تم تصميم الخرسانة ذاتية الدمك (SCC) بحيث تتدفق وتملأ القوالب تحت تأثير وزنها الذاتي دون الحاجة إلى الاهتزاز الميكانيكي. ومع ذلك، فإن قابلية التدفق الجيدة لا تعني دائماً أن الخرسانة يمكنها المرور بسهولة عبر قضبان التسليح المتقاربة. لذلك، يُستخدم اختبار الحلقة J لتقييم قدرة الخرسانة ذاتية الدمك على المرور.

يُعد اختبار الحلقة J من الاختبارات المهمة للخرسانة الطازجة، ويُستخدم في المختبرات ومراقبة الجودة وتصميم خلطات الخرسانة ذاتية الدمك (SCC). ويحدد معيار ASTM C1621/C1621M-17(2023)، Standard Test Method for Passing Ability of Self-Consolidating Concrete by J-Ring، بشكل خاص طريقة تحديد قدرة مرور الخرسانة ذاتية الدمك باستخدام الحلقة J والقالب.

١. ماذا يقيس اختبار الحلقة J (J-Ring)؟

يُقيِّم اختبار "الحلقة J" (J-Ring) مدى سهولة تدفق الخرسانة ذاتية الرص الطازجة عبر المساحات الضيقة التي تشكلها قضبان التسليح.

أثناء الاختبار، تُوضع حلقة J -المزودة بقضبان فولاذية موزعة بمسافات متساوية- حول مخروط الهبوط (slump cone). تُصب الخرسانة ذاتية الرص الطازجة داخل المخروط، ثم يُرفع المخروط عمودياً، فتتدفق الخرسانة إلى الخارج عبر الفراغات الموجودة بين القضبان الفولاذية.

يتم قياس مدى انتشار الخرسانة الناتج عن ذلك لتحديد قيمة تدفق "الحلقة J"؛ حيث توفر هذه القيمة معلومات حول قدرة الخرسانة على المرور عبر شبكة التسليح دون حدوث انسداد كبير.

ببساطة:

اختبار تدفق الهبوط (Slump Flow) ← يُقيِّم قابلية التدفق في ظروف خالية من العوائق.

اختبار تدفق حلقة "J" (J-Ring Flow) ← يُقيِّم قابلية التدفق عند المرور عبر حديد التسليح.

الفرق بين تدفق الهبوط وتدفق حلقة "J" ← يُشير إلى قابلية المرور.

ينص معيار ASTM C1621/C1621M على أن الفرق بين تدفق الهبوط وتدفق حلقة "J" يمكن استخدامه كمؤشر على قابلية مرور الخرسانة ذاتية الدمك (SCC).

II. لماذا تُعد القدرة على التمرير مهمة لـ SCC؟

غالباً ما تُستخدم الخرسانة ذاتية الدمك في المنشآت التي تحتوي على كثافة عالية في تسليح الحديد، أو قطاعات ضيقة، أو قوالب صب معقدة؛ إذ يجب أن تتمتع الخرسانة في هذه الحالات بالقدرة على الانسياب عبر المساحات الضيقة وملء القوالب بشكل سليم.

وفي حال افتقار الخرسانة إلى القدرة الكافية على النفاذ والمرور، فقد تتكدس الركام الخشنة (الحصى) وتُحشر بين قضبان التسليح، مما قد يؤدي إلى عدم اكتمال ملء القوالب، أو توزيع غير متجانس للخرسانة، أو مشكلات إنشائية أخرى.

لذا، فإن اختبار "القدرة على المرور" يوفر معلومات قيّمة عند إعداد خلطات الخرسانة ذاتية الدمك والتحقق من جودة الخرسانة الطازجة.

III. كيف يعمل اختبار الحلقة J (J-Ring)؟

يتضمن اختبار الحلقة J (J-Ring) التقليدي استخدام حلقة J، ومخروط الهبوط، ولوحة قاعدة.

وتشمل خطوات الاختبار العامة ما يلي:

1. وضع لوحة القاعدة على سطح صلب ومستوٍ.

2. وضع مخروط الهبوط في مركز لوحة القاعدة.

3. ضع حلقة J (J-Ring) حول مخروط الهبوط.

4. املأ مخروط الهبوط بالخرسانة ذاتية الدمك الطازجة دون استخدام الهزاز أو الدك.

5. سوِّ سطح الخرسانة الزائدة عند قمة المخروط.

6. ارفع مخروط الهبوط عمودياً واترك الخرسانة تنساب بحرية.

7. قِس مدى انتشار الخرسانة بعد استقرار التدفق.

8. قارن تدفق حلقة "J" (J-Ring) بتدفق الهبوط (slump flow) المقابل، وذلك عند الاقتضاء وفقاً لطريقة الاختبار.

يجب أن تتبع الإجراءات الدقيقة، وتجهيزات الجهاز، وطريقة القياس، ومتطلبات إعداد التقارير، معيار الاختبار المطبق.

رابعاً: تدفق حلقة J وتدفق الهبوط (Slump Flow)

غالباً ما يُستخدم اختبار "الحلقة-J" (J-Ring) بالتزامن مع اختبار "تدفق الهبوط" (slump flow)؛ نظراً لأن كلا الاختبارين يوفران معلومات متكاملة.

يُقيِّم اختبار "تدفق الهبوط" قدرة الخرسانة ذاتية الرص (SCC) على الانتشار دون وجود عوائق، وتُعنى المواصفة القياسية (ASTM C1611/C1611M) بتحديد خصائص تدفق الهبوط لهذا النوع من الخرسانة.

أما اختبار "الحلقة-J"، فيتضمن وجود عائق مكوَّن من قضبان فولاذية؛ وتساعد مقارنة نتائج الاختبارين في تحديد ما إذا كانت الخرسانة تواجه إعاقة كبيرة أثناء تدفقها عبر حديد التسليح.

وفقاً للمواصفة ASTM C1621/C1621M-17(2023)، يشير الفارق الذي يقل عن 25 مم بين تدفق الهبوط (slump flow) وتدفق حلقة J (J-Ring flow) إلى قدرة جيدة على المرور، بينما يشير الفارق الذي يزيد عن 50 مم إلى ضعف القدرة على المرور بموجب طريقة الاختبار المحددة في هذه المواصفة.

وينبغي تفسير هذه القيم تحديداً بما يتوافق مع المواصفة القياسية المعمول بها وظروف الاختبار.

V. ما هي العوامل التي يمكن أن تؤثر على نتائج اختبار الحلقة J (J-Ring)؟

هناك عدة خصائص للخرسانة الطازجة يمكن أن تؤثر على قدرتها على الانسياب والمرور، منها:

حجم ومحتوى الركام الخشن؛

شكل الركام وتدرجه الحبيبي؛

لزوجة الخرسانة؛

إجهاد الخضوع؛

نسب خلط المكونات؛

خصائص العجينة والمونة؛

المسافات الفاصلة بين قضبان التسليح؛

خطر حدوث انسداد ناتج عن الركام؛

مقاومة الانفصال الحبيبي.

ولهذا السبب، يُعد اختبار الحلقة (J-Ring) مفيداً عند المقارنة بين خلطات مختلفة من الخرسانة ذاتية الرص (SCC) أثناء مرحلة تطوير الخلطة في المختبر وأعمال مراقبة الجودة.

وتقصر المواصفة القياسية ASTM C1621/C1621M-17(2023) نطاق تطبيق طريقة الاختبار هذه على الخرسانة ذاتية الرص التي يبلغ فيها الحد الأقصى الاسمي لمقاس الركام 25 مم (1 بوصة) كحد أقصى.

VI. جهاز اختبار الحلقة J (J-Ring) للخرسانة ذاتية الدمك (SCC)

يتكون جهاز اختبار الحلقة على شكل حرف J (J-Ring) المخصص للخرسانة ذاتية الدمك (SCC) -في صورته النموذجية- من حلقة صلبة تحيط بها قضبان فولاذية مرتبة حولها؛ وعادةً ما يُستخدم هذا الجهاز مقترناً بمخروط الهبوط ولوحة القاعدة.

يوفر الجهاز إعداداً مضبوطاً للاختبار يتيح تقييم قدرة الخرسانة ذاتية الدمك الطازجة على المرور وسلوك التدفق الخاص بها.

وفيما يتعلق بالاختبارات المعملية، ينبغي أن تتمتع الحلقة (J-Ring) بأبعاد ثابتة وقضبان تسليح مرتبة بدقة لضمان توفير ظروف اختبار قابلة للتكرار.

VII. الخاتمة

يُستخدم اختبار الحلقة (J-Ring) للخرسانة ذاتية الدمك لتقييم خاصية مهمة للخرسانة الطازجة من هذا النوع، وهي قدرتها على المرور عبر المساحات الضيقة وبين قضبان التسليح.

ومن خلال مقارنة تدفق الخرسانة باستخدام الحلقة (J-Ring) مع اختبار تدفق الهبوط (slump flow)، يمكن للمهندسين وفنيي المختبرات الحصول على معلومات مفيدة حول قدرة خليط الخرسانة ذاتية الدمك على المرور والتدفق؛ ولذا يُعد هذا الاختبار قيماً في مجالات تصميم الخلطات الخرسانية، والأبحاث المختبرية، ومراقبة جودة البناء، وتقييم الخرسانة الطازجة.

وبالنسبة للمختبرات التي تجري اختبارات على الخرسانة ذاتية الدمك، يوفر جهاز اختبار الحلقة (J-Ring) -المصمم بشكل سليم- وسيلة بسيطة وعملية لإجراء اختبارات قدرة المرور وفقاً للمعايير المعتمدة.