الملخص:

تطورت أعمل البناء في العقود الأخيرة بتسارع كبير من حيث ارتفاع الأبنية وتنوع مواد الإنشاء وبرزت الحاجة إلى استخدام مواد إنشاء خاصّة تتميّز بمقاومة كبيرة وقابلية تشكيل عالية سواءً في تشييد الأبنية الخرسانيّة والمعدنيّة الجديدة أو في ترميم وتقوية وتدعيم المباني القائمة بهدف تحقيق أمانها الكافي.

من أكثر مواد البناء الحديثة انتشاراَ واستخداما هي خلائط مركب الجراوت وهو نوع خاص من الاسمنت تضاف له مكونات أخرى حسب الغاية من استخدامه كمادة مالئة ذاتية التوضّع أو في أعمال الترميم كطينة قابلة للتشكيل والالتصاق مع الخرسانة القديمة ويمتاز الجراوت بكل مركباته بأنه غير قابل للانكماش ويحافظ على حجمه بعد التصلّب.

نركز في بحثنا هذا على تعريفٍ كافٍ بالجراوت مع شرح استخداماته والمركبات المستخدمة في صنع عدّة أنواع منه مع المقاومة الناتجة عن كل خليط مع شرح مراحل العمل في بعض الاستخدامات الشائعة كمساهمة في تشكيل قاعدة معرفيّة جيدة عن مادة الجراوت بما يمهّد لاستخدامها في مواقع الحاجة أثناء فترة النهضة العمرانية القادمة.

الكلمات المفتاحية: جراوت، اسمنت، ترميم، حقن.

        1. مقدّمة:

يعتبر هذا البحث خلاصة لدراسة مرجعية واسعة ومعمّقة خلصت للإحاطة بأنواع مركبات الجراوت وميزاتها واستخداماتها بالإضافة لإرشادات وخطوات بعض الأعمال الأكثر شيوعاً، وبعض الأعمال الخاصّة مثل حقن المنحدرات وحقن أقنية مدّ الكابلات في البلاطات الخرسانيّة لاحقة الشد وخلص البحث إلى تنظيم جدول خاص بمركبات ومواصفات سلسلة من مركبات الجراوت تشمل مكونات كل صنف ومدّة التدفق وزمن الشك البدائي والنهائي والمقاومة على الضغط وعلى الانعطاف، بحيث يحقق البحث هدفه في وضع تصور جيد عن مادّة بناء مهمّة ويشكل قاعدة للباحثين في هذا المجال من ناحية معرفة مكوناتها وطرق تصنيعها والتوسع في مجالات استخدامها.

2. تعريف الجراوت، تركيباته، ميزاته، أنواعه، ومجالات استخدامه.

بعد الدراسة المرجعيّة الوافية [1]،[2]،[3] تم تحديد المعلومات الـأساسيّة التي تعرّف مادة الجراوت وتحدد خصائصها وفق الآتي:

 1.2تعريف الجراوت: هي مادّة إنشائيّة تتكوّن من خليط من الاسمنت المعالج مع كوارتز متدرّج ومنقّى ومجفف بحرارة عالية وبودرة لتعويض الانكماش واضافات كيميائيّة، تستخدم للحشو أو الحقن ذات كثافة منخفضة وانسيابيّة عالية وذات قدرة عالية على ملء الفراغات، تتحمّل اجهادات عالية وغير قابلة للانكماش.

 2.2تركيبات الجراوت: له العديد من التركيبات فمنها الاسمنتي والايبوكسي والبوليميري والبوليستر والبولي يوريثان.

 3.2ميزات الجراوت:

• ذاتي التسوية.
• ذو قوة تماسك كبيرة مع الخرسانة.
• مقاومة عالية لنفاذية المياه والزيوت.
• مقاومة مبكرة وعالية للإجهادات تصل إلى 400kg/cm² خلال أسبوع.
• سهولة الاستخدام بالضخ أو الحقن.
• لا تتأثر مركبات الجراوت بالتغيرات الكبيرة في درجات الحرارة.
• لا يحتوي على جزيئات معدنيّة وبالتالي لا يتأثر بالرطوبة العالية.
• غير قابلة للانكماش والتمدد.
• السيولة والانسيابية العالية.
• مقاومة عالية للانحناء.
• مقاومة عالية للاحتكاك.
• مقاومة عالية للضغط الميكانيكي والاهتزازات.

4.2أنواع الجراوت حسب تركيبه:

• جراوت اسمنتي
• جراوت ايبوكسي
• جراوت بوليميرات
• جراوت بوليستر
• جراوت بولي يوريثان.

 5.2أنواع الجراوت حسب الاستخدام:

• جراوت اصلاح.
• جراوت املاء.

 6.2استخدامات الجراوت:

• ملئ الفراغات تحت الصفائح المعدنية الحاملة للأعمدة في المنشآت الفولاذية والفراغات بين الهيكل الفولاذي والخرسانة في الجمل الإنشائية المختلطة.
• قواعد الآلات والمضخّات.
• تثبيت درج السلم في المناهل وغرف التفتيش في شبكات الصرف الصحي.
• التقفيل حول مواسير وقساطل المياه خاصة عند نقاط اتصالها بخزانات المياه الخرسانية ومناهل المياه.
• تثبيت الجيزان والركائز في الجسور.
• تثبيت ركائز الأوناش.
• تثبيت ركائز الخطوط الحاملة للمياه.
• العزل الداخلي لمناهل المياه.
• ملء وإصلاح الشروخ والترميمات الخرسانيّة.
• أعمل التقوية والتدعيم في الهياكل الانشائية للمنشآت الخرسانيّة.
• الأفران والمدافئ والمنشآت المعرضة للحرارة العالية.
• السكك الحديديّة.
• العزل الداخلي لخزانات المياه.
• معالجة الخرسانة سابقة الاجهاد.
• حقن فواصل السيراميك في المسابح والحمامات والمطابخ.
• استخدام جراوت الايبوكسي للأرضيات والجدران عند الحاجة إلى أسطح تحقق اشتراطات صحيّة خاصة، أو عندما تطلب سطوح ذات متانة عالية ومقاومة للمواد الكيميائيّة، وهو مناسب جداً في المصانع وفي الأبنية السكنيّة في المطابخ والحمامات وغرف الغسيل.

الشكل (1): استخدامات مادة الجراوت.

            3 . الارشادات التنفيذية في أعمال الترميم والحقن.

يعتبر الاستخدام الأكثر شيوعاً لمركبات الجراوت في مجالين رئيسيين، الأول في أعمال الترميم والإصلاح والثاني كمادة ذاتية التوضّع تحت قواعد الأعمدة المعدنية وقواعد الآلات وفي أعمال الحقن، وندرج فيما يلي خطوات العمل والارشادات التنفيذية في هذين المجالين حسب البحثين [4]،[5]. 

1.3 خطوات استخدام جراوت الترميم والإصلاح:

• تكسير الأجزاء الضعيفة والمفككة من الخرسانة بهدوء.
• تنظيف السطح من الأتربة والغبار والزيوت.
• رش مياه على السطح.
• دهان الموقع المراد إصلاحه بمادة لاصقة (bond) مثل SBR لتحقيق الترابط الفعّال بين الخرسانة القديمة والجراوت.
• إضافة المياه إلى مسحوق الجراوت والخلط بخلاط ميكانيكي حتى يتم تأمين تجانس الخلطة والقوام المطلوب.
• مد وتسوية طينة الجراوت على السطح ومتابعة السقاية بشكل متكرر لمدّة ثلاثة أيام.

الشكل (2): خطوات استخدام جراوت الترميم والإصلاح.

2.3 تحضير خلطة جراوت الترميم والإصلاح:

يتم خلط الجراوت مع الماء بنسبة (25kg  جراوت إلى 3 ليترات من الماء) بحيث يتم في البدلية إضافة ليترين من الماء في وعاء الخلط  ثم إضافة مسحوق الجراوت يالتدريج والتحريك الميكانيكي بخلاط لا تتجاوز سرعته 500 دورة في الدقيقة لتجنب سحب الكثير من الهواء حتى اضافة كامل كمية الجراوت والوصول إلى خليط ناعم ومتجانس، ثم إضافة الليتر الثالث من الماء والتحريك الميكانيكي لمدّة ثلاث دقائق حتى تصبح الخلطة جاهزة للاستخدام.

ونوضّح في الجدول (1) مواصفات الجراوت الاسمنتي المستخدم تحت قواعد الأعمدة الفولاذية وقواعد الآلات.

الجدول (1) مواصفات الجراوت الاسمنتي المستخدم تحت قواعد الأعمدة الفولاذية وقواعد الآلات.

3.3 إرشادات استخدام الجراوت الخاص بالحقن:

جراوت الحقن خالي من الكلورايد و الهيدروجين و عالي التدفق و قابل للصبويجب أن يتميز بالخصائص التالية:

• لا ينكمش، إذ أنه يتمتع بخاصية التمدد المزدوج التي تجعله قادرا على تعويض أي انكماش يحدث خلال مرحلتي اللدونة والتصلب.
• كثافة عالية ونفاذية قليلة .
• يكتسب مقاومة عالية في المراحل الأولى من صبه مما يسمح بسرعة استكمال الأعمال.
• يتمتع بجريان عالي ،وبتالي يمكن صبه أو ضخه في فراغات متفاوتة الأبعاد يصل عرضها لغاية 10 مم.
• سهل التطبيق ، يتكون من مكون واحد ويتطلب اضافة الماء فقط .
• مناسب للتلامس مع مياه الشرب.

4.3 طريقة الاستعمال:

تحضير السطح: يلزم التأكد ابتداء أن جميع الأسطح المراد تطبيق المادة عليها سليمة ونظيفة وخالية من أي ملوثات، على أن تعالج الطبقات الرقيقة المفككة على الأسطح باستخدام مواد حمضية مناسبة. يجب أن تكون الأسطح مبللة كليا بالماء قبل تطبيق الجراوت ب 4 ساعات على الأقل.

الصب والتشطيب  أسفل قواعد الأعمدة: يجب توافر كمية كافية من المادة وذلك لتحقيق التعبئة المستمرة وإنهاء العمل، مع مراعاة البدء بصب المادة من جهة واحدة فقط وذلك لتفادي انحباس الهواء. لضمان تدفق الجراوت لأكبر مسافة ممكنة كما يلزم إنشاء قوالب صب جانبية بارتفاع 100 – 250 مم ليتم الصب من خلالها.

القالب الخشبي: على اعتبار أن خليط الجراوت يتمتع بخصائص جريان عالية يجب أن تكون أعمال القالب الخشبي محكمة الإغلاق بما يضمن عدم نفاذ المياه من خلالها ، ولذلك يجب عزل قاع القالب والفواصل باستخدام معاجين عزل مناسبة.

السقاية بعد الصب: بما أن حقن مادة ذات أساس اسمنتي ، فيجب أن تعامل بنفس طريقة الخرسانة، وتتم السقاية عن طريق استخدام خيش مبلل و البولي ايثلين.

ملاحظات:

• عند درجات الحرارة المنخفضة )أقل من 8 درجات مئوية(، ينصح باستخدام الماء الدافئ لتسريع اكتساب المقاومة المبكرة وينصح بإبقاء القالب الخشبي لوقت اطول.
• عند درجات الحرارة العالية )أكثر من 35 درجة مئوية(، يتم استخدام الماء البارد )أقل من 20 درجة مئوية( للخلط.

التنظيف: يجب تنظيف جميع الادوات مباشرة بعد الاستخدام بماء نظيف، المواد

يجب أن تحقق مادّة جراوت الحقن مقاومات جيّدة كما هو موضّح في الجدول (2) وفق معايير (ASTM).

الجدول (2) مواصفات الجراوت الاسمنتي المستخدم تحت قواعد الأعمدة الفولاذية وقواعد الآلات.

4. الاستخدامات النوعيّة لمادة الجراوت:

1.4 حقن مجاري الكابلات: درس الباحثون [6] استخدام جراوت الحقن في إملاء مجاري كابلات الشد الفولاذيّة في مجال المنشآت الفولاذيّة والمختلطة لاحقة الاجهاد، للوصول إلى نتائج تثبت فعالية الجراوت في حماية الكابلات وزيادة التماسك، كما هو موضح في الشكلين (4،3)

الشكل (3): استخدام الجراوت في حقن مجاري الكابلات.

الشكل (4): مقطع عرضي في مجرى كابلات شد فولاذية محقون بالجراوت.

2.4 ربط الأنابيب البلاستيكيّة المدعمة بالألياف الزجاحيّة:

درس البحث [7] سلوك الارتباط للمقاطع البلاستيكية المقواة بألياف زجاجية ذات سطح أملس مع ملاط ​​الإسمنت بهدف تحسين أداء وصلات الأنابيب البلاستيكية باستخدام ملاط الجراوت كما في الشكل (5)، تناولت هذه الدراسة سلوك الترابط بين الجراوت ومقاطع GFRP بدراسة أربع طرق مختلفة لتحسين سلوك الترابط. ودرست تأثير إضافة نسب مختلفة من رمل الزجاج في خليط الجراوت، وحجم رمل الزجاج، ومعالجة أسطح مقاطع GFRP، وأنواع الإسمنت المستخدمة في تحضير المادة الرابطة وكانت النتيجة أن قوة الترابط تتأثر بالعوامل التالية:

• لا يمكن لرمل الزجاج زيادة خشونة السطح عند إضافته إلى المادة الرابطة حيث أن اضافته بنسبة تصل إلى 20% لها تأثير كبير على سلوك الترابط العام (اختلاف بنسبة 2% فقط).
• تؤثر زيادة حجم حبيبات الرمل سلباً على قوة الترابط (بنسبة تباين تصل إلى 34%).
• تعتبر زيادة خشونة سطح المنطقة الملتصقة طريقة فعالة لتحسين قوة الالتصاق (بمعدل تباين يصل إلى 282%).
• ُنتج الطلاء المسبق لسطح الالتصاق بمزيج من الراتنج ورمل الزجاج سطحًا شديد الخشونة، مما يزيد قوة الالتصاق بمقدار3.8 مرة مقارنةً بسطح الالتصاق غير المعالج.
• تتأثر قوة الترابط بخصائص المادة الرابطة للإسمنت (بنسبة تباين تصل إلى 17%).

الشكل (5): تجربة اختبار التماسك بين الأنابيب المقوّاة بألياف زجاجيّة مع الجراوت.

3.4 استخدام الجراوت لتدعيم المنحدرات:

يستخدم الجراوت المدعم بالخبث الفولاذي لتقوية وتأمين استقرار منحدر الطاقة الكهروضوئية للطرق السريعة وتضاف للجراوت مواد الرماد المتطاير وخبث الأفران الانفجاريّة وخبث الفولاذ ويوضح الشكل (6) الصور المكبرة لهذه المواد حسب البحث [8] ويبين الشكل (7) أربعة نماذج من هياكل الطاقة الشمسية المركبة على المنحدرات المدعمة بالجراوت.

الشكل (6): البنية الدقيقة للمواد الخام المضافة للجراوت المستخدم في تدعيم المنحدرات.

(a) خبث الفولاذ (b) خبث أفران انفجارية (c) رماد متطاير

الشكل (7): أربعة أنواع وأحجام (مم) من هياكل الطاقة الشمسية المركبة على المنحدرات المدعمة بالجراوت.

ويبين الشكل (8) تصميم الثقوب المحقونة بالجراوت في جسم المنحدر.

الشكل (8): تصميم ثقوب الجص لأساسات حوامل للطاقة الشمسية.

توصل الباحثون [8] إلى النتائج التالية:

• تُؤثر إضافة خبث الأفران الانفجارية إلى الخليط بشكل سلبي على سيولته مقارنةً بـخبث الفولاذ حيث أن الكميات الموصى بها من خبث الفولاذ وخبث الأفران الانفجارية هي 30-40% و25-30% في تركيب الخليط.
• وفقًا لنتائج أخذ عينات التربة الميدانية، أدى تطبيق خليط الجراوت لتحسين الخواص الميكانيكية للتربة إلى زيادة عوامل أمان المنحدرات وتقليل استجابة القوة الداخلية وإزاحة أنظمة الطاقة الكهروضوئية.

5. المكوّنات والمواصفات لسلسلة من مواد الجراوت:

كنتيجة للبحث وحصيلة للأبحاث العلمية [9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21] توصلنا إلى تنظيم الجدول (3) الذي يبين المواد الداخلة في تركيب كل صنف من الأصناف المدروسة ونسبة الماء إلى المكونات الصلبة ومدة التدفق وزمن الشك البدائي والنهائي والمقاومة على الضغط وعلى الانعطاف.

6.  خلاصة: يساهم هذا البحث في زيادة المعارف الهندسيّة كدليل لمعرفة خواص المادّة وطرق استخدامها ومكوناتها، ونقطة انطلاقة للباحثين في مجال صناعتها والتوسّع في استخدامها والاستفادة من خصاصها.

الجدول (3) مواصفات خلائط الجراوت والمواد الداخلة في تركيبها.

5. المراجع:

[1] T. Carmine, P. Francesca, “Elastic properties of two-component grouts at short curing times: The role of bentonite”, Tunnelling and Underground Space Technology incorporating Trenchless Technology Research 130 (2022) 104756,  www.elsevier.com/locate/tust.  Available online 2 October 2022.

[2] G. Suelen, F.  Liberato, S. Luis, M. Mercedes, “A comprehensive review of cementitious grouts: Composition, properties, requirements and advanced performance”, Construction and Building Materials 375 (2023) 130991, www.elsevier.com/locate/conbuildmat, Received 22 December 2022; Received in revised form 2 March 2023; Accepted 7 March 2023, Available online 15 March 2023.

[3] ISO 13007 standard:

ISO 13007 – 1: terms, definitions and specifications for adhesives.

ISO 13007 – 2: test methods to determine the characteristics of adhesives.

ISO 13007 – 3: terms, definitions and specifications for grouts.

ISO 13007 – 4: test methods to establish the properties of grouts.

[4] https://www.afzir.com – Retrofittting products.   

[5] https://www.dcp-int.com. 

[6] V. Belen, R.  Carlos, P. Jaime, D. Ivan, “Degradation modelling of external grouted post-tensioning tendons: Numerical assessment under corrosion conditions”,  www.elsevier.com/locate/engstruct.  Received 17 July 2024; Received in revised form 2 December 2024; Accepted 2 January 2025, Engineering Structures 327 (2025) 119620

Available online 10 January 2025.

[7] A. Mamun, W.  Ferdous, B. Sourish, M. Allan, “Bond behaviour of smooth surface GFRP pultruded profiles with cement grout”, www.elsevier.com/locate/engstruct.  . Received 1 October 2023; Received in revised form 8 December 2023; Accepted 15 January 2024, Available online 17 January 2024.

[8] L. Peng, G.  Shi-Jiu, D. Ai-Hui, S. Fei, S. Hua-Jie, K. Jie, G, Bao-Feng, L. Tao, “Application of steel slag composite grout for strengthening

expressway photovoltaic slope”, www.elsevier.com/locate/engstruct.  Received 23 September 2023; Received in revised form 23 October 2023; Accepted 25 October 2023, Available online 27 October 2023. 

[9] M. Vasumithran, K.B. Anand, D. Sathyan, Effects of fillers on the properties of 791 cement grouts, Constr Build Mater. 246 (2020). 792 https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118346.

[10] S. Zhang, W.G. Qiao, P.C. Chen, K. Xi, Rheological and mechanical properties of 794 microfine-cement-based grouts mixed with microfine fly ash, colloidal nanosilicaand superplasticizer, Constr Build Mater. 212 (2019) 10–18. 796 https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.03.314.

[11] F. Perez-Garcia, M.E. Parron-Rubio, J.M. Garcia-Manrique, M.D. Rubio-Cintas, 825 Study of the suitability of different types of slag and its influence on the quality of 826 green grouts obtained by partial replacement of cement, Materials. 12 (2019). 827 https://doi.org/10.3390/ma12071166.

[12] J.J. Assaad, Y. Daou, Cementitious grouts with adapted rheological properties for 949 injection by vacuum techniques, Cem Concr Res. 59 (2014) 43–54. 950 https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2014.01.021.

[13] M. Sonebi, M.T. Bassuoni, J. Kwasny, A.K. Amanuddin, Effect of Nanosilica on 985 Rheology, Fresh Properties, and Strength of Cement-Based Grouts, Journal of 986 Materials in Civil Engineering.