها تمتص الماء بشده من المحلول مكونه ضغطاً هيدروليكياً داخلياً بالخرسانة يصل أحيانا ًإلى حوالى 40 كجم/سم2 وعلى ذلك فان الضغوط التى تتعدى قيمتها قوة تحمل الخرسانه فى الشد تسبب تشرخ الخرسانه بشروخ شعرية دقيقه جداً. وتعمل زيادة تكون المدة الهلامية سالفة الذكر على زيادة وتوسيع رقعه الشروخ الدقيقة وتصعد إلى سطح الخرسانه خلال هذه الشروخ المادة الهلامية ويتسبب ذلك فى ضعف مقاومة الخرسانه وليس هناك معلومات كاملة عن نوع الركام الذى يتسبب فى هذا التفاعل الذى يحدث إذا أستعمل هذا الركام مع الأسمنت المحتوى على نسبه عاليه من القلويات. وعلى ذلك لملافاة هذا التفاعل يراعى تحديد نسبة القلويات بالأسمنت وقد حددتها بعض المواصفات بما لا يزيد عن 0.6 % من وزن الأسمنت ومن حسن الحظ لم تظهر بالأعمال الخرسانية فى مصر حتى الآن أى أثر لظاهرة التفاعل القلوى للركام.
5-2 المواد العضوية بالركـام Organic impurities
توجد المواد العضوية بكميات متفاوتة بالركام الطبيعى سواء من الحجر أومن عمليات النقل ويفيد غسل الركام فى إزالة المواد الذائبة منها ووجودها بكميات كبيره بالركام يضر بالخرسانة حيث قد تتفاعل مع الأسمنت أو تغلف الحبيبات فتمنع التماسك أو تؤخر من شك وتصلد الأسمنت وبالتالى تضعف الخرسانه.
5-3 العناصر والأملاح غير المرغوبة بالركام
الفحم ومخلفاته وعناصر الكبريتور مثل كبريتور الحديد والميكا والأملاح الكيميائية الذائبة وخاصة أملاح الكلوريدات والكبريتات وجميعها تسبب ضعفا للخرسانة إذا أحتوها بعضها أو كلها الركام وذلك لتفاعلها مع الأسمنت و حديد التسليح أو نتيجة تكوين طبقات هشـة بالخرسانة كالميكا أو لزيادة حجم الخرسانة متسببا فى الشروخ.
وتنص المواصفات القياسية المصرية للركام 1109-92 على أن الحد الأقصى لمحتوى أيون الكلوريد لا تزيد عن الحدود المعطاة فى الجدول التالى:
جدول رقم (9): الحدود القصوى لأيونات الكلوريد بالركام
نــــــوع الخرســــانة الحد الأقصى لمحتوى أيون الكلوريد كنسبة مئوية بالوزن من خليط الركام
• الخرسانة سابقة الإجهاد والخرسانة المعالجة بالبخـار
• الخرسانة المصنوعة من الأسمنت عالى المقاومة للكبريتات والأسمنت المقاوم للكبريتات
- الخرسانة المسلحة المصنوعة من الأسمنت البورتلاندى العادى 0.02
0.04
0.06)متوسط 95% من النتائج بحيث لا تزيد أى نتيجة من النتائج عن 0.08)
كما ينص الكود المصرى لتصميم وتنفيذ المنشآت الخرسانية المسلحة على أن المحتوى الأقصى لأيونات الكلوريد كنسبة مئوية من وزن الركام يجب ألا تتجاوز القيم التالية.
• الخرســانة المسلحــة:
لا تزيد النسبة على 0.04 % للركام الكبير
لا تزيد النسبة على 0.06 % للركام الصغير
لا تزيد النسبة على 0.05 % للركام الخليط
- الخرسانة الإنشائية المعالجة بالبخار أو الخرسانة سابقة الإجهاد:
لا تزيد النسبة على 0.015 % للركام الشامل
كما تنص المواصفات البريطانية (B.S. 8110/82) على آلا تزيد نسبة الكبريتات الذائبة بالخلطة الخرسانية (من الركام والأسمنت والماء والإضافات( عن 4% بالوزن من محتوى الأسمنت بالخلطة.
6 الخواص الحرارية للركام
1. التمـدد الحرارى للركام Thermal expansion
يختلف باختلاف نوع الحبيبات – وتؤثر فى الخرسانه إذا أختلف معامل التمدد لحبيبات الركام اختلافا كبيراً عن معامل تمدد مونة الأسمنت – ويختلف معامل تمدد الأنواع الشائعة من الركام من 0.5 × 10 -6 إلى 9 × 10 -6 بينما معامل تمدد مونة الأسمنت حوالى من 5 × 10 -6.
6-2 الحرارة النوعية للركام
الحرارة النوعية والتوصيل الحرارى للركام يؤثر فى تغير درجة حرارة الخرسانه وتكون تلك الخاصية هامه فى الخرسانه بكميات وأحجام كبيره أو فى الخرسانات المستخدمة فى عزل الحرارة - وليست بذات قيمه فى المنشآت العادية.
7 مناولــة وتخزيــن الركــام
يجب أن تجرى عمليات مناولة وتخزين الركام بحيث لا ينتج عنها أى انفصال حبيبى (أى تركز الركام الصغير فى ناحية والكبير فى ناحية أخرى) أو بحيث لا تضاف شوائب أو مواد عضويه للركام أو ماء أو أية مواد ضاره وذلك أثناء تلك العمليات.
8 الخواص المميزة لبعض الأنواع المحلية لركام الخرسانه
8-1 الرمل والزلط Sand and Gravel
يعتبر الرمل والزلط الطبيعى عادة أرخص مصدر للركام ويستخرج عادة من مترسبات الأنهار كالأماكن المختلفة من وادى النيل )رمل وزلط الهرم ورمل وزلط الخطاطبه) أو من الكثبان الرمليه مثل رمال الساحل )رمل سيدى بشر( وتعتبر رمال وزلط مترسبات الأنهار أكثر أنواع الركام شيوعاً وملاءمة للأعمال الخرسانية المختلفة وذلك لأن الحبيبات يكون أغلبها مستديراً نتيجة لفعل المياه عند نقل وترسيب الركام مع تدرج حبيبى مناسب بالإضافة إلى برى الأجزاء الضعيفة من الحبيبات. أما رمال الكثبان الرمليه الناتجة بفعل الرياح فتكون صغيره المقاس وناعمة وأقل صلاحية من ركام مترسبات الأنهار.
ويكون الرمل والزلط الطبيعى الناتج من فعل المياه الجارية والعوامل الجوية سيليسى فى تركيبه (رمل وزلط الهرم والخطاطبه) أو جيرى وهو أقل قوة واحتمالا ومتانة من السيليسى ويحتمل وجود شوائب به.
وفى المناطق الصحراوية الشديدة الحرارة يكون الحصول على الركام صعباً وبصفة خاصة النقص الواضح فى الزلط. وتكون كذلك المساحات المحتوية على رمل وزلط متشربة بكميات كبيرة من الأملاح الضارة بالخرسانة مثل الجبس (بعض المناطق الموجودة بالقرب من مرسى مطروح) ويعتبر ركام كل هذه المناطق غير مناسب.
8-2 الأحجـار المكسرة Crushed stones
تستعمل الأحجار المكسرة فى الأعمال الخرسانية فى المناطق التى تنعدم فيها الرمل والزلط أو إذا كانت تكاليف الركام المستورد للمنطقة عاليه. وتعطى الأحجار المكسرة ركاماً جيداً مناسباً وغالب ما يكون تكاليف إنتاجه أكثر نسبياً نتيجة التكسير كما أنه يكون زاوى الشكل وركامه الصغير ترابى إلى حد ما ومن أمثلة الأحجار المكسرة الصالحة للاستعمال كركام للخرسانة ما يأتى :-
أ- الجرانيت
صلب ومتين وكثافته عاليه ويعتبر من الصخور الممتازة للخرسانة.
ب- البازلـت
الحبيبات المكونة لهذا الصخر صغيرة ويعتبر أيضاً من الصخور الممتازة للخرسانة.
ج- الحجر الرملى
يصلح الحجر الرملى كركام للخرسانة عندما يكون الحجر صلداً وكثافته عاليه وأفضلها ما يتركب من حبيبات الكوارتز ومادته اللاحمة أكسيد الحديد أو السليكا التى لا شكل لها. والحجر الرملى والذى مادته اللاحمة كربونات الكالسيوم معرض للتآكل بواسطة حمض الكربونيك والكبريتيك الموجودين بالجو. وعندما تكون المادة اللاحمة غير كاملة يصبح الحجر الرملى مسامياً وسهل الكسر وفى هذه الحالة لا يصلح للاستعمال فى الخرسانه.
د- الحجر الجيرى
تعتبر أنواع الحجر الجيرى الصلدة ذات الكثافة العالية من المواد الصالحة للاستعمال كركام للخرسانة ولكن يجب تجنب الأنواع المسامية غير الصلدة بقـدر الإمكان.
8-3 جلخ الأفـران العالية Blast Furnace Slag
يعتبر هذا النوع أكثر أنواع الركام الصناعى استعمالا وينتج من الأفران العالية أثناء إنتاج تماسيح الحديد ويتكون من سليكات الكالسيوم والمغنيسيوم وسليكات الألمنيوم.ويختلف جلخ الأفران العالية من حيث التركيب الكيميائى والصلادة وشكل السطح باختلاف المصدر وطريقة التبريد. ويصلح جلخ الأفران العالية للاستعمال فى الخرسانه للأعمال الإنشائية بعد تكسيره بشرط أن يكون تبريده بالهواء ويجب استبعاد الجلخ المتفتت أو الترابى والذى يحتوى على بعض أكاسيد الحديد ، كما يجب أن يكون ركام جلخ الأفران صلداً وكثيفاً ذا بلورات دقيقه وحجرى الشكل. وليست خرسانة جلخ الأفران سهلة فى تشغيلها مثل خرسانة الزلط كما أنها تحتاج إلى كمية أكثر من ماء الخلط وتتصف بمقاومتها للحريق.
8-4 الطوب المكسر Crushed Bricks
يمكن استخدام الطوب المكسر فى الخرسانه العادية غير المسلحة بشرط ألا تكون عدم القابلية لنفاذ الماء ومقاومة البرى من الخواص المطلوبة. ويجب أن يستخدم فقط الطوب المكسر النظيف والثابت الحجم والجيد الحرق والذى يعطى خرسانة لها قوة كافية للأغراض المطلوبة بالإضافة إلى المقاومة العالية للحريق. ويراعى إزالة الجبس من الطوب القديم قبل تكسيره لأن كبريتات الكالسيوم قد تؤدى إلى منع أو تأخير شك الأسمنت أو قد تسبب تفتت الخرسانة. كما يراعى أيضاً عدم استعمال الطوب المحتوى على كبريتات ذائبة بنسبة تزيد على 0.5 %. ولا يستخدم الطوب المكسر المسامى كركام للخرسانة المسلحة حتى لا تتسرب الرطوبة التى تؤدى إلى صدأ خطير فى حديد التسليح.
8-5 الفرموكوليت " المنفوش " Expanded Vermiculite
الفرموكوليت هو أحد عناصر مجموعة الميكا ويصير نفشه عن طريق تسخين الخام المجفف المطحون إلى درجة حرارة تصل إلى 980 درجة مئوية لمدة تتراوح من 4 إلى 8 ثوان فيزيد حجمه إلى 30 مرة. وتتغير حبيبات الفرموكوليت " المنفوش " بخفة الوزن والنعومة وتتكسر بسهولة بشكل طبقى ، ويزن المتر المكعب منه من 100 إلى 200 كيلو جرام ويعتبر عازلاً ممتازاً للحرارة حتى درجة حوالى 100 5م.
8-6 الطيـن المحـروق Cindered Clay
يصنع بحرق الطين فى قمينة إلى قرب الانصهار ثم يبرد الطين المحروق ويكسر وينخل للأحجام التجارية المطلوبة. ونتيجة للغازات المنبعثة أثناء عملية الحريق تتحول المادة إلى طين متمدد به فراغات وخفيف الوزن ووزنه النوعى 0.6 ووزنه الحجمى 650 كيلو جرام للمتر المكعب.
8-7 الحجر الخفاف Pumice
هو ركام طبيعى خفيف الوزن ويستخرج بأحجام صغيره حتى مقاس حوالى 16 مم ويصلح الحجر الخفاف كركام للخرسانة الخفيفة على ألا يحتوى على مواد بركانية ناعمة أو أى مادة من أصل بركانى. ويعتبر ركام الحجر الخفاف أفضل أنواع الركام الخفيف كعازل للحرارة ولكنه غالى التكاليف نظراً لأنه مادة مستوردة.
8-8 ركـاز الحديـد
يستعمل ركاز الحديد من الليمونيت والمجناتيت بعد تكسيره للمقاسات المطلوبة كركام فى الخرسانه الثقيلة المقاومة للإشعاعات الذرية. وفى بعض الأحيان يأخذ الحديد الخردة أو يقطع الحديد والصلب إلى قطع صغيرة ويعتبر ركاماً ثقيلاً ويستخدم فى الخرسانة الثقيلة الواقية من الإشعاعات الذرية ويجب مراعاة أن يكون هذا الركام خالياً من الزيوت والشحوم.
8-9 المراجع References
1. أ.د. عبد الكريم عطا، أ.د. أحمد العريان، "تكنولوجيا الخرسانة - الجزء الأول - مواد الخرسانة المسلحة وصناعتها"، عالم الكتاب، القاهرة.
2. المواصفات القياسية المصرية م.ق.م. 1109-1992 "ركام الخرسانة من المصادر الطبيعية"، الهيئة المصرية للتوحيد القياسى ، وزارة الصناعة.
3. الكود المصرى لتصميم وتنفيذ المنشآت الخرسانية المسلحة - 2007، وزارة الإسكان والمرافق و المجتمعات العمرانية الجديدة، مركز بحوث الإسكان و البناء والتخطيط العمرانى.
4. A. M. Neville, “Properties of Concrete”, Pitman & sons Ltd., London
5. P. Kumar Mehta, Paulo J.M. Monteiro, "Concrete Micro-stucture, properties, and Materials", McGraw-Hill, Third edition, 2006.
6. ASTM C33-86, “Concrete Aggregates”.
0.75
1
12
0.15
0.3
49
75
85
98
90
80
70
60
40
30
20
10
0
50
100
% Pass
0.6
1.18
2.36
4.75
Logarithmic Scale
Log Sieve No. (mm)
100
85 - 100
0 - 25
-
0 - 5
–
–
-
100
85 - 100
0 - 70
0 -25
0 – 5
–
-
-
100
85 – 100
0 – 50
0 – 10
-
المقاس الاعتبارى 40مم
المقاس الاعتبارى 20مم
المقاس الاعتبارى 14مم
النسبة المئوية للمـار من المنخــل
الركام ذو المقاس الواحد
50
37.5
20
14
10
5
2.36
100
90 - 100
35 - 70
25 - 50
10 - 40
0 – 5
–
-
100
90 - 100
40 - 80
30 -60
0 – 10
–
-
-
100
90 – 100
50 – 85
0 – 10
-
المقاس الاعتبارى 40-5 مم
المقاس الاعتبارى 20-5مم
المقاس الاعتبارى 14-5 مم
مقـاس المنخــل
)مم(
النسبة المئوية للمـار من المنخــل
الركام المتدرج
Cement content
400 kg/m 3
Cement content
300 kg/m 3
5
40
45
50
10
15
300
200
250
150
100
350
Conc. Comp. Str.Fc (kg/cm2)
20
25
30
35
S.S.A. for Agg. (cm 2/gm
ا.د / عبد الكريم عطا
منتدى المهندس السورى
تعليقات
إرسال تعليق