حل مشكلة هبوط الخرسانة وانسداد المضخات في مشروع مبنى شاهق باستخدام مسحوق الملدن الفائق متعدد الكربوكسيلات CAS 25133-97-5
واجهت شركة مقاولات بناء، تُدير مشروع برج سكني من 32 طابقًا في منطقة مترو مانيلا بالفلبين، مشكلة متكررة في صب الخرسانة، مما أدى إلى إبطاء التقدم الإنشائي وزيادة تكلفة المشروع. كانت الشركة تستورد الخرسانة الجاهزة من محطة خلط محلية، وتضخها إلى الطوابق العليا عبر مضخة خطية واحدة ذات ارتفاع رأسي يزيد عن 80 مترًا. بدءًا من الطابق العشرين، كانت الخرسانة تصل إلى مخرج المضخة غير قابلة للتشكيل بشكل كافٍ للصب والدمك، مما استدعى فرق العمل في الموقع إضافة الماء عند نقطة التفريغ لاستعادة سيولة الخرسانة قبل صبها في قوالب الأعمدة والألواح.
التحدي
أدى إضافة الماء عند نقطة التصريف إلى حل مشكلة قابلية التشغيل الفورية، ولكنه تسبب في مشكلتين لاحقتين أكثر خطورة من فقدان الهبوط الأصلي. أولاً، أدت إضافة الماء غير المنضبطة إلى زيادة نسبة الماء إلى الإسمنت في الخرسانة المصبوبة لتتجاوز الحد المسموح به في المواصفات الإنشائية وهو 0.45، حيث أظهرت القياسات الميدانية نسبًا فعلية تتراوح بين 0.52 و0.58 في الخرسانة المصبوبة في الطوابق العليا. وأظهرت عينات اللب المأخوذة من ألواح الطوابق العليا المكتملة مقاومة ضغط تتراوح بين 28 و31 ميجا باسكال، مقابل الحد الأدنى المطلوب في المواصفات وهو 35 ميجا باسكال، وهو نقص استدعى مراجعة إنشائية ومعالجة بالحقن في عدة عناصر من الأعمدة.
ثانيًا، تسبب تفاوت قابلية تشغيل الخرسانة بين حمولات الشاحنات في انسدادات متقطعة للمضخات عند نقطة التسليم في الطابق العلوي. فعندما تصل الخرسانة بهبوط أقل من 100 مم، ويستمر مشغل المضخة في الضخ بدلًا من التوقف لإضافة الماء، تتسبب سدادة الخرسانة في خط المضخة في تراكم الضغط وانسداد الخط، مما يستدعي تفكيكًا جزئيًا لخط المضخة لإزالة الانسداد، ويستغرق ذلك عادةً من ساعتين إلى ثلاث ساعات لكل حالة انسداد. وقد شهد المشروع سبع حالات انسداد للمضخات خلال ستة أسابيع، تسبب كل منها في توقف الإنتاج لمدة نصف يوم، مما زاد من تأخير برنامج البناء.
كان السبب الرئيسي هو نظام الخلط المستخدم في محطة الخلط. فقد كانت المحطة تستخدم مُلدِّنًا فائقًا قائمًا على النفثالين بالجرعة القياسية المُناسبة لظروف مترو مانيلا، مما وفر هبوطًا أوليًا كافيًا يتراوح بين 160 و180 ملم في محطة الخلط، ولكنه فقد قابليته للتشغيل بسرعة أثناء النقل والضخ. استغرقت عملية النقل من محطة الخلط إلى موقع المشروع ما بين 35 و45 دقيقة في زحام مانيلا المروري، وأضاف وقت الضخ ما بين 15 و20 دقيقة أخرى قبل وصول الخرسانة إلى نقطة تصريف الطابق العلوي. بلغ إجمالي الوقت المنقضي من الخلط إلى الصب باستمرار ما بين 55 و65 دقيقة، وهو ما يتجاوز بكثير فترة قابلية التشغيل التي تتراوح بين 30 و40 دقيقة لمادة النفثالين المضافة بالجرعة المستخدمة.
الحل
اتصل مهندس موقع المقاول بشركة إيست كيم للحصول على الدعم الفني بعد أن أشار فحصٌ أجراه مهندس إنشائي إلى وجود نقص في مقاومة الضغط في عناصر الطابق العلوي. أوصت شركة إيست كيم بتغيير نظام إضافات محطة الخلط من مُلدِّن فائق من النفثالين إلى مُلدِّن يحافظ على الهبوط.مسحوق البولي كاربوكسيلات فائق التبلورCAS 25133-97-5 تم إذابته وإضافته كمزيج سائل في محطة الخلط.
يحافظ مسحوق PCE المُصمم خصيصًا للحفاظ على الهبوط، والمُستخدم في بناء الخرسانة للمباني الشاهقة، على قابلية تشغيل الخرسانة لمدة تتراوح بين 60 و90 دقيقة بعد الخلط، وذلك بفضل الإعاقة الفراغية المستمرة لجزيئات الأسمنت، وهي مدة تتجاوز بكثير فترة 30 إلى 40 دقيقة التي يُحققها النفتالين عند نسبة الماء إلى الأسمنت المكافئة. عند استخدام جرعة 0.18% من وزن الأسمنت، حافظ مسحوق PCE المُصمم خصيصًا للحفاظ على الهبوط على هبوط أولي يتراوح بين 180 و200 مم في محطة الخلط، وقدّم خرسانة عند مخرج مضخة الطابق العلوي بهبوط يتراوح بين 150 و170 مم، ضمن النطاق المقبول للصب والدمك دون الحاجة إلى إضافة الماء.
قدمت شركة EastChem الدعم الفني لمحطة الخلط لتغيير الإضافات، وشمل ذلك معايرة الجرعة لنوع الأسمنت المحدد المستخدم، والتحقق من التوافق مع الإضافة الحالية المخفضة للماء، ونتائج الخلط التجريبي التي تؤكد أن التحول إلى مسحوق PCE حافظ على الحد الأدنى لمواصفات قوة الضغط البالغة 35 ميجا باسكال عند نسبة الماء إلى الأسمنت البالغة 0.42 بدون إضافة الماء عند نقطة التفريغ.
النتائج
في غضون أسبوعين من التحول إلى استخدام مسحوق EastChem PCE، أفاد المقاول بالاستغناء عن إضافة الماء في الموقع عند نقاط تصريف الطابق العلوي. وكانت قابلية تشغيل الخرسانة للضخ عبر المصعد الرأسي البالغ طوله 80 مترًا كافية باستمرار للصب دون الحاجة إلى ماء إضافي، وبلغ متوسط قياسات الهبوط عند نقطة التصريف من 155 إلى 175 ملم عبر عشرين حمولة شاحنة متتالية تمت مراقبتها خلال الأسبوع الأول من التشغيل الكامل لنظام الإضافة الجديد.
توقفت حالات انسداد المضخات تمامًا بعد تغيير المادة المضافة. وقد استعاد المشروع ما يقارب أربعة أيام عمل من وقت الإنتاج في الشهر الأول من خلال القضاء على توقفات إزالة الانسدادات، مما عوض جزئيًا عن تأخير البرنامج المتراكم خلال فترة الانسدادات المتكررة.
بلغ متوسط مقاومة الضغط لعينات اللب من عناصر الطابق العلوي التي تم تركيبها بعد تغيير الخلطة 38 إلى 42 ميجا باسكال، وهو أعلى من الحد الأدنى المحدد في المواصفات البالغ 35 ميجا باسكال، وضمن التفاوت المقبول لتصميم الخلطة. وقد أنهى المهندس الإنشائي مراجعة الإصلاحات لجميع العناصر التي تم تركيبها بعد تاريخ التغيير دون الحاجة إلى مزيد من التحقيقات أو أعمال الإصلاح.
ثم اعتمد مصنع الخلط درجة الاحتفاظ بالهبوطمسحوق PCEباعتبارها مادة مضافة قياسية لجميع عقود توريد الخرسانة للمباني الشاهقة في جميع أنحاء مترو مانيلا، لتحل محل النظام القائم على النفثالين الذي تسبب في مشاكل قابلية التشغيل والقوة في مشروع البرج.
ما قاله العميل
كنا نضيف الماء في كل صبة للطابق العلوي ونقول لأنفسنا إن ذلك ضمن الحدود المسموح بها. لكن نتائج التحاليل الأساسية أظهرت عكس ذلك. حددت شركة إيست كيم المادة المضافة كسبب للمشكلة على الفور، وتم تطبيق الحل في غضون أسبوعين. لم نواجه أي انسداد أو ضعف في قوة الخرسانة منذ تغيير النظام.
مهندس موقع، مقاول بناء، مترو مانيلا، الفلبين
الأسئلة الشائعة
ما الذي يسبب فقدان انسيابية الخرسانة أثناء عملية الضخ في مشاريع المباني الشاهقة؟
يُعزى فقدان انسيابية الخرسانة أثناء الضخ في مشاريع المباني الشاهقة إلى عدة عوامل، منها زمن النقل من محطة الخلط إلى موقع البناء، واحتكاك خط الضخ، والوقت المنقضي قبل تفريغها في الطوابق العليا. وتفقد الملدنات الفائقة من النفثالين والميلامين قابليتها للتشغيل في غضون 30 إلى 45 دقيقة من الخلط، حيث يتغلب تكتل الأسمنت على آلية التنافر الكهروستاتيكي.مسحوق PCEيحافظ على مستوى الاحتفاظ بالهبوط على قابلية التشغيل لمدة تتراوح من 60 إلى 90 دقيقة من خلال الإعاقة الفراغية المستمرة، مما يغطي وقت النقل والضخ بالكامل في معظم مشاريع المباني الشاهقة دون الحاجة إلى إضافة الماء عند نقطة التصريف.
لماذا يؤدي إضافة الماء في الموقع لاستعادة قابلية تشغيل الخرسانة إلى مشاكل في قوة الضغط؟
كل 10 لترات إضافية من الماء تُضاف لكل متر مكعب من الخرسانة تزيد نسبة الماء إلى الإسمنت بمقدار 0.02 إلى 0.03 وحدة تقريبًا، وتُقلل مقاومة الضغط بعد 28 يومًا بمقدار 3 إلى 6 ميجا باسكال، وذلك حسب تصميم الخلطة الأصلي. في مشاريع المباني الشاهقة التي تتطلب مواصفاتها الإنشائية مقاومة ضغط لا تقل عن 35 ميجا باسكال، فإن إضافة الماء بشكل غير مُتحكم فيه، مما يزيد نسبة الماء إلى الإسمنت عن الحد المسموح به، قد يُقلل مقاومة الخرسانة في الموقع إلى ما دون الحد المقبول، مما يستدعي مراجعة إنشائية وأعمال إصلاحية قد تكون مكلفة.
ما هي جرعة مسحوق PCE التي تحافظ على قابلية تشغيل الخرسانة للضخ الرأسي لمسافة 80 مترًا؟
بالنسبة للخرسانة التي تُضخ عموديًا لمسافة تتراوح بين 60 و100 متر، مع زمن انتقال يتراوح بين 35 و50 دقيقة، فإن مسحوق PCE المُحسّن للحفاظ على الهبوط (CAS 25133-97-5) بجرعات تتراوح بين 0.15 و0.25% من وزن الأسمنت، يحافظ عادةً على هبوط يزيد عن 150 مم عند نقطة التفريغ. وتعتمد الجرعة الدقيقة على نوع الأسمنت ودرجة الحرارة المحيطة والهبوط المستهدف الأولي. ويُجرى خلط تجريبي في محطة الخلط باستخدام نوع الأسمنت المحدد وتصميم الخلطة للتأكد من الجرعة الصحيحة قبل بدء الإنتاج الكامل.