هناك صفحة واحدة في تقرير اختبار الركام تحدد كيفية سلوك المادة في الموقع أكثر من أي بند آخر: التدرج الحبيبي. فاحتياج الخرسانة من الماء، ونسبة الفراغات في الأسفلت، وقابلية طبقة الأساس للدك، واحتمال انسداد المضخة، كلها مكتوبة إلى حد كبير في هذا المنحنى. ومع ذلك، في معظم المواقع يُنظر إلى منحنى التدرج الحبيبي فقط للتحقق مما إذا كان يقع ضمن النطاق المحدد، ثم يُتجاوز. غير أن المنحنى يصف في آن واحد المنتج وإعداد خط التكسير والغربلة الذي أنتجه في ذلك اليوم. يتتبع هذا الدليل تحليل المناخل بدءاً من طاولة المختبر وصولاً إلى قراءة المنحنى واتخاذ القرار في الموقع.
لماذا يُعدّ التدرّج الحبيبي هوية الركام
تعمل الخرسانة والأسفلت وركام الأساس جميعها، في جوهرها، وفق المنطق نفسه: تُشكّل الحبيبات هيكلاً، ويملأ الفراغ بينها رابط أو مادة دقيقة. ويُستنتج حجم هذا الفراغ مباشرة من التدرج الحبيبي. فإذا كان الفراغ كبيرًا، لزم مزيد من عجينة الإسمنت، أو مزيد من البيتومين، أو مزيد من المواد الدقيقة؛ وهذا يعني تبعات على التكلفة والمتانة معًا. وإذا كان الفراغ صغيرًا، أمكن الوصول إلى الأداء نفسه برابط أقل. أي أن التدرج الحبيبي هو الخاصية الوحيدة التي تحدّد سعر المادة وسلوكها في آن واحد.
النقطة الثانية هي: يمكن أن تكون حمولتان قادمتان من نفس المحجر ونفس الصخر ونفس الكسّارة مادتين مختلفتين تمامًا بسبب تغيّر إعداد الغربلة. اسم الصخر المذكور في أعلى تقرير الفحص هو الحجر الجيري في كلتا الحالتين؛ لكن إحداهما تعمل في الخرسانة دون مشاكل بينما تنفصل الأخرى وتفرز الماء وتُجهد المضخة. لذلك فإن السؤال الأول الذي يجب طرحه عند شراء الركام ليس ما هو الصخر، بل ما هو التدرج الحبي ومدى ثباته.
لهذا السبب يُعد تحليل الغربلة أول وأكثر الاختبارات تكرارًا في مختبر مراقبة الجودة. فهو لا يقتصر على فحص المنتج فحسب؛ بل يقدّم أيضًا تقريرًا عن حالة خط الإنتاج، بدءًا من فتحة فك الكسّارة وحتى انسداد فتحات الغربال، ومن سرعة التغذية إلى معدل تدفق الغسيل. للاطلاع على الإطار العام لتحديد الفئة الحبيبية المستخدمة في كل عمل، يمكنكم مراجعة مقال دليل اختيار الفئة الحبيبية؛ وهنا نتناول كيفية قياس هذه الفئات وتفسيرها.
كيف يُجرى تحليل الغربلة: من أخذ العينة إلى الوزن
إن أهم خطوة في الفحص لا تُتخذ في المختبر، بل في ساحة التخزين: أخذ العينات. فكومة الركام تكون متفرقة الحبيبات بطبيعتها؛ إذ تتدحرج الحبيبات الخشنة إلى قاعدة المخروط، بينما تبقى المادة الناعمة في القمة والمركز. وحفنة مجرفة واحدة مأخوذة من نقطة واحدة لا تمثل تلك الكومة. والطريقة الصحيحة هي أخذ عدد كبير من العينات الجزئية من مناطق ومستويات مختلفة من الكومة ودمجها، أو أخذ عينة مقطع كامل من الحزام الناقل أثناء حركته إن أمكن ذلك. وتُختزل العينة المُجمَّعة إلى كمية الفحص عبر التربيع المخروطي أو باستخدام مُجزّئ العينات. والعينة الممثِّلة هي تلك التي تُصغَّر بمرورها عبر قنوات المُجزّئ، لا تلك المأخوذة بالمجرفة من المنتصف.
تُجفَّف العينة في الفرن حتى تصل إلى كتلة ثابتة ثم تُوزن؛ وهذا الوزن الأول هو المقام في جميع حسابات النسب المئوية. بعد ذلك، وفي المواد التي تحتوي على مواد دقيقة، تُجرى الغربلة الرطبة: تُغسل العينة بالماء فوق منخل 0,063 مم، وتُزال المادة الدقيقة مع الماء، ثم تُجفَّف المادة المتبقية وتُوزن مجدداً. إذا تم تخطي هذه الخطوة تكون النتيجة خاطئة بشكل منهجي؛ لأن الغبار الدقيق في الغربلة الجافة يلتصق بالسطح الرطب للحبيبات الكبيرة ولا يمر إطلاقاً عبر منخل 0,063 مم. ومن أكثر الأخطاء شيوعاً في الموقع أن العينة المغربلة جافة تُظهر نسبة مواد دقيقة أقل من الواقع.
تُجرى الغربلة باستخدام طقم من الغرابيل ذات الفتحات المربعة. تُرتَّب الغرابيل بحيث تكون الفتحة الأكبر في الأعلى والأصغر في الأسفل، مع وضع صينية في القاع. تحتوي السلسلة الشائعة على فتحات بأحجام 63 و31.5 و16 و8 و4 و2 و1 و0.5 و0.25 و0.125 و0.063 مم؛ وتُضاف أو تُحذف غرابيل وسيطة حسب حجم المنتج. يوضع الطقم على جهاز هزّاز أو يُهزّ يدويًا. ويجب أن تكون المدة طويلة بما يكفي لمرور كل المواد القادرة على العبور من كل غربال؛ فالغربلة القصيرة تجعل المادة تبدو أخشن مما هي عليه فعليًا. تُوزن المادة المتبقية على كل غربال بشكل منفصل، وتُحسب هذه الكتل كنسب من كتلة العينة الإجمالية.
يتم الحساب على خطوتين. أولًا تُحسب نسبة الكتلة المتبقية على كل منخل من إجمالي الكتلة. ثم تُجمع هذه النسب من الأعلى إلى الأسفل للحصول على النسب التراكمية المتبقية؛ وبطرحها من مئة تُستخرج النسبة المئوية التراكمية المارة عند كل فتحة منخل. ويُرسم منحنى التدرج الحبي باستخدام هذه النسب المارة. وفي نهاية الاختبار تُقارن حاصل جمع الكتل المجمّعة من المناخل بالكتلة الابتدائية؛ فإذا تجاوز الفرق الحد المقبول، فهذا يعني أن مادة قد علقت في المناخل أو انسكبت، ويجب إعادة الاختبار.
منحنى التدرج الحبي: قراءة الرسم البياني شبه اللوغاريتمي
منحنى التدرج الحبي هو رسم بياني يمثل فتحة المنخل على المحور الأفقي، والنسبة المئوية التراكمية المارة من ذلك المنخل على المحور الرأسي. المحور الأفقي لوغاريتمي، والسبب ضرورة عملية. يمتد خليط الركام على نطاق أحجام يبلغ ألف ضعف بين 0.063 مم و63 مم. فعلى محور خطي ينضغط الطرف الدقيق عند الحافة اليسرى للرسم ويصبح غير قابل للقراءة؛ أما على المحور اللوغاريتمي فإن كل عقد يشغل نفس العرض، فيظهر الطرفان الدقيق والخشن بنفس درجة التفصيل.
قراءة شكل المنحنى تعطي معلومة أسرع من قراءة الأرقام. المنحنى شديد الارتفاع يدل على تركّز المادة في مجال حجمي ضيق، أي قربها من الأحادية الحجم؛ وهذا هو المظهر النموذجي لمادة صرف مغسولة أو مكسّر أحادي الفئة. أما المنحنى المسطّح والمتوزع بانتظام فيدل على وجود حبيبات من كل الأحجام، أي توزع مستمر وجيد التدرج. وتشير المنطقة التي تتسطّح في وسط المنحنى إلى نقص في الحبيبات ضمن ذلك المجال الحجمي، أي إلى توزع منقطع (فجوة تدرج).
توجد على المنحنى بضع نقاط مميزة تسهّل العمل. الحجم الذي يقع دونه عشرة بالمئة من المادة يُقرأ باسم D10، والحجم الذي يقع دونه نصفها باسم D50، والحجم الذي يقع دونه ستون بالمئة باسم D60. نسبة D60 إلى D10 هي معامل التجانس: كلما كبرت القيمة اتسع التوزع وتحسّن سلوك الدمك، وكلما اقتربت من الواحد أصبحت المادة أحادية الحجم. تُستخدم هذه المؤشرات القادمة من ميكانيكا التربة مباشرة في اختيار مواد الصرف والفلتر؛ للتفاصيل يمكنكم مراجعة مقالة اختيار ركام الصرف والفلتر.
التدرّج المستمر والمنقطع والأحادي المقاس؛ نسبة الفراغات
في التدرّج الحبيبي المستمر توجد حبيبات في كل نطاق مقاس. تستقرّ الحبيبات الصغيرة في الفراغات بين الحبيبات الكبيرة، وتدخل حبيبات أصغر منها بينها، وتستمر هذه السلسلة نزولًا حتى 0.063 مم. والنتيجة هي أدنى نسبة فراغات ممكنة وأعلى كثافة تراص. وعلى هذا المنطق تُصمَّم الخرسانة الإنشائية وقواعد البلانت-مكس وخلطات الإسفلت الكثيف؛ لأن الهدف هو الحصول على جسم أكثر كثافة واستقرارًا بالكمية نفسها من المادة الرابطة.
أما في التدرج المنقطع فيُقلَّل حجم متوسط عمدًا أو يُحذف تمامًا. والهدف أن تتلامس الحبيبات الخشنة مباشرة مع بعضها لتكوّن هيكلًا حجريًا متماسكًا (تماس حجر بحجر)؛ فعند غياب الحجم المتوسط تستقر الحبيبات الخشنة فوق بعضها البعض وينتقل الحمل مباشرة عبر الحبيبات. أما فراغات هذا الهيكل فتُملأ بملاط غني بالمواد الدقيقة والمادة الرابطة. ويُعد الأسفلت الحجري الماستيك التطبيق الأشهر لهذا المبدأ. وثمن التدرج المنقطع هو أن الخليط يصبح أكثر عرضة للانفصال الحبيبي، مما يتطلب عناية في الفرش والنقل.
التدرج الأحادي الحجم، كما يوحي اسمه، يتركز ضمن نطاق ضيق واحد. نسبة الفراغات فيه مرتفعة، والنفاذية جيدة جدًا، لكن الثبات المكتسب من الدمك منخفض، وقد تتحرك الحبيبات بالنسبة لبعضها تحت الحمل. لذلك تُستخدم المواد الأحادية الحجم ليس كطبقة إنشائية، بل كجسم صرف أو طبقة ترشيح أو ردم محيط الأنابيب.
يمكن أيضًا قياس نسبة الفراغات مباشرة. فعند مقارنة الكثافة الظاهرية للمادة في حالتيها السائبة والمضغوطة بكثافة حبيباتها، يتبيّن ما هي النسبة المئوية للهواء من الحجم الكلي. والفرق بين نسب الفراغات لمادتين مُنتَجتين من الصخر نفسه ينتج بالكامل عن التدرّج الحبيبي. ويُعد هذا القياس أداة عملية لتقدير احتياج المادة الرابطة في تصميم الخلطة؛ إذ يُحوّل الاستمرارية التي تقرؤها من المنحنى إلى رقم. ولمعرفة كم طنًا يعادل الحجم نفسه وما تعنيه هذه العلاقة في النقل، يمكن الاطلاع على مقال تحويل m3-طن.
معامل النعومة ومؤشرات حجم الحبيبات
معامل النعومة هو مؤشر عملي يختزل خشونة الركام الناعم إلى رقم واحد. في سلسلة معينة من الغرابيل، وفي الممارسة الشائعة عند غرابيل 0.125 mm و0.25 mm و0.5 mm و1 mm و2 mm و4 mm، تُجمع النسب المئوية التراكمية الباقية فوق الغربال ثم تُقسم على مئة. تُعطي النتيجة فكرة تقريبية عن نطاق الغربال الذي يقع فيه متوسط حجم حبيبات الرمل. القيمة الصغيرة تدل على رمل ناعم، والقيمة الكبيرة تدل على رمل خشن. في رمال الخرسانة، تتراوح هذه القيمة عادة بين اثنين وثلاثة؛ وغالباً ما تحدد المواصفات حد انحراف معين عن القيمة المستهدفة.
المكان الذي يُثبت فيه معامل النعومة فائدته الحقيقية هو متابعة الإنتاج. فحتى لو لم يُرسم منحنى الرمل يومياً، يمكن حساب معامل النعومة بسرعة ومقارنته يوماً بيوم. إذا كانت القيمة تنخفض فهذا يعني أن الرمل يزداد نعومة: سترتفع الحاجة إلى الماء، ويصبح الخليط لزجاً، وستكون هناك حاجة إلى كمية أكبر من المادة المضافة للحصول على نفس الهطول. وإذا كانت القيمة ترتفع فهذا يعني أن الرمل يزداد خشونة: يبدأ الخليط بالانفصال والنزّ، ويصعب تشطيب السطح، ويزداد خطر الانسداد في المضخة. من خلال متابعة هذا الرقم الواحد، يستطيع مشغّل المحطة تصحيح الخليط مبكراً.
غير أن معامل النعومة له قيد مهم: فقد تنتج القيمة نفسها عن منحنيين مختلفين تمامًا عن بعضهما. فرمل متوازن غني بالأحجام المتوسطة، ورمل آخر غني بالحبيبات الناعمة جدًا والخشنة جدًا مع فراغ في الوسط، قد يعطيان المعامل نفسه. لذلك لا يحل معامل النعومة محل المنحنى، بل يُقرأ إلى جانبه. كما يفيد المعامل عند مزج نوعين مختلفين من الرمل: إذ يقترب معامل الخلطة من المتوسط الموزون لمعاملات أنواع الرمل، مما يتيح تقدير النسبة اللازمة للوصول إلى القيمة المستهدفة بسرعة. وقد تناولنا الحالة التي يكون فيها المزج ذا معنى في مقال الرمل المكسر أم الرمل الطبيعي.
ماذا يعني البقاء بين منحنيات الحدود في المواصفة؟
لا تُحدّد مواصفات الخرسانة والإسفلت والطرق التدرّج الحبيبي بمنحنى مستهدف واحد، بل بمنحنى حد أدنى ومنحنى حد أعلى. والنطاق المحصور بين هذين المنحنيين هو مجال السلوك المقبول لذلك الاستخدام. فالمادة القريبة من الحد الأدنى للنطاق تكون أخشن، والمادة القريبة من الحد الأعلى تكون أنعم؛ وكلتاهما تتوافقان مع المواصفة لكنهما تتصرفان بشكل مختلف داخل الخلطة. لذلك فإن البقاء داخل النطاق ليس سوى نصف المهمة.
النصف الآخر من العمل هو الاتساق (الثبات). فإذا كان منحنى الإنتاج يميل نحو الحد الأعلى في أسبوع وينزلق إلى الحد الأدنى في الأسبوع التالي، فقد يبدو كلا التقريرين مطابقين للمواصفة؛ إلا أن المحطة، بالخلطة ذاتها، تُنتج خرسانتين مختلفتين. فلا تثبت قيمة الهبوط (القوام)، وتتذبذب المقاومة، ويُضطر إلى تغيير جرعة الإضافات باستمرار. أما في الإنتاج الجيد فإن المنحنى يستقر عند نقطة معينة داخل النطاق ويبقى فيها؛ والمعيار الحقيقي لضبط الجودة ليس مجرد البقاء داخل النطاق، بل القدرة على البقاء عند النقطة نفسها.
في حالات تجاوز الشريط (المنحنى الحبيبي) لحدوده، فإن المنخل الذي يحدث فيه هذا التجاوز يُعطي تشخيصًا مباشرًا. فتجاوز الحد الأعلى عند 0,063 مم يعني زيادة في المواد الدقيقة: فإما أن الغسل كان غير كافٍ، أو أن الطين قد اختلط بالمادة. أما الانحراف حول 4 مم فيُظهر اختلال التوازن بين الرمل والحصمة، وغالبًا ما يكون سببه ضبط عملية الغربلة. وتجاوز الحد الأعلى عند الطرف الخشن يعني وجود تمزق في نسيج المنخل أو تسرّبًا من خلاله؛ وهو ينبئ بأن الكسر الأعلى قد اختلط بالمنتج.
نادرًا ما تحتاج فئة حبيبية واحدة إلى تحقيق نطاق التدرج بمفردها. ففي خلطات الخرسانة والأسفلت، تُمزج عدة فئات حبيبية بنسب محددة، ويجب أن يقع المزيج الناتج ضمن النطاق. يُحسب المزيج بضرب النسبة المئوية المارة من كل منخل لكل فئة في نسبتها في الخلطة، ثم جمع النتائج. ويوضح هذا الحساب أيضًا أي جزء من المنحنى سيتحرك، وكيف، عند زيادة نسبة فئة معينة؛ وهو الأداة الأكثر عملية في تصميم الخلطة.
تفسير المنحنى في الموقع: إلى أين يشير الانحراف
منحنى التدرج الحبيبي (الغرانولومتري) هو تقرير إنتاج بقدر ما هو وثيقة منتج. فحدوث انخفاض في الجزء الأوسط من المنحنى، أي نقص في الحبيبات ضمن نطاق حجم معين، يشير غالبًا إلى وجود فجوة بين فتحات مراحل الغربلة أو إلى إعادة تدوير ذلك الحجم باستمرار في الدائرة المغلقة. أما ظهور انتفاخ في المنطقة نفسها فيشير إلى أن إحدى مراحل الكسر تُنتج ذلك الحجم بشكل مفرط؛ وعندها ينبغي مراجعة فتحة ضبط الكسّارة المخروطية أو امتلاء التغذية.
هناك عدة أسباب نموذجية لتضخم الجانب الدقيق أكثر من المتوقع: الإفراط في تغذية الكسّارة بحيث تطحن الحبيبات بعضها بعضاً، وانسداد فتحات الغربال بمادة دقيقة رطبة، وتوقف وحدة الغسيل عن العمل أو انخفاض معدل تدفقها. أما تضخم الجانب الخشن فيكون عادة تسرباً ميكانيكياً؛ فتمزق في نسيج الغربال، أو حشية مرتخية، أو طبقة غربال مُركّبة بشكل خاطئ، كل ذلك يؤدي إلى تسرب مقاس أكبر إلى المنتج. في كلتا الحالتين، يُخبرك المنحنى أين يجب النظر قبل تفقّد الخط ميدانياً.
تتطابق أعراض المنتج في الموقع أيضًا مع المنحنى. يشير الانعزال والنَّزّ (البلل السطحي) عند صب الخرسانة إلى خشونة الرمل ونقص الأحجام المتوسطة. ويُنذر ارتفاع ضغط المضخة والانسداد بخلطة إما خشنة جدًا أو غنية بالمواد الناعمة أكثر من اللازم. وعدم انغلاق طبقة الأساس المُثبَّت (الستابيليزة) تحت الأسطوانة مع تحرك الحبيبات الكبيرة على السطح يدل على نقص الكسر الناعم. أما تحوّل الطبقة إلى وحل وانتفاخها فيُظهر زيادة المواد الناعمة. وقد فصّلنا العلاقة بين هذه الأعراض والخصائص المقيسة للمادة في مقال كيف تؤثر جودة الركام على الخرسانة.
عند ملاحظة انحراف ما، فإن أول ما يجب فعله ليس تغيير إعدادات الإنتاج، بل أخذ عينة ثانية بالطريقة الصحيحة وتكرار الاختبار. يظهر خطأ أخذ العينة وخطأ الإنتاج بالشكل نفسه على المخطط ذاته؛ والطريقة الوحيدة للتمييز بينهما هي التكرار. أما في حالة الانحراف المؤكد، فإن ترتيب التدخل يكون عادةً كالتالي: أولاً الغربلة، أي الفتحات والشبكة والميل والاهتزاز؛ ثم إعداد الكسّارة؛ وأخيراً التغذية ووجه المحجر.
الأخطاء الشائعة التي تُفسد الفحص والعادات الصحيحة
معظم الأخطاء التي تحدث في تحليل الغربلة لا تبدأ في المختبر، بل في مكان أخذ العينة. فالمادة المأخوذة من قاعدة مخروط التخزين تميل إلى الخشونة، بينما تميل المادة المأخوذة من قمته إلى النعومة. والعينة المأخوذة من سطح صندوق الشاحنة تمثّل الحبيبات الكبيرة التي تصعد إلى السطح أثناء النقل. الصحيح هو دمج عينات جزئية مأخوذة من عدة نقاط ثم تصغيرها باستخدام مقسّم العينات. وإذا تم تخطي هذه الخطوة، يذهب كل الحرص اللاحق سدى.
الخطأ الشائع الثاني هو عدم تجفيف العينة بشكل كافٍ. تتكتل المواد الدقيقة الرطبة وتلتصق بسطح الحبيبات الكبيرة ولا تمر عبر الغربال؛ والنتيجة أن نسبة المواد الدقيقة تظهر أقل من الواقع. أما الخطأ الثالث فهو الحمل الزائد على الغربال. فعندما تتراكم المادة على غربال معين وتصبح طبقتها سميكة، لا تصل الحبيبات السفلية إلى الغربال إطلاقًا؛ ويحسب الفحص عندئذٍ المادة التي كان يجب أن تمر من ذلك الغربال على أنها محتجزة فوقه. في هذه الحالة يجب تقسيم العينة وغربلتها على دفعتين.
العامل الرابع هو مدة الغربلة؛ فالاهتزاز القصير ينهي الاختبار قبل اكتمال مرور الحبيبات الدقيقة. العامل الخامس هو صيانة الغرابيل: تتمدد أسلاك الغربال مع الوقت، فتتسع الفتحات ويحدث تشوه في الزوايا. الغربال المهترئ يُمرر بشكل منهجي مواد أكبر حجمًا من المعتاد، ولأن الفرق يكون صغيرًا فإنه لا يُلاحظ لفترة طويلة. يجب فحص الغرابيل دوريًا واستبدالها عند وجود تشوه ملحوظ بالعين. وأخيرًا، يجب التحقق من توازن الكتلة في كل اختبار؛ فإذا تجاوز الفرق بين مجموع الكتل المجمّعة والكتلة الأولية حد القبول، لا يُعتمد على النتيجة.
تخدم كل هذه الممارسات هدفًا واحدًا: أن يعكس المنحنى الحالة الحقيقية للمادة. تتعامل İTS Maden مع التوزيع الحبيبي للفراكشنات التي تنتجها في محجر الحجر الجيري في Milas ليس كمخرج عشوائي لخط الإنتاج، بل كمعيار يتم التحكم فيه. لاختيار الفراكشن والخلطة المطابقة لمنحنيات الحدود في مواصفات مشروعكم، يمكنكم الاطلاع على منتجاتنا، والتعرف على نهجنا في ضبط الجودة، والتواصل معنا.
