م.م فاطمه مسلم
المقدمة

تعد التشققات في الخرسانة من المشكلات الشائعة التي تؤثر على متانة الهياكل الخرسانية وعمرها الافتراضي. مع التطور في علوم المواد، أصبح استخدام الإضافات النانوية (Nanomaterials) أحد الحلول الحديثة لتحسين الخصائص الميكانيكية والكيميائية للخرسانة، بما في ذلك مقاومة التشققات الناتجة عن الانكماش، الأحمال، والعوامل البيئية.

أسباب التشققات في الخرسانة

التقلص الانكماشي (Shrinkage Cracking): نتيجة فقدان الماء أثناء المعالجة والتصلب.

التحميل الزائد: الأحمال الميكانيكية تفوق قدرة الخرسانة على التحمل.

التغيرات الحرارية: التمدد والانكماش الناتج عن تغير درجات الحرارة.

التأثير الكيميائي والبيئي: مثل الكربنة والتآكل الكيميائي.

دور الإضافات النانوية

الإضافات النانوية عبارة عن جسيمات دقيقة جدًا (عادة أقل من 100 نانومتر) تُضاف إلى خلطة الخرسانة لتحسين خصائصها، ومن أهمها:

نانو سيليكا (Nano-Silica):

تعمل على ملء المسامات الدقيقة في الخرسانة (Pore Filling) وتقليل نفاذية المياه.

تعزز الترابط بين الحبيبات وتزيد من مقاومة الانضغاط والانحناء.

نانو تيتانيا (Nano-Titania):

تحسن مقاومة الخرسانة للتآكل الكيميائي والبيئي.

تقلل من تكون التشققات السطحية بسبب تأثيراتها الحفازة على تفاعل الاسمنت.

نانو ألومينا (Nano-Alumina):

تعمل على تعزيز قوة الضغط وتحسين مقاومة الإجهادات الجانبية.

تقلل من نمو التشققات الناتجة عن الانكماش المبكر.

ألياف نانوية (Nano-Fibers):

تتحكم في انتشار التشققات الدقيقة وتزيد من قدرة الخرسانة على امتصاص الإجهادات الانحنائية.

تستخدم بشكل خاص في الخرسانة ذات الأحمال العالية أو الهياكل المعرضة للزلازل.

الآليات التأثيرية للإضافات النانوية

ملء المسامات: تقلل من نفاذية الخرسانة للماء والمواد الضارة.

تحفيز الهيدراتية (Hydration Enhancement): تعزز تفاعل الاسمنت مع الماء، مما يزيد من قوة الخرسانة المبكرة والمتأخرة.

تعزيز الترابط بين الحبيبات: تقلل من تكون التشققات وتوزع الإجهادات بشكل متجانس.

الفوائد

زيادة مقاومة الخرسانة للضغط والانحناء.

تقليل النفاذية والتآكل الكيميائي للخرسانة.

تحسين عمر الخدمة وتقليل تكاليف الصيانة.

تعزيز السلامة الهيكلية للهياكل الخرسانية.

التحديات

ارتفاع تكلفة المواد النانوية مقارنة بالإضافات التقليدية.

الحاجة إلى تحكم دقيق في نسب الخلط للحصول على الأداء المثالي.

ضرورة تدريب الكوادر على التعامل مع المواد النانوية لضمان سلامة العمال وجودة الخلطة.

الخلاصة

تُعد الإضافات النانوية حلاً مبتكرًا لتحسين مقاومة التشققات في الخرسانة، من خلال تعزيز الخصائص الميكانيكية والكيميائية وتقليل نفاذية الخرسانة. دمج هذه المواد في تصميم الخرسانة يوفر هياكل أكثر متانة واستدامة، مع إطالة عمر الخدمة وتقليل الحاجة للصيانة المتكررة.

المراجع (نماذج بصيغة APA)

Li, H., Xiao, H. G., & Yuan, J. (2004). Properties of high-volume fly ash cement paste containing nano-SiO2. Cement and Concrete Research, 34(12), 2133–2139.

Sobolev, K., & Flores, I. (2003). Nanotechnology in concrete materials: A review. Construction and Building Materials, 17(6–7), 441–450.

Jo, B. W., Kim, C. H., Lim, J., & Park, J. B. (2007). Characteristics of cement mortar with nano-SiO2 particles. Construction and Building Materials, 21(6), 1351–1355.

ASTM C109/C109M-20. Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars. ASTM International.

يمكنني أيضًا إعداد نسخة موسعة مع رسومات توضيحية لتأثير الإضافات النانوية على المسام الداخلية والتشققات وكيفية تحسين الخصائص الميكانيكية للخرسانة، لتسهيل العرض الأكاديمي أو التطبيقي.
جامعة المستقبل الجامعة الاولى في العراق