العمارة والتشييد > التشييد
قضبان التّسليح: شريك الخرسانة الأوّل
تُستخدم مئات ملايين الأطنان من قضبان التَّسليح في أعمال البناء حول العالم وعلى مدار العام بهدفٍ أساسيٍّ هو زيادةُ مطاوعةِ الخرسانة وقدرتِها على تحمّل قوى الشَّد، فلا تتجاوز مقاومة الخرسانة للشَّدِّ 5 ميغا باسكال، وقد تبلغ مقاومة الحديد للشَّدِّ 400 ميغا باسكال.
تُصنَّع القضبان بأطوال متنوّعةٍ وتتراوح أقطارُها بين 6 مم و40 مم، يُصهر الحديد في أفرانٍ ضخمةٍ خاصّةٍ بدايةً، ثم يُسحب هذا المصهورُ عبر مراحلِ خطِّ الإنتاج المتعدّدة، آخذًا بذلك الشّكل الأسطوانيّ المطلوب، لتُقَصَّ القضبانُ لاحقًا وفق الأطوال المطلوبة. وتُضاف الأثلامُ (الحلزنة) إلى القضبان لتُحسّن قدرة الحديد على التّماسك مع الخرسانة، وتقلّل من احتمال انزلاقه منها، وبعد وصول القضبان إلى الورشة تُقصُّ وتُلوى وفق الشَّكل الملائم والمطلوب في المشروع، وتُستخدم المكابس الهيدروليكيَّة أو الأدوات الميكانيكيَّة لصعوبة ليِّها يدويًّا.
تُعَدُّ مقاومة الصَّدأ أو التآكل في بعض الحالات ميزةً رئيسيَّةً مطلوبةً في قضبان التَّسليح، وذلك عند استخدامها في المنشآت المعرَّضة للمياه المالحة أو لظروفٍ أخرى تسبِّب التآكل، فلا يُستخدَم الحديد العاديُّ في هذه الحالات، ويُستعاض عنه بالحديد المقاوم للصَّدأ stainless steel.
يسبِّب تآكل وصدأ الحديد داخل الكتل الخرسانيَّة نشوءَ إجهاداتٍ داخليَّةٍ فيها كونَ حجمِ الحديد يزداد بعد صدئه، وتؤدّي هذه الإجهادات إلى تشقُّقاتٍ قد تسبِّب مشاكل خطيرةً في الخرسانة، ولذلك يُعَدُّ استخدام الحديد المقاوم للصّدأ اقتصاديًّا رغمَ كلفته الكبيرة مقارنةً بالحديد العاديِّ لما سيوفِّره من تكاليف صيانةٍ مستقبليَّةٍ قد تتجاوز كلفة الحديد نفسه.
يتميَّز الحديد عن غيره من الموادِ بعدِّة خصائص جعلت منه الخيار الأفضل للاستخدام في تقوية الخرسانة وإنتاج الخرسانة المسلحة reinforced concrete، ومن هذه الخصائص:
1- المرونة: تبلغ قيمة معامل مرونة* حديد التّسليح بكافّة أنواعه 29،000،000 psi**، ولكونِ هذه القيمة واحدةً في جميع أصناف حديد التّسليح على اختلاف أقطار القضبان دورٌ كبيرٌ في تسهيل عمليَّة التَّصميم، لأنَّها تعطي مقاومةً كبيرة باستخدام مقاطعَ صغيرة، ويتمّيز الحديد بأنّ معامل شدّه هو معامل ضغطه ذاته، ممَّا يزيد مجالات استخدامه.
2- الاستطالة تحت تأثير الأحمال: يمتاز حديد التَّسليح بقدرةٍ كبيرةٍ على الاستطالة قبل انقطاعه عند زيادة الأحمال على المنشأة، ممَّا يسبّب ظهور تشقّقاتٍ فيها تُنبِئ بزيادة الأحمال هذه، وبالتّالي بضرورة الإسراع بالإجراءات المناسبة لتجنُّب انهيار المنشأة.
3- خصائص الحديد متماثلةٌ في جميع الاتِّجاهات ومقاومته للقصِّ تساوي مقاومته المحوريِّة.
4- طبيعة الإجهادات الَّتي يتعرّض لها مدروسةٌ ومفهومةٌ من قِبَل الباحثين.
5- السَّيلان: يُبدي الحديد مرونةً لدى تعرُّضه لقوىً أقلَّ من حدِّ السَّيلان، ممَّا يعطي المنشأة ككلٍّ مرونةً أعلى عند تحميله، وتتوفَّر قضبان التَّسليح بإجهاد سيلانٍ يتراوح بين 40-100 ksi***، ولا تتعلَّق هذه القيمة بقطر أو شكل أو طول القضيب.
7- الخصائص الحراريَّة: من الميِّزات الَّتي يتمتَّع بها الحديد أنَّ معامل تمدُّده الحراريِّ يقارب معامل تمدُّد الخرسانة الحراريّ، أي لا يَظهر أي إجهادٍ أو سهمٍ إضافيٍّ في الخرسانة المسلَّحة عند ارتفاع درجة حرارتها لأنّ الحديد والخرسانة يتمدّدان بنفس القيمة.
8- خاصيَّة حفظ القوَّة: يستطيع الحديد احتمال درجات حرارةٍ مرتفعةٍ عند تعرُّضه للحرائق قبل أن تتغيَّر خواصّه، وهذا ما يسمح بإعادة تأهيل الأبنية المتعرّضة للحرائق دون الحاجة لتغيير حديد التَّسليح، إذ يبقى الحديد محتفظًا بمقاومته.
8- إمكانيَّة الوصل: يمكن وصل قضبان التَّسليح للحصول على أطوالٍ كبيرةٍ إمَّا باللِّحام أو باستخدام وصلاتٍ حديديَّةٍ خاصَّةٍ، شرط أن تكون مقاومتها تقارب مقاومة التَّسليح.
9- قبول حديد التَّسليح من قبل جميع الكودات حول العالم.
10- إمكانيَّة إعادةِ التّدوير: تتجاوز نسبةُ حديد التَّسليح المعادِ تدويره الـ75%، وفي معظم الظّروف الـ95%، وهذا ما يسمح باستغلال تسليح المباني بعد انتهاء عمرها التصميميِّ.
11- قابليَّة اللَّيِّ: وتُعَدُّ هذه الخاصِّيَّة من أهمِّ مميِّزات الحديد لأنَّها تسمح بثنيه وليِّه وتحويله إلى أيِّ شكلٍ يتطلَّبه التَّصميم.
12- تَوافقه مع الخرسانة: فهو لا يحتاج إلى تربيطٍ قويٍّ مع الهيكل، بالإضافة إلى كونه لا يطفو على سطح الخرسانة عند صبِّها.
13- توفُّره في جميع أنحاء العالم.
ومن أهمِّ الأسئلة الشَّائعة حول قضبان التَّسليح:
• هل يمكن استخدام قضبان التَّسليح في حال بقائها في موقع العمل لفترةٍ طويلةٍ وبدءِ ظهور علامات الصّدأ عليها؟
الإجابة نعم، ولكن مع بعض الاستثناءات نظراً لكونِ الصّدأ من العوامل الَّتي تسبِّب خللًا في العلاقة بين الحديد والخرسانة، وتشمل هذه العوامل القشرة والصَّدأ والزَّيت والطِّين.
القشرةُ scale: مادَّةٌ تتوضَّع على القضبان، وتَنتُج عند تصنيع القضبان بسبب تبرُّد المعدن السّاخن، وتُزالُ هذه القشرة في المعمل عادةً، أو تتساقط عن القضبان أثناء التَّحميل.
الصَّدأ: يعمل الصَّدأ على تحسين علاقة قضبان التّسليح بالخرسانة، لأنَّه يزيد من خشونة سطح القضبان ممَّا يزيد من تماسكها مع الخرسانة، مع وجود استثناءٍ يُعَدُّ الصَّدأ فيه ضارًّا ويجب تنظيف الحديد منه قبل استخدامه، وذلك إن أدّى الصَّدأ إلى انخفاض وزن القضيب أو انخفاض قيمةِ التَّشوُّه height of deformation إلى أقل من الوزن أو المساحة أو التَّشوُّه المُتطلّبين حَسَبَ ASTM.
إنِ انسكب الزَّيت أو أية مادَّةٍ دهنيَّةٍ على سطح القضيب يجب إزالة هذه المادَّة قبل استخدام القضيب باستخدامِ بمادَّةٍ مذيبة.
الطِّينُ: يجب مراعاة عدم تعرّض القضبان للطِّين، وإلَّا فيجب غسلها جيِّدًا لإزالة الطِّين قبل استخدامها.
• ماذا تعني العلامات الموجودة على القضبان؟
يُدمَغ كلُّ قضيبٍ منتَج في المصنع بأربعِ علاماتٍ؛ تمثِل العلامة الأولى حرفًا يرمز للآلة الَّتي أنتجت القضيب، وتمثِّل العلامة الثَّانية قياس القضيب، وتحدّد العلامة الثَّالثة نوع الحديد، وكمثالٍ يُعطى الحرف S للحديد المكربن وW للحديد المسبوك alloy steel، أمّا العلامة الأخيرة فتحدّد صنف الحديد، فمثلاً الأصناف 60-70 (كيلو باوند على الإنش المربَّع) قد تُعطى في النِّظام المتريِّ بالشكل 420-520 (ميغا باسكال)، أو بالأرقام 4-5، أو حتَّى على شكل خطٍّ أو خطَّين على طول القضيب.
• ما هو نظام القياس المدعوّ soft metric المستخدم لقياس قضبان التَّسليح؟
هو نظام قياسٍ طوِّرَ في الولايات المتَّحدة الأمريكيّة لقياس القضبان بسبب شيوع نظامي قياسٍ مختلفين هما نظام الباوند-إنش والنِّظام المتريّ المعروف.
لم يمنع أيٌّ ممّا سبق ذكرُه من الأسباب التي دعمت الشّراكة بين الخرسانة وقضبان التّسليح من اكتشاف موادَ أخرى لتشارك الخرسانة في أداء دورها، فانتظرونا في مقالٍ قادمٍ مع مادّةٍ جديدة.
*معامل يونغ
**باوند على الإنش المربَّع
***كيلو باوند على الإنش المربَّع
فيديو مقترح:
المصادر: