الخرسانة المسلحة

الخرسانة المسلحة ، وتُسمى أيضًا الخرسانة الحديدية أو الخرسانة الحديدية ، هي مادة مركبة تُعوض فيها مقاومة الشد المنخفضة نسبيًا وليونة الخرسانة بإضافة حديد تسليح ذي مقاومة شد أو ليونة أعلى. عادةً ما يكون حديد التسليح، وإن لم يكن بالضرورة، قضبان تسليح فولاذية (تُعرف بحديد التسليح )، ويُدمج عادةً في الخرسانة قبل تصلبها. مع ذلك، يُستخدم الشد اللاحق أيضًا كتقنية لتقوية الخرسانة. تُعد الخرسانة المسلحة من أكثر المواد الهندسية شيوعًا من حيث الحجم المُستخدم سنويًا. ^{[ 1 ] [ 2 ]} من الناحية الهندسية المتعلقة بالتآكل ، عند تصميمها بشكل صحيح، تحمي قلوية الخرسانة حديد التسليح الفولاذي من التآكل . ^{[ 3 ]}

تُصمَّم أنظمة التسليح عمومًا لمقاومة إجهادات الشد في مناطق محددة من الخرسانة، والتي قد تُسبب تشققات غير مقبولة و/أو انهيارًا إنشائيًا. يمكن أن تحتوي الخرسانة المسلحة الحديثة على مواد تسليح متنوعة مصنوعة من الفولاذ أو البوليمرات أو مواد مركبة بديلة، سواءً مع قضبان التسليح أو بدونها. كما يمكن تعريض الخرسانة المسلحة لإجهاد دائم (الخرسانة تحت ضغط، والتسليح تحت شد)، وذلك لتحسين أداء الهيكل النهائي تحت أحمال التشغيل. في الولايات المتحدة ، تُعرف أكثر الطرق شيوعًا لتحقيق ذلك باسم الشد المسبق والشد اللاحق .

للحصول على بناء قوي ومتين وقابل للطرق ، يجب أن يتمتع التعزيز بالخصائص التالية على الأقل:

• قوة نسبية عالية
• قدرة عالية على تحمل الإجهاد الشدّي
• التصاق جيد بالخرسانة، بغض النظر عن درجة الحموضة والرطوبة والعوامل المماثلة
• التوافق الحراري، وعدم التسبب في إجهادات غير مقبولة (مثل التمدد أو الانكماش) ​​استجابة لتغير درجات الحرارة.
• المتانة في البيئة الخرسانية، بغض النظر عن التآكل أو الإجهاد المستمر على سبيل المثال.

حدث التطور المبكر للخرسانة المسلحة بالتوازي في إنجلترا وفرنسا خلال منتصف القرن التاسع عشر. ^{[ 4 ]}

كان البنّاء الفرنسي فرانسوا كونييه أول من استخدم الخرسانة المسلحة بالحديد كتقنية بناء. ^{[ 5 ]} في الفترة ما بين عامي 1853 و1855، بنى كونييه لنفسه أول مبنى من الخرسانة المسلحة بالحديد، وهو منزل من أربعة طوابق في 72 شارع شارل ميشيل في ضواحي باريس، عُرف باسم منزل فرانسوا كونييه . ^{[ 6 ]} تشير أوصاف كونييه لتسليح الخرسانة إلى أنه لم يستخدمه لزيادة قوة الخرسانة، بل لمنع انهيار الجدران في المباني المتجانسة. ^{[ 7 ]} يُعد مبنى بيبين في بروكلين ، الذي شُيّد بين عامي 1872 و1873 ، شاهدًا على براعته في هذه التقنية، على الرغم من أنه لم يُصمّمه كونييه.

في عام 1854، قام البنّاء الإنجليزي ويليام ب. ويلكنسون بتدعيم السقف والأرضيات الخرسانية في المنزل المكون من طابقين الذي كان يبنيه. وقد أظهر موضع التدعيم أنه، على عكس أسلافه، كان على دراية بإجهادات الشد. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} بين عامي 1869 و1870، صمّم هنري إيتون جسر هومرزفيلد المدعّم بالحديد المطاوع، وقامت شركة دبليو آند تي فيليبس اللندنية ببنائه ، بطول 50 قدمًا (15.25 مترًا)، فوق نهر وافيني، بين مقاطعتي نورفولك وسوفولك الإنجليزيتين. ^{[ 11 ]}

كان جوزيف مونييه ، وهو بستاني فرنسي من القرن التاسع عشر، رائدًا في تطوير الخرسانة الهيكلية الجاهزة والمسلحة، إذ لم يكن راضيًا عن المواد المتوفرة آنذاك لصنع أواني الزهور المتينة. ^{[ 12 ]} حصل على براءة اختراع لتقوية أواني الزهور الخرسانية عن طريق خلط شبكة سلكية مع ملاط ​​في عام 1867. ^{[ 13 ]} وفي عام 1877، حصل مونييه على براءة اختراع أخرى لتقنية أكثر تطورًا لتقوية الأعمدة والجسور الخرسانية، باستخدام قضبان حديدية موضوعة على شكل شبكة. مع أن مونييه كان يعلم بلا شك أن تقوية الخرسانة من شأنها تحسين تماسكها الداخلي، إلا أنه ليس من الواضح ما إذا كان يعلم حتى مقدار التحسن في مقاومة الشد للخرسانة نتيجةً للتقوية. ^{[ 14 ]}

في عام ١٨٧٧، نشر ثاديوس هايات تقريرًا بعنوان " وصف لبعض التجارب على الخرسانة الإسمنتية البورتلاندية المُدمجة مع الحديد كمادة بناء، مع الإشارة إلى توفير المعادن في البناء ولضمان السلامة من الحرائق في صناعة الأسقف والأرضيات والأسطح" ، ^{[ ١٥ ]} حيث عرض فيه تجاربه على سلوك الخرسانة المسلحة. وقد لعب عمله دورًا محوريًا في تطور البناء الخرساني ليصبح علمًا راسخًا ومدروسًا. ولولا عمل هايات، لكان من الممكن الاعتماد على أساليب التجربة والخطأ الأكثر خطورة لتحقيق التقدم في هذه التقنية. ^{[ ٧ ] [ ١٦ ]}

قبل سبعينيات القرن التاسع عشر، لم يكن استخدام البناء الخرساني تقنية مثبتة علميًا بعد، على الرغم من أنه يعود إلى الإمبراطورية الرومانية ، وقد أعيد تقديمه في أوائل القرن التاسع عشر. ^{[ 17 ]}

كان إرنست ل. رانسوم ، المهندس المولود في إنجلترا، من أوائل المبتكرين لتقنيات الخرسانة المسلحة في أواخر القرن التاسع عشر. وبفضل المعرفة التي اكتسبها في هذا المجال خلال الخمسين عامًا السابقة، حسّن رانسوم جميع أساليب وتقنيات مخترعي الخرسانة المسلحة السابقين تقريبًا. وكان ابتكاره الرئيسي هو لفّ قضبان التسليح الفولاذية، مما حسّن تماسكها مع الخرسانة. ^{[ 18 ] [ 19 ]} ومع ازدياد شهرته بفضل مبانيه الخرسانية، تمكّن رانسوم من بناء اثنين من أوائل الجسور الخرسانية المسلحة في أمريكا الشمالية بين عامي 1886 و1889. ^{[ 18 ]} ولا يزال أحد جسوره قائمًا حتى اليوم في جزيرة شيلتر في الطرف الشرقي من مدينة نيويورك.

كان أحد أوائل المباني الخرسانية التي تم بناؤها في الولايات المتحدة منزلًا خاصًا صممه ويليام وارد ، واكتمل بناؤه في عام 1876. وقد صُمم المنزل خصيصًا ليكون مقاومًا للحريق.

كان جي إيه وايس مهندسًا مدنيًا ألمانيًا ورائدًا في مجال الإنشاءات الخرسانية المسلحة بالحديد والصلب. في عام 1879، اشترى وايس الحقوق الألمانية لبراءات اختراع مونير، وفي عام 1884، قامت شركته، وايس وفرايتاغ ، بأول استخدام تجاري للخرسانة المسلحة. وحتى تسعينيات القرن التاسع عشر، ساهم وايس وشركته بشكل كبير في تطوير نظام مونير للتسليح، مما رسخ مكانته كتقنية علمية متطورة. ^{[ 14 ]}

كان جسر لامينغتون أول جسر طريق كبير من الخرسانة المسلحة في أستراليا. صممه ألفريد بارتون برادي ، الذي كان مهندس حكومة كوينزلاند وقت بناء الجسر عام 1896. ^{[ 20 ]} يتكون الجسر من أحد عشر امتدادًا ، يبلغ طول كل منها 15.2 مترًا (50 قدمًا) ، ويبلغ طوله الإجمالي 187 مترًا (614 قدمًا) ، وهو أكبر من أي جسر مماثل معروف في العالم في ذلك الوقت. ^{[ 21 ]}  

كان مبنى إنجالز المكون من 16 طابقًا في سينسيناتي، والذي تم بناؤه عام 1904، أحد أوائل ناطحات السحاب المصنوعة من الخرسانة المسلحة. ^{[ 10 ]}

كان مبنى لافلين آنيكس في وسط مدينة لوس أنجلوس ، الذي شُيّد عام 1905، أول مبنى من الخرسانة المسلحة في جنوب كاليفورنيا. ^{[ 22 ] [ 23 ]} وفي عام 1906، أفادت التقارير بإصدار 16 رخصة بناء لمبانٍ من الخرسانة المسلحة في مدينة لوس أنجلوس، بما في ذلك قاعة تمبل وفندق هايوارد المكون من 8 طوابق. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

في عام ١٩٠٦، تسبب انهيار جزئي لفندق بيكسبي في لونغ بيتش في مقتل ١٠ عمال أثناء بنائه، نتيجة إزالة الدعامات قبل الأوان. وقد أثار هذا الحادث تدقيقًا في ممارسات تشييد الخرسانة وعمليات التفتيش على المباني. كان المبنى مُشيدًا من هياكل خرسانية مُسلحة، مع أرضيات وجدران مملوءة ببلاط طيني مجوف. وقد شكك الخبراء بشدة في هذه الممارسة، وقدموا توصيات باستخدام الخرسانة "الخالصة"، أي الخرسانة المُسلحة للأرضيات والجدران والهياكل. ^{[ ٢٦ ]}

في أبريل 1904، أنجزت جوليا مورغان ، المهندسة المعمارية الأمريكية الرائدة في استخدام الخرسانة المسلحة لأغراض جمالية، أول مبنى لها من الخرسانة المسلحة، وهو برج الجرس "إل كامبانيل" الذي يبلغ ارتفاعه 22 مترًا (72 قدمًا) في كلية ميلز ، ^{[ 27 ]} الواقعة على الجانب الآخر من خليج سان فرانسيسكو . [28] وبعد عامين، نجا "إل كامبانيل" من زلزال سان فرانسيسكو عام 1906 دون أي أضرار، ^{[ 29 ]} مما ساهم في بناء سمعتها وإطلاق مسيرتها المهنية الزاخرة. ^{[ 29 ]} كما غيّر زلزال عام 1906 موقف الجمهور الرافض للخرسانة المسلحة كمادة بناء، والتي كانت تُنتقد سابقًا بسبب مظهرها الباهت. وفي عام 1908، عدّل مجلس المشرفين في سان فرانسيسكو قوانين البناء في المدينة للسماح باستخدام الخرسانة المسلحة على نطاق أوسع. ^{[ 30 ]} 

في عام 1906، نشرت الرابطة الوطنية لمستخدمي الأسمنت (NACU) المعيار رقم 1 ^{[ 31 ]} ، وفي عام 1910، نشرت لوائح البناء القياسية لاستخدام الخرسانة المسلحة . ^{[ 32 ]}

يمكن بناء العديد من أنواع الهياكل ومكوناتها المختلفة باستخدام عناصر الخرسانة المسلحة بما في ذلك الألواح والجدران والعوارض والأعمدة والأساسات والإطارات وغيرها .

يمكن تصنيف الخرسانة المسلحة إلى خرسانة مسبقة الصب أو خرسانة مصبوبة في الموقع .

يُعدّ تصميم وتنفيذ نظام أرضيات عالي الكفاءة أمرًا أساسيًا لإنشاء هياكل بناء مثالية. ويمكن أن تُحدث تغييرات طفيفة في تصميم نظام الأرضيات تأثيرًا كبيرًا على تكاليف المواد، وجدول البناء، والمتانة القصوى، وتكاليف التشغيل، ومستويات الإشغال، والاستخدام النهائي للمبنى.

بدون التدعيم، لن يكون من الممكن بناء الهياكل الحديثة باستخدام المواد الخرسانية.

ينحني الجسر تحت تأثير عزم الانحناء ، مما ينتج عنه انحناء طفيف. عند السطح الخارجي (سطح الشد) للانحناء، يتعرض الخرسانة لإجهاد شد، بينما عند السطح الداخلي (سطح الضغط) يتعرض لإجهاد ضغط.

الكمرة المسلحة بشكل فردي هي الكمرة التي يتم فيها تسليح العنصر الخرساني فقط بالقرب من وجه الشد، ويتم تصميم التسليح، المسمى بفولاذ الشد، لمقاومة الشد.

الكمرة ذات التسليح المزدوج هي مقطع يُسلّح فيه العنصر الخرساني، بالإضافة إلى تسليح الشد، بالقرب من سطح الضغط لمساعدة الخرسانة على مقاومة الضغط وتحمّل الإجهادات. يُسمى هذا التسليح الأخير بفولاذ الضغط. عندما تكون منطقة الضغط في الخرسانة غير كافية لمقاومة عزم الضغط (العزم الموجب)، يجب توفير تسليح إضافي إذا حدد المهندس المعماري أبعاد المقطع.

الكمرة ذات التسليح الناقص هي الكمرة التي تكون فيها مقاومة الشد لحديد التسليح أقل من مقاومة الضغط الكلية للخرسانة وحديد التسليح (أي أن التسليح ناقص عند وجه الشد). عندما يتعرض عنصر الخرسانة المسلحة لعزم انحناء متزايد، يخضع حديد التسليح للشد للتشوه بينما لا تصل الخرسانة إلى حالة الانهيار النهائي. ومع خضوع حديد التسليح للتشوه وتمدده، تخضع الخرسانة "ذات التسليح الناقص" أيضًا للتشوه بطريقة مطيلة، مُظهرةً تشوهًا كبيرًا وعلامة تحذير قبل انهيارها النهائي. في هذه الحالة، يُحدد إجهاد الخضوع لحديد التسليح التصميم.

الكمرة ذات التسليح الزائد هي الكمرة التي تتجاوز فيها قدرة تحمل حديد الشد للشد قدرة تحمل الضغط الكلية للخرسانة وحديد الضغط (المُسلّح بشكل زائد عند وجه الشد). لذا، تنهار الكمرة الخرسانية ذات التسليح الزائد نتيجة سحق الخرسانة في منطقة الضغط قبل أن يضعف حديد الشد، مما لا يوفر أي إنذار مسبق للانهيار، إذ يحدث الانهيار بشكل فوري.

الكمرة المتوازنة التسليح هي الكمرة التي تصل فيها منطقتا الضغط والشد إلى حد الخضوع عند نفس الحمل الواقع عليها، فينهار الخرسانة ويخضع حديد التسليح في الوقت نفسه. إلا أن هذا المعيار التصميمي لا يقل خطورة عن الخرسانة ذات التسليح الزائد، لأن الانهيار يكون مفاجئًا حيث تنهار الخرسانة في الوقت نفسه الذي يخضع فيه حديد التسليح، مما لا يوفر سوى القليل من الإنذار المبكر بحدوث التلف في حالة الشد. ^{[ 40 ]}

ينبغي عادةً تصميم العناصر الخرسانية المسلحة بالفولاذ والقادرة على تحمل العزوم بحيث تكون أقل تسليحاً، وذلك لكي يتلقى مستخدمو الهيكل تحذيراً من الانهيار الوشيك.

القوة المميزة هي قوة المادة التي تظهر فيها أقل من 5% من العينة قوة أقل.

قوة التصميم أو القوة الاسمية هي قوة المادة، بما في ذلك معامل أمان المادة. تتراوح قيمة معامل الأمان عمومًا بين 0.75 و 0.85 في تصميم الإجهاد المسموح به .

حالة الحد القصوى هي نقطة الفشل النظرية باحتمالية معينة. ويتم تحديدها في ظل أحمال ومقاومات مصممة.

تُصمَّم المنشآت الخرسانية المسلحة عادةً وفقًا لقواعد وأنظمة أو توصيات كود مثل ACI-318 أو CEB أو Eurocode 2 أو ما شابه. تُستخدم طرق WSD أو USD أو LRFD في تصميم العناصر الإنشائية الخرسانية المسلحة. يمكن إجراء تحليل وتصميم هذه العناصر باستخدام مناهج خطية أو غير خطية. عند تطبيق معاملات الأمان، تقترح أكواد البناء عادةً مناهج خطية، ولكن في بعض الحالات مناهج غير خطية. للاطلاع على أمثلة للمحاكاة والحساب العددي غير الخطي، يُرجى مراجعة المراجع: ^{[ 41 ] و[ 42 ].}

تُعدّ تقنية إجهاد الخرسانة المسبق أسلوبًا يُحسّن بشكل كبير من قدرة تحمل عوارض الخرسانة. حيث يتم شد حديد التسليح في الجزء السفلي من العارضة، والذي سيتعرض لقوى شد أثناء الخدمة، قبل صب الخرسانة حوله. وبمجرد تصلب الخرسانة، يُزال الشد عن حديد التسليح، مما يُولّد قوة ضغط داخلية على الخرسانة. عند تطبيق الأحمال، يتحمل حديد التسليح إجهادًا أكبر، وتقل قوة الضغط في الخرسانة، لكنها لا تتحول إلى قوة شد. ولأن الخرسانة تكون دائمًا تحت ضغط، فإنها أقل عرضة للتشقق والانهيار. ^{[ 43 ]}

قد يتعرض الخرسانة المسلحة للانهيار نتيجة ضعف مقاومتها، مما يؤدي إلى خلل ميكانيكي، أو نتيجة انخفاض متانتها. كما أن التآكل ودورات التجمد والذوبان قد تُلحق الضرر بالخرسانة المسلحة المصممة أو المنفذة بشكل سيئ. فعندما يتآكل حديد التسليح، تتمدد نواتج الأكسدة ( الصدأ ) وتميل إلى التقشر، مما يؤدي إلى تشقق الخرسانة وانفصال حديد التسليح عنها. وفيما يلي شرح للآليات الشائعة التي تؤدي إلى مشاكل المتانة.

الكربنة

الكربنة، أو التعادل، هي تفاعل كيميائي بين ثاني أكسيد الكربون في الهواء وهيدروكسيد الكالسيوم وسيليكات الكالسيوم المائية في الخرسانة.

عند تصميم أي هيكل خرساني، يُحدد عادةً غطاء الخرسانة لحديد التسليح (عمق حديد التسليح داخل الهيكل). ويُحدد الحد الأدنى لغطاء الخرسانة عادةً بموجب قوانين التصميم أو البناء . إذا كان حديد التسليح قريبًا جدًا من السطح، فقد يحدث تلف مبكر نتيجة التآكل. يُمكن قياس عمق غطاء الخرسانة باستخدام جهاز قياس الغطاء . مع ذلك، لا تُعاني الخرسانة المتكربنة من مشكلة في المتانة إلا عند وجود رطوبة وأكسجين كافيين لإحداث تآكل كهربائي لحديد التسليح.

إحدى طرق اختبار وجود الكربنة في المنشأة هي حفر ثقب جديد في سطحها، ثم معالجة السطح المقطوع بمحلول مؤشر الفينول فثالين . يتحول لون هذا المحلول إلى الوردي عند ملامسته للخرسانة القلوية، مما يسمح برؤية عمق الكربنة. لا يكفي استخدام ثقب موجود مسبقًا لأن السطح المكشوف سيكون قد تعرض للكربنة بالفعل.

الكلوريدات

يمكن أن تُسرّع الكلوريدات من تآكل حديد التسليح المدفون إذا وُجدت بتركيز عالٍ. تُسبب أيونات الكلوريد تآكلًا موضعيًا ( تآكلًا نقريًا ) وتآكلًا عامًا لحديد التسليح. لهذا السبب، ينبغي استخدام المياه العذبة أو مياه الشرب فقط لخلط الخرسانة، والتأكد من خلو الركام الخشن والناعم من الكلوريدات، بدلًا من استخدام إضافات قد تحتوي عليها.

كان من الشائع سابقًا استخدام كلوريد الكالسيوم كمادة مضافة لتسريع تصلب الخرسانة، وكان يُعتقد خطأً أنه يمنع التجمد. إلا أن هذه الممارسة لم تعد رائجة بعد أن اتضحت الآثار الضارة للكلوريدات، لذا يُنصح بتجنبها قدر الإمكان.

يُعدّ استخدام أملاح إذابة الجليد على الطرق، لخفض درجة تجمد الماء، أحد الأسباب الرئيسية على الأرجح للتلف المبكر لأسطح الجسور الخرسانية المسلحة أو مسبقة الإجهاد، والطرق، ومواقف السيارات. وقد ساهم استخدام قضبان التسليح المطلية بالإيبوكسي وتطبيق الحماية الكاثودية في التخفيف من هذه المشكلة إلى حد ما. كما أن قضبان التسليح المصنوعة من البوليمر المقوى بالألياف (FRP) معروفة بمقاومتها العالية للكلوريدات. وتُعتبر الخلطات الخرسانية المصممة بشكل صحيح والتي تُترك لتجف تمامًا مقاومةً لتأثيرات مواد إذابة الجليد.

يُعدّ ماء البحر مصدرًا هامًا آخر لأيونات الكلوريد ، إذ يحتوي على ما يقارب 3.5% من الأملاح وزناً. تشمل هذه الأملاح كلوريد الصوديوم ، وكبريتات المغنيسيوم ، وكبريتات الكالسيوم ، والبيكربونات . تتفكك هذه الأملاح في الماء إلى أيونات حرة (Na⁺ ^، Mg²⁺ ^، Cl⁻ ^، SO₄²⁻ ، HCO₃⁻ ⁾ وتنتقل مع الماء إلى الشعيرات الدموية للخرسانة. تُعتبر أيونات الكلوريد، التي تُشكّل حوالي 50% من هذه الأيونات، من العوامل المُسببة للتآكل في قضبان التسليح المصنوعة من _{الفولاذ} ^{الكربوني} _.

في ستينيات وسبعينيات القرن الماضي، كان من الشائع نسبيًا استخدام المغنيزيت ، وهو معدن كربونات غني بالكلوريدات ، كمادة لتغطية الأرضيات. وكان ذلك يُستخدم أساسًا لتسوية الأرضية وعزل الصوت. إلا أنه بات معروفًا الآن أن هذه المواد، عند ملامستها للرطوبة، تُنتج محلولًا مخففًا من حمض الهيدروكلوريك نتيجة وجود الكلوريدات في المغنيزيت. ومع مرور الوقت (عقودًا في العادة)، يتسبب هذا المحلول في تآكل قضبان التسليح المدفونة . وقد لوحظ هذا التآكل بشكل شائع في المناطق الرطبة أو المناطق المعرضة للرطوبة بشكل متكرر.

في بناء الصفائح الفولاذية، تُربط عوارض طولية بين صفائح فولاذية متوازية. تُصنّع مجموعات الصفائح خارج الموقع، ثم تُلحم معًا في الموقع لتشكيل جدران فولاذية متصلة بالعوارض الطولية. تُصبح هذه الجدران بمثابة القوالب التي يُصب فيها الخرسانة. يُسرّع بناء الصفائح الفولاذية عملية بناء الخرسانة المسلحة من خلال الاستغناء عن الخطوات اليدوية المُستهلكة للوقت في الموقع، مثل ربط حديد التسليح وبناء القوالب. تُنتج هذه الطريقة قوةً ممتازة لأن الفولاذ يكون في الخارج، حيث تكون قوى الشد في أعلى مستوياتها غالبًا.

يُستخدم تقوية الخرسانة بالألياف بشكل أساسي في الخرسانة المرشوشة ، ولكن يمكن استخدامه أيضًا في الخرسانة العادية. تُستخدم الخرسانة العادية المقواة بالألياف في الغالب للأرضيات والأرصفة، ولكن يمكن أيضًا استخدامها في مجموعة واسعة من عناصر البناء (الجسور، والأعمدة، والأساسات، وما إلى ذلك)، إما بمفردها أو مع قضبان التسليح المربوطة يدويًا.

يُعدّ الخرسانة المُدعّمة بالألياف (والتي عادةً ما تكون من الفولاذ أو الزجاج أو البلاستيك ) أو ألياف بوليمر السليلوز أقل تكلفة من حديد التسليح المربوط يدويًا. ويُعدّ شكل الألياف وأبعادها وطولها عوامل مهمة. فالألياف الرقيقة والقصيرة، كالألياف الزجاجية القصيرة الشبيهة بالشعر، لا تكون فعّالة إلا خلال الساعات الأولى بعد صبّ الخرسانة (حيث تتمثل وظيفتها في الحدّ من التشقّق أثناء تصلّب الخرسانة)، ولكنها لا تزيد من مقاومة الخرسانة للشدّ. أما الألياف ذات الحجم القياسي للخرسانة المرشوشة الأوروبية ( قطر 1 مم، طول 45 مم - من الفولاذ أو البلاستيك) فتزيد من مقاومة الخرسانة للشدّ. ويُستخدم تسليح الألياف غالبًا لتكميل حديد التسليح الأساسي أو استبداله جزئيًا، وفي بعض الحالات، يُمكن تصميمه ليحلّ محلّ حديد التسليح بالكامل. ^{[ 48 ]}  

يُعدّ الفولاذ أقوى الألياف المتوفرة بكثرة، ^{[ 49 ]} ويأتي بأطوال وأشكال مختلفة (من 30 إلى 80  مم في أوروبا) و(ذات خطافات طرفية). لا يُمكن استخدام ألياف الفولاذ إلا على الأسطح التي تتحمل التآكل وبقع الصدأ أو تتجنبها. في بعض الحالات، يُغطى سطح ألياف الفولاذ بمواد أخرى.

الألياف الزجاجية رخيصة الثمن ومقاومة للتآكل، لكنها ليست بنفس مرونة الفولاذ. ومؤخراً، أصبحت ألياف البازلت المغزولة ، المتوفرة منذ زمن طويل في أوروبا الشرقية ، متاحة في الولايات المتحدة وأوروبا الغربية. تتميز ألياف البازلت بقوتها وانخفاض تكلفتها مقارنةً بالزجاج، إلا أنها تاريخياً لم تكن مقاومة للبيئة القلوية لأسمنت بورتلاند كافية لاستخدامها كتعزيز مباشر. وتستخدم المواد الجديدة مواد رابطة بلاستيكية لعزل ألياف البازلت عن الأسمنت.

الألياف الممتازة هي ألياف بلاستيكية مُقوّاة بالجرافيت ، وهي قوية تقريبًا كالفولاذ، وأخف وزنًا، ومقاومة للتآكل. وقد حققت بعض التجارب نتائج أولية واعدة باستخدام أنابيب الكربون النانوية ، إلا أن هذه المادة لا تزال باهظة الثمن للغاية بالنسبة لأي مبنى.

يوجد تداخل كبير بين موضوعي تسليح الخرسانة بالمواد غير الفولاذية وتسليحها بالألياف. يُعدّ استخدام تسليح الخرسانة بالمواد غير الفولاذية حديثًا نسبيًا، ويتخذ شكلين رئيسيين: قضبان التسليح غير المعدنية، والألياف غير الفولاذية (عادةً ما تكون غير معدنية أيضًا) المدمجة في مصفوفة الأسمنت. على سبيل المثال، يتزايد الاهتمام بالخرسانة المسلحة بالألياف الزجاجية (GFRC) وبتطبيقات متنوعة للألياف البوليمرية المدمجة في الخرسانة. مع أنه لا يوجد حاليًا ما يشير إلى أن هذه المواد ستحل محل قضبان التسليح المعدنية، إلا أن بعضها يتمتع بمزايا كبيرة في تطبيقات محددة، كما توجد تطبيقات جديدة لا يُعدّ فيها استخدام قضبان التسليح المعدنية خيارًا مناسبًا. مع ذلك، فإن تصميم وتطبيق التسليح بالمواد غير الفولاذية محفوف بالتحديات. فالخرسانة بيئة قلوية للغاية، حيث تتميز العديد من المواد، بما في ذلك معظم أنواع الزجاج، بعمر افتراضي قصير . كما أن سلوك هذه المواد المُسلّحة يختلف عن سلوك المعادن، على سبيل المثال من حيث مقاومة القص والزحف والمرونة. ^{[ 50 ] [ 51 ]}

يتكون البلاستيك المقوى بالألياف/البوليمر (FRP) والبلاستيك المقوى بالزجاج (GRP) من ألياف البوليمر أو الزجاج أو الكربون أو الأراميد أو غيرها من البوليمرات أو الألياف عالية القوة، مثبتة في مصفوفة راتنجية لتشكيل قضبان التسليح أو الشبكات أو الألياف. يتم تركيب هذه القضبان بنفس طريقة تركيب قضبان التسليح الفولاذية. على الرغم من ارتفاع تكلفتها، إلا أن هذه الهياكل، عند استخدامها بالشكل الأمثل، تتميز بمزايا عديدة، أبرزها انخفاض ملحوظ في مشاكل التآكل ، سواءً كان ذلك بسبب قلوية الخرسانة نفسها أو بسبب السوائل المسببة للتآكل الخارجية التي قد تخترق الخرسانة. تتميز هذه الهياكل بخفة وزنها وعمرها الافتراضي الطويل . وقد انخفضت تكلفة هذه المواد بشكل كبير منذ انتشار استخدامها في صناعة الطيران والفضاء والقطاع العسكري.

تُعدّ قضبان البوليمر المقوى بالألياف (FRP) مفيدةً بشكلٍ خاص في المنشآت التي لا يُقبل فيها استخدام الفولاذ. على سبيل المثال، تحتوي أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي على مغناطيسات ضخمة، وبالتالي تتطلب مباني غير مغناطيسية . كذلك، تحتاج أكشاك تحصيل الرسوم التي تقرأ البطاقات اللاسلكية إلى خرسانة مُسلحة شفافة للموجات اللاسلكية . أيضًا، عندما يكون العمر التصميمي للهيكل الخرساني أهم من تكاليفه الأولية، غالبًا ما يكون للتسليح غير الفولاذي مزاياه، حيث يُعدّ تآكل حديد التسليح سببًا رئيسيًا للانهيار. في مثل هذه الحالات، يُمكن للتسليح المقاوم للتآكل أن يُطيل عمر المنشأة بشكلٍ كبير، كما هو الحال في منطقة المد والجزر . قد تكون قضبان البوليمر المقوى بالألياف مفيدةً أيضًا في الحالات التي يُحتمل فيها أن يتضرر الهيكل الخرساني في السنوات القادمة، على سبيل المثال حواف الشرفات عند استبدال الدرابزينات ، وأرضيات الحمامات في المباني متعددة الطوابق حيث يُحتمل أن يكون العمر الافتراضي لهيكل الأرضية أضعاف العمر الافتراضي لغشاء العزل المائي للمبنى.

غالبًا ما يكون التسليح البلاستيكي أقوى ، أو على الأقل يتمتع بنسبة قوة إلى وزن أفضل من حديد التسليح. كما أنه، نظرًا لمقاومته للتآكل، لا يحتاج إلى غطاء خرساني واقٍ بنفس سماكة غطاء حديد التسليح (عادةً من 30 إلى 50  مم أو أكثر). وبالتالي، يمكن أن تكون الهياكل المُسلحة بالألياف البلاستيكية أخف وزنًا وأطول عمرًا. وعليه، في بعض التطبيقات، ستكون التكلفة الإجمالية لدورة حياة هذه الهياكل منافسة لتكلفة الخرسانة المسلحة بالفولاذ.

تختلف الخصائص المادية لقضبان FRP أو GRP اختلافًا كبيرًا عن الفولاذ، مما يستدعي اختلافات في اعتبارات التصميم. تتميز قضبان FRP أو GRP بمقاومة شد أعلى نسبيًا ولكن بصلابة أقل، لذا من المرجح أن تكون الانحرافات أكبر مقارنةً بالوحدات المكافئة المسلحة بالفولاذ. تتمتع الهياكل ذات التسليح الداخلي بـ FRP عادةً بقابلية تشوه مرنة مماثلة لقابلية التشوه اللدن (المطيلية) للهياكل المسلحة بالفولاذ. في كلتا الحالتين، يكون احتمال الفشل ناتجًا عن انضغاط الخرسانة أكثر من تمزق التسليح. يُعد الانحراف دائمًا أحد الاعتبارات الرئيسية في تصميم الخرسانة المسلحة. تُحدد حدود الانحراف لضمان التحكم في عرض الشقوق في الخرسانة المسلحة بالفولاذ لمنع وصول الماء أو الهواء أو المواد الضارة الأخرى إلى الفولاذ والتسبب في التآكل. أما بالنسبة للخرسانة المسلحة بـ FRP، فإن المظهر الجمالي، وربما منع تسرب الماء، هما المعياران المحددان للتحكم في عرض الشقوق. كما تتميز قضبان FRP بمقاومة انضغاط أقل نسبيًا من قضبان التسليح الفولاذية، وبالتالي تتطلب مناهج تصميم مختلفة لأعمدة الخرسانة المسلحة .

من عيوب استخدام تقوية الخرسانة بالألياف البوليمرية (FRP) مقاومتها المحدودة للحريق. فعندما تُؤخذ السلامة من الحرائق بعين الاعتبار، يجب أن تحافظ المنشآت التي تستخدم هذه الألياف على قوتها وثباتها عند درجات الحرارة المتوقعة في حالة نشوب حريق. ولأغراض مقاومة الحريق ، يلزم وجود غطاء خرساني أسمنتي أو كسوة واقية بسماكة مناسبة. وقد أظهرت الدراسات أن إضافة 1  كجم/م³ ^من ألياف البولي بروبيلين إلى الخرسانة يقلل من التقشر أثناء محاكاة حريق. ^{[ 52 ]} (ويُعتقد أن هذا التحسن ناتج عن تكوين مسارات خارج كتلة الخرسانة، مما يسمح بتبديد ضغط البخار. ^{[ 52 ]} )

تتمثل إحدى المشكلات الأخرى في فعالية تسليح القص. فغالباً ما يكون أداء ركائز حديد التسليح المصنوعة من البوليمر المقوى بالألياف (FRP ) والمشكّلة بالانحناء قبل التصلب ضعيفاً نسبياً مقارنةً بركائز الصلب أو الهياكل ذات الألياف المستقيمة. فعند تعرضها للإجهاد، تتعرض المنطقة الفاصلة بين الأجزاء المستقيمة والمنحنية لإجهادات انحناء وقص وإجهادات طولية شديدة. لذا، يلزم استخدام تقنيات تصميم خاصة لمعالجة هذه المشكلات.

يتزايد الاهتمام بتطبيق التسليح الخارجي للمنشآت القائمة باستخدام مواد متطورة مثل حديد التسليح المركب (الألياف الزجاجية، البازلت، الكربون)، لما يوفره من قوة استثنائية. وتوجد في جميع أنحاء العالم العديد من العلامات التجارية لحديد التسليح المركب المعترف بها دوليًا، مثل أسلان، وداكوت، وفي-رود، وكومبار. ويتزايد عدد المشاريع التي تستخدم حديد التسليح المركب يومًا بعد يوم في مختلف أنحاء العالم، بما في ذلك الولايات المتحدة الأمريكية، وروسيا، وكوريا الجنوبية، وألمانيا.

• التثبيت في الخرسانة المسلحة
• غطاء خرساني
• لوح خرساني
• هندسة التآكل
• عداد التغطية
• أعمال السقالات
• الخرسانة المسلحة
• القوالب الخشبية
• هنري دي ميفوني
• منطقة الانتقال البيني
• الخرسانة مسبقة الصب
• متانة الهياكل الخرسانية المسلحة
• صلب مقوى
• المتانة الهيكلية
• أنواع الخرسانة