استخدام كلوريد الكالسيوم في الخرسانة كمسرع

استخدام كلوريد الكالسيوم في الخرسانة كمسرع – التأثيرات والمحاذير

كلوريد الكالسيوم (CaCl₂) هو أقدم وأشهر المسرعات (Accelerators) المستخدمة في الخرسانة. يعمل على تسريع إماهة الأسمنت، مما يؤدي إلى تقليل زمن الشك، تصلب سريع، واكتساب قوة مبكرة عالية. يستخدم بشكل خاص في الأجواء الباردة، وفي الإصلاحات العاجلة، وفي المشاريع التي تتطلب فك الشدات المبكر. ومع ذلك، فإن له محاذير خطيرة تتعلق بتآكل حديد التسليح، تفاعل الركام القلوي، وانخفاض المقاومة للكبريتات. في هذا المقال، نستعرض طرق الإضافة، التأثيرات على خواص الخرسانة، والمزايا والعيوب وفقًا للمواصفات القياسية (ASTM C494, CSA A266.2).

١. الجرعة المسموحة وطرق الإضافة

الجرعة القصوى: لا تزيد عن 2% من وزن الأسمنت (أي 2 كجم لكل 100 كجم أسمنت). الجرعات الزائدة تؤدي إلى انخفاض القوة ومشاكل تآكل حادة.
أشكال كلوريد الكالسيوم:
- رقائق (Flakes): تحتوي على 78% كلوريد كالسيوم على الأقل.
- حبيبات (Granules / Pellets): تحتوي على 93% على الأقل.
- محلول (Solution): الشكل الموصى به لسهولة التوزيع والتجنب التلامس المباشر مع الأسمنت.
طريقة الإضافة الصحيحة:
- لا يُضاف مباشرة إلى الأسمنت الجاف (قد يسبب شكًا فوريًا).
- يُذاب في ماء الخلط أولاً (بنسبة 2% من وزن الأسمنت)، ثم يُستخدم الماء المحتوي على CaCl₂ لخلط الخرسانة.
- يُفضل إضافة المحلول إلى الركام المبلل قبل إضافة الأسمنت لضمان توزيع متجانس.

٢. تأثير كلوريد الكالسيوم على خواص الخرسانة

أ. الخواص الفيزيائية (الحالة الطازجة والمتصلدة)

زمن الشك (Setting Time): يقلل بشكل كبير من زمن الشك الابتدائي والنهائي. وفقًا لـ ASTM C494 و CSA A266.2، يجب أن يكون زمن الشك الابتدائي أقل من 3.5 ساعات (أو 3 ساعات حسب CSA) ولا يقل عن ساعة واحدة (لمنع الشك الفوري). يُستخدم بكثرة في الطقس البارد، لكنه غير مناسب للطقس الحار لأنه يسبب تصلبًا سريعًا جدًا يصعب معه التشطيب.
نسبة الماء/الأسمنت: لا يقلل من الطلب على الماء بشكل ملحوظ، لكنه يقلل النزف (Bleeding) بسبب التصلب المبكر.
حبس الهواء (Air Entrainment): لا يولد هواءًا بنفسه، لكنه يسهل إنتاج الهواء المحبوس عند استخدامه مع مضافات حبس الهواء (أي يقلل الجرعة المطلوبة من مضافات حبس الهواء).
مقاومة التجمد والذوبان: في الأعمار المبكرة، يمنع الضرر الناتج عن التجمد. لكن في الأعمار المتأخرة، قد تكون الخرسانة المحتوية على CaCl₂ أقل مقاومة لهجوم الصقيع مقارنة بالخرسانة المرجعية.
انكماش الجفاف (Drying Shrinkage): يزيد من انكماش الجفاف. يعتمد مقدار الزيادة على جرعة CaCl₂، نوع الأسمنت، وظروف المعالجة.
التزهير (Efflorescence): قد تظهر رواسب بيضاء على السطح (كربونات الكالسيوم). هذه الرواسب غير قابلة للذوبان في الماء، وتُزال بحمض الهيدروكلوريك المخفف.

ب. الخواص الكيميائية والمتانة

مقاومة هجوم الكبريتات: تقل بشكل ملحوظ عند استخدام CaCl₂، لأن أيونات الكالسيوم الإضافية تتفاعل مع الكبريتات لتكوين مركبات ضارة (إترنجيت، جبس) تسبب تمددًا وتشققًا.
حرارة الإماهة (Heat of Hydration): تزيد من معدل توليد الحرارة في أول 10-12 ساعة، وهو أمر مفيد في الطقس البارد لتعويض فقدان الحرارة.
التفاعل القلوي للركام (Alkali-Aggregate Reaction – AAR): يفاقم التفاعل القلوي إذا كان الأسمنت عالي القلوية والركام متفاعل. يمكن التحكم بذلك باستخدام أسمنت منخفض القلوية، ركام غير متفاعل، أو إضافات بوزولانية.
تآكل حديد التسليح (Corrosion): أخطر عيوب كلوريد الكالسيوم. أيونات الكلوريد (Cl⁻) تدمر الطبقة الخاملة (طبقة التخميل) المحيطة بحديد التسليح، مما يؤدي إلى صدأ وتآكل مبكر. لذلك، لا يُستخدم CaCl₂ في الخرسانة المسلحة المعرضة للرطوبة أو في الخرسانة سابقة الإجهاد (Prestressed Concrete). كما لا يُستخدم في الخرسانة المعالجة بالبخار.

ج. الخواص الميكانيكية

مقاومة الضغط (Compressive Strength):
- عمر 3 أيام: تزيد بنسبة ≥ 125% مقارنة بالخرسانة المرجعية (حسب ASTM C494).
- عمر 6 شهور – سنة: قد تكون ≥ 90% فقط من الخرسانة المرجعية (أي أقل قليلاً).
- الجرعة الزائدة (أكثر من 2%) تقلل القوة بشكل ملحوظ.
- تأثير CaCl₂ أكبر في الخلطات الغنية (عالية الأسمنت) وفي درجات الحرارة المنخفضة.
مقاومة الانحناء (Flexural Strength):
- عمر 3 أيام: تزيد بنسبة ≥ 110% (حسب ASTM C494).
- عمر طويل: قد تكون أقل من الخرسانة المرجعية.
الزحف (Creep): يزيد الزحف بسبب زيادة الانكماش.

٣. مزايا استخدام كلوريد الكالسيوم (عند الالتزام بالجرعة والظروف المناسبة)

قوة مبكرة عالية: تسريع اكتساب المقاومة بنسبة 30-100% خلال أول 3 أيام.
تقليل زمن الشك النهائي: إمكانية فك الشدات مبكرًا وتسريع دورة العمل.
تقليل النزف (Bleeding): تحسين تماسك الخرسانة الطازجة.
تحسين قابلية التشغيل (في بعض الحالات).
رخيص ومتوفر مقارنة ببعض المسرعات الحديثة (مثل النترات أو الفورمات).
مناسب للاستخدام مع الرماد المتطاير لتعويض بطء تصلب الخرسانة المحتوية على البوزولانات.

٤. محاذير خطيرة – حالات لا يُستخدم فيها كلوريد الكالسيوم

الخرسانة المسلحة المعرضة للرطوبة أو البيئات العدوانية: بسبب خطر تآكل الحديد. يمنع استخدامه في الجسور، مواقف السيارات، الأساسات الرطبة، والمنشآت البحرية.
الخرسانة سابقة الإجهاد (Prestressed Concrete): يمنع قطعًا (لأن الأسلاك عالية المقاومة حساسة جدًا للتآكل الإجهادي).
الخرسانة المعرضة للكبريتات: يقلل مقاومة الكبريتات بشدة.
الخرسانة المعالجة بالبخار (Steam Cured): يسبب مشاكل تآكل إضافية.
الخرسانة التي تحتوي على ركام متفاعل قلويًا: إلا إذا تم استخدام أسمنت منخفض القلوية أو بوزولان.
الطقس الحار: يؤدي إلى تصلب سريع جدًا يصعب معه الصب والتشطيب.

٥. بدائل حديثة لكلوريد الكالسيوم

نظرًا لمشاكل التآكل المرتبطة بالكلوريدات، يُفضل استخدام مسرعات خالية من الكلوريد (Non-Chloride Accelerators) مثل:

نترات الكالسيوم (Calcium Nitrate).
فورمات الكالسيوم (Calcium Formate).
ألومينات الصوديوم (Sodium Aluminate).

هذه البدائل أغلى ثمنًا لكنها آمنة على حديد التسليح وتوفر تسريعًا جيدًا.

خلاصة فنية

كلوريد الكالسيوم مسرع فعّال ومنخفض التكلفة، لكنه يحمل مخاطر تآكل خطيرة تمنع استخدامه في معظم الخرسانة المسلحة الحديثة.
يجب ألا تتجاوز الجرعة 2% من وزن الأسمنت، ويُضاف مذابًا في ماء الخلط.
يُستخدم فقط في الخرسانة غير المسلحة (مثل الأرضيات الصناعية، البلوك، أو في الطقس البارد جدًا) بعد موافقة المهندس.
في الخرسانة المسلحة، يجب استخدام مسرعات خالية من الكلوريد لتجنب تآكل الحديد.

تعديل المقال