مواد البناء

الركام الإنشائي ، أو ببساطة الركام ، هو فئة واسعة من المواد الحبيبية الخشنة إلى متوسطة الحجم المستخدمة في البناء . ويشمل تقليديًا مواد طبيعية مثل الرمل والحصى والحجر المكسر . وكما هو الحال مع أنواع الركام الأخرى ، يُعد الركام مكونًا أساسيًا في المواد المركبة ، وخاصة الخرسانة والإسفلت . ويُعد الركام من أكثر المواد استخراجًا في العالم، ^{[ 1 ] [ 2 ]} حيث يُشكل جزءًا كبيرًا من إنتاج الخرسانة الذي يبلغ 6 مليارات طن سنويًا. ^{[ 3 ]}

تُستخدم الركام كعنصر تقوية لزيادة قوة المادة الناتجة. ونظرًا لموصليتها الهيدروليكية العالية نسبيًا مقارنةً بمعظم أنواع التربة ، تُستخدم الركام على نطاق واسع في تطبيقات الصرف، مثل أساسات المباني والمصارف الفرنسية ، وحقول الصرف الصحي، ومصارف الجدران الاستنادية، ومصارف جوانب الطرق. كما تُستخدم الركام كمادة أساسية تحت أساسات المباني والطرق والسكك الحديدية ( قاعدة الركام ). وتتميز بخصائص منتظمة ومتوقعة، مما يمنع الهبوط التفاضلي تحت الطريق أو المبنى.

تُستخدم الركام أيضًا كمادة مضافة منخفضة التكلفة ترتبط بالبيتومين الأكثر تكلفة لتشكيل الخرسانة الإسفلتية أو مع أسمنت بورتلاند لتشكيل الخرسانة .

يشير مصطلح الركام ذاتي التماسك إلى المواد المسحوقة ذات الزوايا الحادة ( أنقاض المحاجر ) التي تتكون من خليط من جزيئات دقيقة وخشنة تتشابك بعد ضغطها. ^{[ 4 ]} وفي الآونة الأخيرة، تم استخدام الخرسانة المعاد تدويرها والفولاذ وألياف الكربون بالإضافة إلى المواد الجيوسينثيتيكية كركام.

يمكن تصنيف مصادر هذه المواد الأساسية إلى ثلاثة مجالات رئيسية: استخراج رواسب الركام المعدني، بما في ذلك الرمل والحصى والحجر؛ واستخدام خبث النفايات الناتج عن صناعة الحديد والصلب؛ وإعادة تدوير الخرسانة، التي تُصنع أساسًا من الركام المعدني. إضافةً إلى ذلك، تُستخدم بعض المواد (بكميات قليلة) كركام خفيف الوزن متخصص، مثل: الطين ، والخفاف ، والبيرلايت ، والفيرميكوليت . وتشمل المعادن الأخرى ما يلي:

• البازلت
• الدولوميت
• جرانيت
• الحصى
• الحجر الجيري ^{[ 5 ] [ 6 ]}
• رمل
• الحجر الرملي

في أوروبا، تُحدد نطاقات الأحجام كنسبة d / D ، حيث يُمثل d أصغر حجم، بينما يُمثل D أكبر حجم، وذلك بناءً على حجم فتحات الشبكة المربعة التي يمكن للجسيمات المرور من خلالها. وتُغطى الأحجام المفضلة الخاصة بكل تطبيق في المعايير الأوروبية التالية: EN 13043 لإنشاء الطرق، وEN 13383 لأحجار التدريع الكبيرة، وEN 12620 لركام الخرسانة، وEN 13242 للطبقات الأساسية لإنشاء الطرق، وEN 13450 لحصى السكك الحديدية.

تنشر الجمعية الأمريكية لاختبار المواد قائمة شاملة بالمواصفات، بما في ذلك ASTM D 692 وASTM D 1073، لمختلف منتجات الركام الإنشائي، والتي تُناسب، بحسب تصميمها، أغراض إنشائية محددة. تشمل هذه المنتجات أنواعًا محددة من الركام الخشن والناعم، المصممة لاستخدامات مثل إضافات خلطات الأسفلت والخرسانة، فضلًا عن استخدامات إنشائية أخرى. كما تُجري إدارات النقل في الولايات تحسينات إضافية على مواصفات مواد الركام لتكييف استخدامها مع الاحتياجات والإمدادات المتاحة في مناطقها.

تتكون طبقة الأساس الحصوية عادةً من صخور مكسرة قادرة على المرور عبر منخل صخري بفتحات 20 مليمترًا ( ¾ بوصة ) . وتتفاوت أحجام جزيئاتها من 20 مليمترًا إلى حجم الغبار. ويمكن أن تُصنع هذه المادة من صخور بكر (مستخرجة حديثًا)، أو من الأسفلت والخرسانة المعاد تدويرهما. تُستخدم طبقة الأساس الحصوية كطبقة أساسية في الطرق ، وكطبقة أساسية لقواعد الأسمنت والأساسات، وكمادة ردم لخطوط الأنابيب تحت الأرض وغيرها من المرافق تحت الأرض. وتُعد طبقة الأساس الحصوية الطبقة الفرعية للطرق الأسفلتية ، وتتكون عمومًا من ركام ذي حجم أكبر، يُفرد ويُضغط لتوفير قاعدة ثابتة لطبقات أخرى من الركام أو رصف الأسفلت . ويُشار إلى طبقة الأساس الحصوية غالبًا بالاختصار ABC.  

استخدم الناس الرمل والحجر كأساسات لآلاف السنين. وشهد إنتاج واستخدام الركام تطوراً ملحوظاً خلال الإمبراطورية الرومانية ، التي استخدمت الركام لبناء شبكتها الواسعة من الطرق والقنوات المائية. وقد أدى اختراع الخرسانة، التي كانت أساسية في العمارة التي تستخدم الأقواس، إلى خلق طلب فوري ودائم على مواد البناء.

كتب فيتروفيوس في De architecture :

يشير مفهوم الاقتصاد إلى الإدارة السليمة للمواد والموقع، بالإضافة إلى الموازنة الدقيقة بين التكلفة والمنطق السليم في أعمال البناء. ويتحقق ذلك إذا لم يطلب المهندس المعماري، في المقام الأول، موادًا يصعب إيجادها أو توفيرها بتكلفة باهظة. على سبيل المثال: ليس كل مكان يتوفر فيه رمل الحفر، والحصى، وخشب التنوب، وخشب التنوب الصافي، والرخام بوفرة... فحيثما لا يتوفر رمل الحفر، يجب استخدام الأنواع التي تجرفها الأنهار أو البحار... وهكذا نجد حلولًا مماثلة لمشاكل أخرى.

أتاح ظهور أساليب التفجير الحديثة تطوير المحاجر ، التي تُستخدم الآن في جميع أنحاء العالم، حيثما توجد رواسب صخرية مناسبة ذات جودة عالية. في كثير من الأماكن، لا توجد رواسب جيدة من الحجر الجيري أو الجرانيت أو الرخام أو غيرها من الأحجار ذات الجودة العالية . في هذه المناطق، يُستخرج الرمل والحصى الطبيعي لاستخدامهما كركام. وعندما لا يتوفر الحجر أو الرمل والحصى، عادةً ما يتم تلبية احتياجات البناء عن طريق شحن الركام بالسكك الحديدية أو البارجات أو الشاحنات . بالإضافة إلى ذلك، يمكن تلبية الطلب على الركام جزئيًا من خلال استخدام الخبث والخرسانة المعاد تدويرها . ومع ذلك، فإن الكميات المتاحة والجودة المنخفضة لهذه المواد تمنعها من أن تكون بديلاً عمليًا للركام المستخرج على نطاق واسع.

تنتشر محاجر الأحجار الكبيرة وعمليات استخراج الرمل والحصى بالقرب من جميع المراكز السكانية تقريبًا نظرًا لارتفاع تكلفة النقل مقارنةً بانخفاض قيمة المنتج. فنقل الركام بالشاحنات لمسافة تزيد عن 40 كيلومترًا غير مجدٍ اقتصاديًا في العادة. ^{[ 8 ]} وتتطلب هذه العمليات استثمارات رأسمالية ضخمة ، إذ تستخدم معدات ثقيلة لنقل التربة، وسيور ناقلة، وآلات مصممة خصيصًا لسحق وفصل أحجام مختلفة من الركام، لتكوين مخزونات منتجات متنوعة.

بحسب هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، بلغ إنتاج الولايات المتحدة من الحجر المكسر عام 2006 نحو 1.72 مليار طن بقيمة 13.8 مليار دولار (مقارنةً بـ 1.69 مليار طن بقيمة 12.1 مليار دولار عام 2005)، منها 1080 مليون طن من الحجر الجيري بقيمة 8.19 مليار دولار من 1896 محجرًا، و268 مليون طن من الجرانيت بقيمة 2.59 مليار دولار من 378 محجرًا، و 148 مليون طن من الصخور البركانية بقيمة 1.04 مليار دولار من 355 محجرًا، أما الباقي فكان من أنواع أخرى من الأحجار من 729 محجرًا. يُنتج الحجر الجيري والجرانيت بكميات كبيرة أيضًا كأحجار بناء . ويتم نقل الغالبية العظمى من الحجر المكسر بواسطة شاحنات ثقيلة من المحجر/المصنع إلى أول نقطة بيع أو استخدام. بحسب هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، بلغ إنتاج الولايات المتحدة من الرمل والحصى عام 2006 نحو 1.32 مليار طن بقيمة 8.54 مليار دولار (مقارنةً بـ 1.27 مليار طن بقيمة 7.46 مليار دولار عام 2005)، استُخدم منها 264 مليون طن بقيمة 1.92 مليار دولار كمواد بناء للخرسانة. ونُقلت الغالبية العظمى من هذه الكمية بالشاحنات بدلاً من القطارات الكهربائية .

حالياً، بلغ إجمالي الطلب الكلي في الولايات المتحدة حسب قطاع السوق النهائي 30%–35% للمباني غير السكنية (المكاتب والفنادق والمتاجر ومصانع التصنيع والمباني الحكومية والمؤسسية وغيرها)، و25% للطرق السريعة، و25% للإسكان. ^{[ 9 ]}

يمكن استخدام المواد المعاد تدويرها، مثل خبث أفران الصهر وأفران الصلب، كركام أو كبديل جزئي للأسمنت البورتلاندي . يُبرّد خبث أفران الصهر وأفران الصلب إما بالهواء أو بالماء. يُستخدم الخبث المُبرّد بالهواء كركام، بينما يُنتج الخبث المُبرّد بالماء حبيبات زجاجية بحجم الرمل. تُضفي إضافة الجير الحر إلى الماء أثناء التبريد خصائص إسمنتية هيدروليكية على الخبث المُحبّب.

في عام 2006، ووفقًا لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، بلغت كمية خبث أفران الصهر المبردة بالهواء المباعة أو المستخدمة في الولايات المتحدة 7.3 مليون طن بقيمة 49 مليون دولار، بينما بلغت كمية خبث أفران الصهر المحبب المباعة أو المستخدمة 4.2 مليون طن بقيمة 318 مليون دولار، وبلغت كمية خبث أفران الصلب المباعة أو المستخدمة 8.7 مليون طن بقيمة 40 مليون دولار. وُجّهت مبيعات خبث أفران الصهر المبردة بالهواء في عام 2006 لاستخدامها في قواعد وأسطح الطرق (41%)، والخرسانة الإسفلتية (13%)، والخرسانة الجاهزة (16%)، والباقي لاستخدامات أخرى. أما مبيعات خبث أفران الصهر المحبب في عام 2006، فقد وُجّهت لاستخدامها في المواد الأسمنتية (94%)، والباقي لاستخدامات أخرى. وبالنسبة لخبث أفران الصلب، فقد وُجّهت مبيعاته في عام 2006 لاستخدامها في قواعد وأسطح الطرق (51%)، والخرسانة الإسفلتية (12%)، ومواد الردم (18%)، والباقي لاستخدامات أخرى.

يُستخدم ركام الزجاج المُعاد تدويره، بعد تكسيره إلى حجم صغير، كبديل للحصى الناعم أو الصخور المكسرة في العديد من مشاريع البناء والمرافق. ويُعدّ ركام الزجاج آمنًا عند التعامل معه. ويمكن استخدامه كطبقة أساسية حول أنابيب الصرف الصحي، أو مياه الأمطار، أو مياه الشرب، لنقل الوزن من السطح وحماية الأنبوب. كما يُستخدم أيضًا كحشو لتسوية أرضية خرسانية مع الأساس. ويُساهم استخدام ركام الزجاج في إغلاق حلقة إعادة تدوير الزجاج في العديد من الأماكن التي لا يُمكن فيها صهر الزجاج لإنتاج زجاج جديد. ^{[ 10 ]}

يمكن إعادة تدوير الركام نفسه. يتركز الركام القابل لإعادة التدوير عادةً في المناطق الحضرية. ويعتمد إمداد الركام المعاد تدويره على التحلل المادي وهدم المباني. وتُغني محطات إعادة التدوير المتنقلة عن تكلفة نقل المواد إلى موقع مركزي. وتتفاوت جودة المواد المعاد تدويرها عادةً.

تُعاد تدوير العديد من منتجات الركام لأغراض صناعية أخرى. يوفر ذلك على المقاولين تكاليف التخلص من النفايات، ويقلل من كمية الركام المدفون أو المكدس والمهمل. في مدينة باي سيتي بولاية ميشيغان ، على سبيل المثال، يوجد برنامج لإعادة تدوير المنتجات غير المستخدمة مثل الخرسانة المختلطة، والطوب، والحصى، وحجر البازلاء، وغيرها من المواد المستعملة. تُسحق هذه المواد لتوفير طبقة أساسية للطرق والممرات، بالإضافة إلى أغراض أخرى.

بحسب هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS) في عام 2006، أُعيد تدوير 2.9 مليون طن من الخرسانة الإسمنتية البورتلاندية (بما في ذلك الركام) بقيمة 21.9 مليون دولار، و1.6 مليون طن من الخرسانة الإسفلتية (بما في ذلك الركام) بقيمة 11.8 مليون دولار، وذلك من خلال عمليات تكسير الحجارة. وتُعاد تدوير كميات أكبر بكثير من هاتين المادتين من قِبل شركات البناء والهدم غير المشمولة في مسح هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية. أما بالنسبة للرمل والحصى، فقد أظهر المسح إعادة تدوير 4.7 مليون طن من الخرسانة الإسمنتية بقيمة 32 مليون دولار، و6.17 مليون طن من الخرسانة الإسفلتية بقيمة 45.1 مليون دولار. ومرة ​​أخرى، تُعاد تدوير كميات أكبر من هاتين المادتين من قِبل شركات البناء والهدم غير المشمولة في مسح هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية. وتشير جمعية إعادة تدوير مواد البناء إلى أن هناك 325 مليون طن من مواد البناء والهدم القابلة للاسترداد تُنتج سنويًا.

• الركام (المركب) ، قاعدة الركام
• صناعة الركام في الولايات المتحدة
• تفاعل القلويات مع التجمعات
• تفاعل القلويات مع السيليكا
• أسمنت
• الحجر المكسر
• أحجار البناء – إعادة تدوير الأحجار وإعادة استخدامها
• هوجين
• منطقة الانتقال البيني (ITZ)
• رخام
• التفاعل البوزولاني
• معدن الطريق
• سطح مشبع جاف
• تشطيب مصقول