استخدام الخرسانة عالية الأداء (UHPC) في رصف سطح جسر كبير

مقدمة

يُستخدم الخرسانة فائقة الأداء (UHPC)، بفضل قوتها العالية ومتانتها الفائقة وأدائها الهيكلي الممتاز، على نطاق واسع ومتزايد في الجسور، ورصف أسطح الجسور، والمكونات الجاهزة، والبنية التحتية عالية الأداء.

بالمقارنة مع الخرسانة العادية، تتسم الخرسانة فائقة القوة (UHPC) عمومًا بنسبة منخفضة من الماء إلى المادة الرابطة، وتحتوي على نسبة عالية من المواد المعدنية فائقة الدقة مثل الأسمنت ودخان السيليكا، إلى جانب مواد تقوية تشمل ألياف الصلب. يوفر نظام المواد هذا خصائص ميكانيكية ومتانة فائقتين، إلا أنه يميل إلى التسبب في مشاكل إنشائية مثل انخفاض قابلية التدفق وزيادة اللزوجة وصعوبة الضخ.

ولهذا السبب، فإن الخرسانة عالية الأداء فائقة القوة (UHPC) PCE يلعب المُحسّن الفائق دورًا حيويًّا في تركيبات الخرسانة عالية الأداء (UHPC) ذات نسبة الماء إلى المادة الرابطة المنخفضة. ومن خلال التخفيض الفعال لكمية الماء وتشتيت الجسيمات، يتيح مادة PCE للخرسانة عالية الأداء (UHPC) الحفاظ على قابلية تدفق وقابلية تشييد جيدة عند استخدام كمية منخفضة من الماء.

لماذا يتطلب الخرسانة عالية الأداء (UHPC) استخدام مادة فائقة التليين مخصصة من نوع PCE؟

ترتبط القوة العالية للخرسانة فائقة القوة (UHPC) ارتباطًا وثيقًا بانخفاض نسبة الماء إلى المادة الرابطة فيها.

يمكن أن يؤدي تقليل كمية الماء المستخدمة في الخلط إلى تقليل المسام الداخلية للخرسانة المتصلبة وتحسين كثافة المادة وقوتها. ومع ذلك، مع انخفاض كمية الماء، تصبح الجسيمات الدقيقة مثل الأسمنت ودخان السيليكا أكثر عرضة للتكتل، كما تميل لزوجة الخليط إلى الارتفاع.

إذا تم زيادة كمية الماء لمجرد تحسين قابلية التدفق، فسترتفع نسبة الماء إلى المادة الرابطة، مما يؤدي بدوره إلى إضعاف قوة ومتانة الخرسانة عالية الأداء فائقة القوة (UHPC).

لذلك، فإن استخدام مادة PCE مخصصة للخرسانة عالية الأداء (UHPC) أمر ضروري لتحسين تشتت الجسيمات وتقليل استهلاك الماء لكل وحدة في ظل انخفاض نسبة الماء إلى المادة الرابطة.

يتميز الملدن الفائق من نوع إيثر البوليكاربوكسيلات (PCE) بكفاءة عالية في تقليل كمية الماء وقدرة ممتازة على التشتت. وهو أحد الملدنات الفائقة الأداء المستخدمة على نطاق واسع في الخرسانة فائقة القوة (UHPC) والخرسانة عالية الأداء ذات نسب الماء إلى المادة الرابطة المنخفضة.

بالنسبة لأنظمة الخرسانة عالية الأداء (UHPC)، تؤدي شركة PCE بشكل أساسي المهام التالية:

• تقليل استهلاك المياه لكل وحدة
• تحسين توزيع الأسمنت والمواد المعدنية فائقة الدقة
• زيادة قابلية الخلطة للتدفق
• تحسين أداء ضخ الخرسانة عالية القوة (UHPC)
• ساعد في الحفاظ على نسبة منخفضة بين الماء والمادة الرابطة

لذلك، فيما يتعلق بخليط الخرسانة عالية الأداء (UHPC PCE)، ينبغي إيلاء الاهتمام ليس فقط لمعدل تخفيض كمية الماء، بل أيضًا لمعدل التشتت وتوافق المواد.

دراسة حالة عن رصف سطح جسر من الخرسانة عالية القوة فائقة الكثافة (UHPC PCE) لجسر نهر شياوتشينغ العملاق في شاندونغ

يُعد مشروع رصف سطح جسر «جسر شاندونغ شياو تشينغ الضخم» باستخدام الخرسانة عالية الأداء (UHPC) أحد التطبيقات النموذجية لاستخدام هذه الخرسانة في مشاريع الجسور الكبيرة.

ويشكل هذا المشروع جزءًا من مشروع توسيع الجزء الشرقي من الطريق الدائري السريع في جينان، الممتد بين تقاطع شياوشوجيا ومطار ياو تشيانغ.

يبلغ طول الجسر الرئيسي حوالي 1,230.5 مترًا وعرضه 33 مترًا، ويضم أربعة مسارات في كلا الاتجاهين، وتبلغ السرعة التصميمية 120 كم/ساعة.

يستخدم الجسر سطحًا فولاذيًّا متناظر الخواص بسمك 14 ملم للوحة العلوية. وأثناء رصف سطح الجسر، كان لا بد من نقل الخرسانة عالية القوة فائقة الكثافة (UHPC) إلى منطقة بناء مرتفعة. ونظرًا لضرورة استخدام الضخ الثانوي، كان من الضروري أن يتمتع خليط الخرسانة عالية القوة فائقة الكثافة (UHPC) بقدرة كافية على التدفق والاستقرار وقابلية الضخ.

كيف يعمل PCE عالي التشتت على تحسين قابلية التدفق والضخ في الخرسانة عالية القوة (UHPC)؟

استخدم المشروع نظامًا للخرسانة عالية الأداء فائقة القوة (UHPC) ذات نسبة منخفضة من الماء إلى المادة الرابطة، يحتوي على إضافات معدنية فائقة الدقة وألياف.

تعمل هذه المواد على تحسين قوة ومتانة الخرسانة عالية القوة فائقة الصلابة (UHPC)، لكنها قد تؤدي أيضًا إلى زيادة لزوجة الخليط.

ولمواجهة هذا التحدي، تم إنشاء PCE وقد استُخدمت مادة UHPC ذات قدرة عالية على التشتت.

ولم يقتصر النهج المتبع على مجرد إضافة المزيد من الماء. بل إن تأثيرات تقليل الماء والتشتت التي يتميز بها مادة PCE المستخدمة في الخرسانة عالية القوة فائقة الكثافة (UHPC) ساعدت في تحسين حالة الجسيمات الأسمنتية، مما سمح للخرسانة عالية القوة فائقة الكثافة بالحفاظ على أداء قابل للتشكيل عند نسبة منخفضة من الماء إلى المادة الرابطة.

فيما يتعلق بضخ الخرسانة عالية الأداء (UHPC)، يمكن أن يؤدي التشتت الفعال إلى الحد من تكتل الجسيمات وتعزيز حالة تدفق أكثر اتساقًا، مما يدعم عمليات الضخ على ارتفاعات عالية وبناء أسطح الجسور.

نتائج اختبار PCE لرصف سطح جسر من الخرسانة عالية القوة (UHPC)

حقق الخرسانة عالية القوة فائقة الكثافة (UHPC PCE) المستخدمة في المشروع قابلية تدفق جيدة وأداءً ميكانيكيًا جيدًا.

تم إدراج البيانات الرئيسية للمشروع في الجدول أعلاه.

يشير التدفق الأولي البالغ 720 ملم إلى قابلية جيدة للانتشار، في حين أن قيمة T500 البالغة 6 ثوانٍ تعكس خصائص تدفق جيدة.

بلغت قوة الضغط النهائية 135 ميجا باسكال، مما يدل على أن نظام الخرسانة عالية الأداء (UHPC) قادر على الجمع بين الأداء الإنشائي والقوة العالية.

كما أدى المشروع إلى خفض استهلاك المواد ذات الصلة من خلال تحسين النظام، مما أدى إلى خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنحو 20%.

من المهم ملاحظة أن أداء الخرسانة عالية الأداء (UHPC) يتحدد عادةً بالتأثيرات المشتركة لكل من الأسمنت، ودخان السيليكا، والمضافات المعدنية، والألياف، ومُحسّن اللدونة PCE، ونسبة الماء إلى المادة الرابطة، وعمليات البناء، وليس بمواد واحدة فقط.

تطبيقات المُليّن الفائق PCE المستخدم في الخرسانة عالية القوة (UHPC)

لا تقتصر استخدامات المُليّنات الفائقة الأداء من نوع PCE على رصف أسطح الجسور المصنوعة من الخرسانة عالية الأداء (UHPC) فحسب.

مع تطور تقنيات الخرسانة فائقة القوة (UHPC) والخرسانة عالية الأداء، يمكن استخدام إضافات الخرسانة فائقة القوة (UHPC) والمُليّنات الفائقة PCE في مجموعة متنوعة من التطبيقات.

هياكل الجسور المصنوعة من الخرسانة عالية الأداء (UHPC): رصف سطح الجسر، وتقوية الجسر، وعناصر التوصيل، ومكونات الجسور الجاهزة.

الخرسانة عالية الأداء: أنظمة خرسانية تتميز بالقوة العالية، وقابلية التدفق العالية، والمتانة العالية.

الخرسانة الجاهزة: تقليل استهلاك المياه وتحسين قابلية التدفق لدعم كثافة المكونات وكفاءة الإنتاج.

المكونات الجاهزة المصنوعة من الخرسانة فائقة القوة (UHPC): تساعد قابلية التدفق الجيدة على ملء القوالب ذات الجدران الرقيقة، وذات القوة العالية، والمقاطع المعقدة. الخرسانة فائقة القوة: تؤدي النسب المنخفضة للماء والمواد الرابطة إلى زيادة المتطلبات فيما يتعلق بكفاءة تقليل الماء، والتشتت، والتوافق مع الملدنات الفائقة من نوع إيثر البوليكاربوكسيلات.

اتجاهات تطوير مركب البولي كلوريد الإيثيلين (PCE) المستخدم في الخرسانة عالية القوة فائقة الكثافة (UHPC)

يُظهر مشروع الجسر الضخم على نهر شياوتشينغ في شاندونغ الإمكانات التي يتمتع بها الخرسانة عالية الأداء فائقة القوة (UHPC) في بناء الجسور الكبيرة، ويُبرز أهمية الخرسانة المسلحة عالية الأداء (PCE) في صب الخرسانة عالية الأداء فائقة القوة (UHPC).

بالنسبة للخرسانة عالية الأداء فائقة القوة (UHPC) ذات النسبة المنخفضة بين الماء والمواد الرابطة، لا يُستخدم مادة PCE فقط لتقليل كمية الماء المطلوبة، بل إن دورها الأهم هو تحسين تشتت الجسيمات والمساعدة في تحقيق التوازن بين أداء المادة وأداء البناء.

يمكن النظر إلى هذه العملية على النحو التالي:

نسبة منخفضة من الماء إلى المادة الرابطة → كثافة وقوة أعلى

تقليل استهلاك المياه بكفاءة عالية → انخفاض الطلب على المياه

تشتت الجسيمات → تحسن حالة الخليط

الحفاظ على قابلية التدفق → متطلبات الضخ والبناء

تحسين الخلط → توازن بين القوة والمتانة وسهولة التشغيل

وبالتالي، فإن التطوير المستقبلي لمُحسِّن اللدونة الفائق PCE المخصص لخرسانة UHPC لن يركز فقط على تحقيق نسبة أعلى من تخفيض الماء، بل سيشمل أيضًا التشتت العالي، والقدرة على التكيف مع النسب المنخفضة من الماء إلى المادة الرابطة، والتوافق مع المواد الأخرى، واستقرار البناء.

الخاتمة

يتزايد استخدام الخرسانة عالية الأداء (UHPC) في هياكل الجسور، ورصف أسطح الجسور، والمكونات الجاهزة، والبنية التحتية عالية الأداء.

إلا أن أداءها العالي يقترن بنظام مواد أكثر تعقيدًا. فانخفاض نسب الماء إلى المادة الرابطة، وارتفاع مستويات المواد فائقة الدقة، والألياف، كل ذلك يعزز القوة والمتانة، بينما يفرض في الوقت نفسه متطلبات أعلى فيما يتعلق بقابلية التدفق والضخ.

الخرسانة عالية الأداء (UHPC) من نوع PCE المُليّنات الفائقة يمكن أن يساعد UHPC في الحفاظ على أداء عملي عند نسب منخفضة من الماء إلى المادة الرابطة، وذلك من خلال التخفيض الفعال لكمية الماء وتشتت الجسيمات.

حقق مشروع الجسر الضخم على نهر شياو تشينغ في شاندونغ تدفقًا أوليًّا قدره 720 ملم، ووقتًا T500 قدره 6 ثوانٍ، وقوة ضغط تبلغ 135 ميجا باسكال، مما يبرهن على الإمكانات العملية لأنظمة الخرسانة عالية الأداء فائقة القوة (UHPC) في مشاريع الجسور الكبيرة.

بالنسبة لمركب PCE المستخدم في الخرسانة عالية الأداء (UHPC)، ستستمر التطورات المستقبلية في تجاوز مجرد خفض نسبة الماء لتشمل التشتت العالي، والقدرة على التكيف مع نسب الماء إلى المادة الرابطة المنخفضة، وتوافق المواد، واستقرار البناء.

من خلال الاختيار المناسب لمكونات الخرسانة (PCE)، وتصميم الخلطة، ومراقبة عملية البناء، يمكن للخرسانة عالية الأداء فائقة القوة (UHPC) أن تُظهر بشكل أفضل قوتها العالية ومتانتها وقابليتها للتشكيل في الجسور وغيرها من تطبيقات الخرسانة عالية الأداء.