التخطيط الاستراتيجي لمشروعات اللاندسكيب الكبري

GRC or GRFC composition, production and quality

الخرسانة المسلحة بالألياف الزجاجية Glass Fiber Reinforced Concrete – GRC أو (GFRC ) هي مادة إنشائية مركبة تعتمد على الأسمنت كمكون أساسي، معززة بألياف زجاجية مقاومة للشروخ والقلويات. تتميز هذه المادة بكونها تجمع بين قوة ومتانة الخرسانة التقليدية وخفة الوزن، مما يجعلها خيارًا مثاليًا في العديد من التطبيقات المعمارية والإنشائية.

تم تطوير GRC في السبعينيات كمادة مبتكرة، حيث تم دمج الألياف الزجاجية داخل خليط من الأسمنت والرمل، مما عزز من قوة الشد مقارنة بالخرسانة العادية. كما يمكن تحسين خصائصها الميكانيكية، وخاصة مقاومة الشد، من خلال إضافة البوليمرات إلى الخليط، مما يزيد من مرونة ومتانة المادة بشكل عام.

تاريخ وتطور الخرسانة المسلحة بالألياف الزجاجية (GRC).

تأسست رابطة الأسمنت المقوى بالألياف الزجاجية (Glass Fibre Reinforced Cement Association) رسميًا عام 1975، وساهمت في تطوير هذه المادة استنادًا إلى أبحاث (Building Research Establishment) ونظرًا لأن قوة المواد المركبة تعتمد بشكل أساسي على نقاء وقوة الألياف، فقد قامت شركة (Pilkington) بتطوير زجاج مقاوم للقلويات، حيث إن البيئة القلوية للأسمنت يمكن أن تتسبب في ظهور عيوب سطحية في الزجاج العادي، مما يجعله أكثر عرضة للكسر.

مكونات الخرسانة المسلحة بالألياف الزجاجية.

تتكوّن الخرسانة المسلحة بالألياف الزجاجية (GRC) من مجموعة من المكونات الأساسية، بالإضافة إلى بعض الإضافات التي تُستخدم لتحسين أدائها وتعزيز خصائصها الفيزيائية والميكانيكية.

أولًا: المكونات الأساسية (Main Components).

• الأسمنت البورتلاندي (OPC): يستخدم الأسمنت البورتلاندي الأسود أو الأبيض كعامل رابط أساسي يدمج الخليط معا، تمامًا كما هو الحال في الخرسانة التقليدية.
• الركام الدقيق (Fine Aggregates): يتكون عادة من رمل السيليكا الناعم (Silka)، والذي يساهم في ملء الفراغات بين جزيئات الأسمنت، مما يعزز من قوة ومتانة المنتج النهائي، إلى جانب تحسين ملمسه.
• الماء (Water): عنصر أساسي في عملية الإماهة للأسمنت، حيث يساعد على تحقيق تماسك الخليط، ويسهل عملية الصب أو الرش داخل القوالب المخصصة.

ثانيًا: العنصر المميز في تكوين المادة - الألياف الزجاجية (Glass Fibers, GF).

تُعد الألياف الزجاجية المقاومة للقلويات (AR Fiber) العنصر الأكثر تميزًا في GRC، حيث تم تطويرها خصيصًا لمقاومة التأثيرات القلوية للأسمنت، مما يزيد من متانة الخرسانة. تحتوي هذه الألياف على نسبة تصل إلى 17% من مادة الزيركونيا (Zirconia)، التي توفر مقاومة عالية للحرارة والتآكل.

ولمعرفة مكونات الخرسانة المسلحة بالألياف الزجاجية (GRC) بدقة، يجب أولًا تقسيمها وفقًا لطريقة التصنيع إلى نوعين أساسيين، إما طريقة الرش (Sprayed GRC) أو طريقة الخلط (Premix GRC)، وتكون نسب المكونات لكل منهما على النحو التالي:

أولا: في نظام الرش (Sprayed GRC):

يتم استخدام خليط مكوَّن من 50 كجم من الرمل، و50 كجم من الأسمنت، ويُضاف إليه ما بين 15 إلى 17 لترًا من الماء، مع ضرورة الالتزام بتعليمات الشركة المُصنّعة فيما يتعلق باستخدام الملدنات (Plasticiser). أما الألياف الزجاجية (Glass Fibres)، فتُضاف بنسبة تتراوح بين 4% إلى 6% من إجمالي وزن الخليط، مع إمكانية إضافة البوليمر (Polymer) بشكل اختياري حسب الحاجة.

ثانيا: في نظام الخلط (Premix GRC):

تتكوّن الخلطة من 50 كجم من الرمل، و50 كجم من الأسمنت، مع كمية ماء تتراوح بين 17 إلى 18 لترًا. في هذا النظام لا يتم استخدام الملدنات، وتُضاف الألياف الزجاجية بنسبة أقل، تتراوح بين 2% إلى 3.5% من إجمالي وزن الخليط. كما يمكن أيضًا إضافة البوليمر بشكل اختياري بحسب متطلبات التصميم أو الأداء.

هل تكفي الألياف الزجاجية للمخلوط الأساسي؟ أم أن هناك سر أخر؟

رغم الدور المهم الذي تلعبه الألياف الزجاجية في تحسين خصائص الخرسانة المسلحة، إلا أن المزيج الأساسي وحده لا يكون كافيًا دائمًا لتحقيق الأداء الأمثل. لذلك، تتم إضافة مجموعة من الإضافات (Admixtures) التي تعزز من خواص المادة وتمنحها أداءً أعلى وجودة أفضل، ومن أبرز هذه الإضافات:

• البوليمرات (Polymers): تُستخدم لتحسين متانة GRC وزيادة مقاومتها للتآكل والتشقق، كما تساهم في تحسين العزل الحراري. إضافةً إلى ذلك، تُعد البوليمرات مواد مستدامة وقابلة لإعادة التدوير، مما يجعلها خيارًا صديقًا للبيئة.
• الملدنات (Plasticizers): تُحسن قابلية التشغيل (Workability) وتجعل عملية الصب أسهل، خاصة عند تقليل كمية المياه في الخليط للحفاظ على القوة والكثافة المطلوبة.
• أصباغ التلوين (Pigments): تُستخدم لتلوين GRC وإضفاء طابع جمالي مميز على المنتج النهائي. ويفضل استخدام الأسمنت الأبيض مع الأصباغ للحصول على ألوان أكثر نقاءً وتأثيرات جمالية متعددة.
• الأديبوند (Addibond): مادة تُضاف لزيادة الترابط بين جزيئات الخليط، مما يمنع التفتت أو الانفصال أثناء الاستخدام أو بعد الصب، ويُسهم في تحسين القوة البنيوية.
• كلوريد الكالسيوم (Calcium Chloride): يُستخدم لتسريع زمن الشك والتصلب، ما يسمح بفك القوالب خلال أقل من 24 ساعة. ومع ذلك، يُنصح باستخدامه بحذر لتفادي تأثيره السلبي على توازن مكونات الخليط. يُستخدم كلوريد الكالسيوم في إذابة الجليد على الطرق في البلدان الباردة نظرًا لقدرته العالية على امتصاص الماء.

ملحوظة هامة:" لضمان الحصول على خرسانة GRC بكفاءة عالية وجودة مُعتمدة، يُنصح دائمًا باتباع تعليمات الشركة المُصنّعة بدقة، سواء في نسب الخلط أو نوعية الإضافات وطريقة التطبيق. الالتزام بهذه التوجيهات يضمن تحقيق الأداء المطلوب وتجنّب أي مشاكل فنية أو إنشائية مستقبلًا."

هل تتواجد الألياف الزجاجية بأشكال مختلفة؟

يتم إنتاج الألياف الزجاجية المقاومة للقلويات (Alkali-Resistant Glass Fibers - AR Fibers) بثلاثة أشكال مختلفة، وهي:

1. الألياف المقطعة (Chopped Bundled Fibers): تأتي على شكل حزم تحتوي كل منها على ما يقرب من 200 شعيرة، بقطر يصل إلى 18 ميكرون، أي بإجمالي 3.6 ملم لقطر الحزمة الواحدة.
2. الألياف المستمرة غير المقطعة (Roving Fibers): تتوفر إما على شكل حزم مجمعة أو شرائط مسطحة ملفوفة على بكرات.
3. الألياف المنسوجة (Scrim Fibers): تأتي في صورة شبكات من الألياف الزجاجية، وتستخدم لتعزيز قوة ومتانة المنتجات المصنعة من GRC.

تقنيات عديدة  لتصنيع منتجات GRC.

تتوفر عدة تقنيات لتصنيع منتجات GRC، ولكل طريقة خصائصها المميزة التي تؤثر في الشكل النهائي والأداء الميكانيكي للمنتج، ومن أبرز هذه الطرق:

الضغط في القوالب (Pressing into a Mould).

• تعتبر هذه الطريقة من أقدم الطرق وأكثرها استخدامًا في إنتاج GRC. إليك خطواتها الأساسية:
• يتم تنظيف القالب وتجهيزه، وقد يتطلب ذلك وضع مواد مانعة للالتصاق لضمان سهولة إخراج المنتج بعد تصلبه.
• يتم خلط مكونات الخرسانة (الأسمنت، الرمل، الماء، والإضافات الأخرى) في خلاط ميكانيكي. بعد ذلك، تضاف الألياف الزجاجية إلى الخليط ويستمر الخلط حتى يتم توزيع الألياف بشكل متجانس.
• يتم وضع خليط الخرسانة والألياف الزجاجية في القالب المجهز.
• يتم ضغط الخليط في القالب باستخدام مكبس أو أداة ضغط أخرى. يساعد الضغط على توزيع الألياف بشكل أفضل وإزالة أي فقاعات هوائية.
• يترك المنتج في القالب حتى يتصلب. قد يتطلب ذلك بعض الوقت حسب نوع الأسمنت المستخدم وظروف المعالجة.
• بعد تصلب الخرسانة، يتم إخراج المنتج من القالب.

الخلطة الجاهزة للصب (Cast Premix).

• ما يميز تلك الطريقه هى سرعة الخلاط الثنائيه مما يجعل الحصول على مزيج متجانس أمرا سهلا.
• يتم خلط الألياف الزجاجية في المونه الأسمنتيه قبل صبها مباشرة على القالب.
• في البداية، يتم خلط الرمل والأسمنت جافين قبل إضافة الماء/المواد المضافة والبوليمر (إذا تم استخدامه).
• يتم خلط مكونات المونه الأسمنتيه وبدء عمليه الخلط بإستخدام خلاط ثنائى السرعه ، ونبدأ أولا بسرعه خلط عاليه لمده (1-2 دقيقه) للوصول إلى منتج ​​ناعم وكريمي.
• ثم يتم تبديل الخلاط إلى سرعة أبطأ مع إضافة الألياف الزجاجية على شكل خيوط مقطوعه لمده (1 دقيقه)
• بمجرد أن يصبح الخليط جاهزًا، يتم صبه أو ضخه مباشرة على القوالب وضغطه بإستخدام الإهتزازعلى طاولة إهتزازية أو من خلال إضافات خاصة متضمنة في الخليط (Self-Compacted).
• يُترك المنتج في القالب ويُغطى بمشمع البولي إيثيلين لمنع فقدان الرطوبة حتى اليوم التالي عندما يتم إخراج المنتج من القالب لاحقًا.
• بعد إخراج المنتج من القالب، تستمر المنتجات لمدة 7 أيام تقريبًا في المعالجة تحت صفائح البولي إيثيلين، مع الحفاظ على الظروف الرطبة.

طريقة الرش اليدوي (Hand Spray Technique).

• وهي التقنيه الشائعه وشعبيه الإستخدام خاصه للشركات الصغيره لقله تكلفه التصنيع .
• تتم عن طريق رش الخليط (ألياف زجاجية AR المقطعة والمونه الأسمنته في وقت واحد) بمسدس خاص Spry gun.
• توزيع الألياف بكفاءة في جميع أنحاء الخليط.
• الضغط على الخليط بروله يدويه فى جميع الإتجاهات لضغط المحتوى وزياده كثافه المنتج.
• يتم إستخدام ألياف زجاجية بنسبه 5% تقريبا من الوزن الكلى .

الخلطة الجاهزة بالرش (Sprayed Premix).

• يتم خلط المونه الأسمنتيه والألياف الزجاجيه مسبقًا قبل الرش.
• يتم تطبيق الخلطة الجاهزة بالألياف الزجاجية باستخدام مسدس خاص.
• إنخفاض محتوى ألياف الزجاج المقطوعة (3% الوزن)، وأطوال الألياف الأقصر، واتجاه الألياف متعدد الأبعاد يجعلها أضعف نسبيا من طريقه الرش اليدوى التقليدى.
• ولكن تضمن هذه التقنية توزيعًا موحدًا للألياف في جميع أنحاء الخليط، مما ينتج عنه مواد تتمتع بمتانة أعلى .الخلطة الجاهزة بالرش هي الطريقة المفضلة للعديد من العناصر المعمارية الصغيرة.

"تُفضل هذه العملية لتصنيع المنتجات القياسية نظرًا لسهولة التشغيل الآلي التي توفرها. يمكن استخدام القوالب المعقدة، مع ضمان نتائج متسقة على الرغم من انخفاض الخصائص الميكانيكية قليلاً".

الرش الآلي أو النصف آلي (Automatic or Semi-Automatic Spray Process). 

• يتم تثبيت مسدس الرش على مسار ترددي مع مرور القوالب أسفله على ناقل.
• يمكن أن يتم الضغط يدويًا أو عبر نظام تجفيف.
• هذه الأنظمة مثالية لإنتاج المنتجات المسطحة.

اعتبارات أخري لا يجب تجاهلها لتحقيق أفضل جودة للمنتج النهائي.

بالإضافة إلى طريقة التصنيع هناك أيضًا إعتبارات أخرى كأساليب لتصنيع عناصر GRC ليصبح المنتج عالي الجودة:

• استخدام قوالب جديدة ومتينة ذات أسطح ناعمة لضمان سهولة فك القوالب دون تلف العناصر المصبوبة.
• يُعد إدخال الانحناءات أو الطيات في تصميم العناصركتصميم المقاطع المطوية (Folded Sections) وسيلة فعالة لتعزيز صلابة الألواح وزيادة مقاومتها للانحناء.
• يُنصح باستخدام خلاطات عالية الكفاءة (الخلط الميكانيكي) تضمن مزجًا متجانسًا للمكونات بنسب دقيقة، مما يحسن أداء الخليط النهائي.
• التوزيع الجيد للألياف الزجاجية يؤدي إلى تحسين المتانة وزيادة القدرة على تحمل الأحمال المختلفة.
• سواء في الأنظمة اليدوية أو الآلية، فإن قوة الضغط المصحوبة بالدمك اليدوي تساعد على زيادة كثافة الخليط وجودته لذلك يجب التحكم في ضغط مسدس الرش.
• من الضروري معالجة عناصر GRC في بيئة خاضعة للسيطرة على الرطوبة ودرجة الحرارة لضمان الوصول إلى أعلى مقاومة ممكنة.
• الاهتمام بالتشطيبات النهائية كالطلاء أو التلوين المناسب ليضفي مظهرًا جماليًا عالي الجودة، كما يحسن من مقاومة المنتج للعوامل البيئية.
• الاعتماد على عمالة ماهرة ومحترفة وفنيين ذوي خبرة عالية في التصنيع والتركيب لتحقيق نتائج دقيقة وآمنة.

اختبارات الخلطة الخرسانية المسلحة بالألياف الزجاجية.

تُستخدم اختبارات خلطه الخرسانة المسلحة بالالياف الزجاجية (GRC) لتقييم خصائصها الميكانيكية والجودة الإجمالية، وتشمل بعض الاختبارات الشائعة ما يلي:

1. اختبار الضغط المحوري Compressive strength : يقيس قدرة الخرسانة على مقاومة الضغط المحوري
2. إختبار الانحناء (ASTM C947): flexural strength: يقيس قدرة الخرسانة على مقاومة الانحناء عن طريق تعريض العينه إلى ضغط في المنتصف مع تحميل العينه على نقتطى إرتكاز.
3. يمكن عمل لاختبار قوه الشد لتحديد قدرة الخرسانة على مقاومة الشد.
4. الكثافة وامتصاص الماء والمسامية (ASTM C948): تقيس طريقة الاختبار القياسية هذه الكثافة الحجمية الجافة والرطبة وامتصاص الماء والمسامية الظاهرية للمقاطع الرقيقة للخرسانة المسلحة بالالياف الزجاجية.
5. محتوى الالياف الزجاجية (ASTM C1229): تساعد في تحديد كمية تعزيز الالياف الزجاجية في المواد المركبة. يعتبر محتوى الالياف عاملاً مهمًا يؤثر على الأداء الميكانيكي للخرسانة المسلحة بالالياف الزجاجية.
6. التقادم المعجل بالماء الساخن (ASTM C1560): تقييم مقاومة المادة للتدهور في ظل ظروف درجات حرارة ورطوبة مرتفعة هذه الطريقة تظهر متانة المواد المركبة الأسمنتية (بما في ذلك الخرسانة المسلحة بالالياف الزجاجية) عن طريق تعريضها للماء الساخن لفترة طويلة.
7. اختبار مقاومة التآكل: يقيس قدرة الخرسانة على مقاومة التآكل الكيميائي أو الميكانيكي.
8. إختبار مقاومة الحريق: يقيس قدرة الخرسانة على مقاومة الحريق.

تعديل المقال