ما هي أسباب الشقوق في الهياكل الخرسانية؟
التشققات في المبنى مشكلة عالمية تواجه جميع أنحاء العالم. كما تتسبب مكونات البناء في حدوث تشققات كلما تجاوز الضغط في المكونات قوتها. وقد يكون الإجهاد في مكونات المبنى ناتجًا عن قوى مطبقة خارجيًا مثل الحِمل الميت أو الحِمل الحي أو حِمل الرياح أو الأحمال الزلزالية أو تسوية الأساس أو يمكن أن يكون ناتجًا داخليًا بسبب التغيرات في درجات الحرارة وتغيرات الرطوبة والإجراءات الكيميائية.
تؤثر التشققات على المظهر الفني للمبنى وتدمر سلامة الجدار وتؤثر على سلامة الهيكل الخرساني وتقلّل حتى من متانة الهيكل. حيث أن الشقوق في المباني الخرسانية لها أسباب عديدة، قد تظهر مدى إجمالي للضرر أو مشاكل ذات حجم أكبر أو قد تمثل ضائقة هيكلية خطيرة أو نقصًا في المتانة أو قد تؤثر على المظهر فقط. كما تعتمد أهمية التشققات على طبيعة التشقق ونوع الهيكل. سيتم مناقشة أسباب الأنواع المختلفة من تشققات المباني وعلاجها أدناه:
الأسباب الرئيسية لِلشقوق في المبنى هي كما يلي:
- نفاذية الخرسانة.
- الحركة الحرارية.
- حركة الزحف.
- تآكل حديد التسليح.
- حركة الرطوبة.
- ممارسات البناء السيئة.
- التصميم والمواصفات الهيكلية غير الملائمة.
- سوء الصيانة.
- الحركة بسبب التفاعلات الكيميائية.
- وبعض العوامل الأخرى.
1- نفاذية الخرسانة:
تبدأ عملية التدهور في الخرسانة باختراق عوامل عدوانية مختلفة. حيث تُملي قدرة الخرسانة على مقاومة العوامل الجوية أو الهجوم الكيميائي أو أي عملية تدهور. لذلك، تعتبر النفاذية المنخفضة عاملاً رئيسيًا في متانة الخرسانة. هناك عدد من العوامل التي تتحكّم في نفاذية الخرسانة مثل نسبة الماء إلى الأسمنت واستخدام المواد المضافة والمعالجة وفراغات الهواء بسبب نقص الضغط والشقوق الدقيقة بسبب التحميل والتعرض الدوري للتغيرات الحرارية وعمر الخرسانة.
الثلاثة الأوائل من العوامل التي تتحكّم في نفاذية الخرسانة متحالفون مع القوة الملموسة. أيضًا، إنّ نفاذية عجينة الأسمنت هي دالة لنسبة الماء إلى الأسمنت بالنظر إلى جودة المواد الجيدة والتناسب المُرضي وممارسات البناء الجيدة،حيث أن نفاذية الخرسانة هي وظيفة مباشرة لمسامية وترابط مسام عجينة الأسمنت.
2- الحركة الحرارية للخرسانة:
تعتبر الحركة الحرارية من أكثر الأسباب فعالية للتشقق في المباني. بحيث تتوسع جميع المواد بشكل أو بآخر عند التسخين وتتقلّص عند التبريد. فقد تؤدي التغيرات في درجة الحرارة المحيطة وفقدان حرارة الماء في جزء من الهيكل بمعدّل مختلف إلى تغيرات في درجة الحرارة وحركة حرارية لاحقة، وتعتمد الحركة الحرارية في أحد المكونات على عدد من العوامل مثل التغيرات في درجة الحرارة والأبعاد ومعامل التمدد الحراري وبعض الخصائص الفيزيائية الأخرى للمواد.
الاختلافات الحرارية في الجدران الداخلية والأرضيات الوسيطة ليست كثيرة وبالتالي لا تسبب تشققات. إنّ الجدران الخارجية بشكل أساسي خاصة الجدران الرقيقة المعرضة للإشعاع الشمسي المباشر والسقف الذي يخضع لتغير حراري كبير هو عرضة للتشقق. كما يجب مراعاة الوصلات أثناء التصميم وإنشائها بشكل صحيح. على سبيل المثال، وصلات التمدد، وصلات البناء، وصلات التحكّم وَوصلات الانزلاق.
3- حركة الزحف الخرساني:
يُعرف التشوه التدريجي والبطيء المعتمد على الوقت للهيكل الخرساني تحت الأحمال المستمرة بالزحف، وقد يولد ضغطًا مفرطًا ويؤدي إلى تطور التشقق. يزداد الزحف مع زيادة محتوى الماء والأسمنت ونسبة الماء إلى الأسمنت ودرجة الحرارة. يضاف إلى ذلك، المضافات والبوزولان ستزيد من الزحف. ستؤدي زيادة درجة الحرارة في القضبان الفولاذية إلى زيادة الزحف أيضًا. ومع ذلك، فإنّه يتناقص مع زيادة رطوبة الغلاف الجوي المحيط وعمر المواد في وقت التحميل.
يمكن علاج الزحف الخرساني عن طريق:
- استخدم أقل كمية ممكنة من الماء.
- استخدم الركام الخشن الكبير.
- وفر تقوية الضغط إن أمكن.
- تجنّب إزالة القوالب في سن مبكرة.
- علاج الخرسانة بشكل صحيح.
- تعيين المقطع العرضي المناسب للعنصر الملموس.
4- تآكل حديد التسليح:
ينتج عن التآكل المقوى أكسيد الحديد وهيدروكسيد على سطح قضيب الفولاذ، وبالتالي يزيد حجمه. ومن ثم تسبب هذه الزيادة في الحجم ضغوط انفجار شعاعي عالية حول قضبان التسليح وتؤدي إلى شقوق شعاعية محلية. ينتج عن هذه الشقوق الانقسامية تكوين شقوق طولية موازية للقضيب. كما سيحدث تآكل التقوية ما لم يتم حمايته بشكل صحيح. يمكن حماية حديد التسليح من خلال توفير غطاء خرساني غير منفذ، هذا سيمنع دخول الرطوبة والعناصر العدوانية الأخرى. لن يحدث تآكل التسليح أيضًا طالما أن الخرسانة المحيطة به ذات طبيعة قلوية ذات قيمة عالية من الأُس الهيدروجيني.
إنّ مقاييس التعافي لتآكل حديد التسليح هي: استخدم خرسانة منخفضة النفاذية وتوفير سُمك غطاء مناسب. كما يجب التأكد من أن الرابطة الخرسانية والفولاذية جيدة قدر الإمكان. وهذا لأن الخرسانة وحدها غير قادرة على مقاومة قوى الشد التي غالبًا ما تتعرض لها. خلاف ذلك، قد تتصدع الخرسانة وتسمح للمواد الضارة بمهاجمة قضبان الحديد.
5- حركة الرطوبة في الخرسانة:
تتوسع معظم مواد البناء التي تحتوي على مسام في هيكلها على شكل مساحة بين الجزيئات على امتصاص الرطوبة وتتقلّص عند التجفيف، هذه الحركات دورية بطبيعتها وتنتج عن زيادة أو نقص الضغط بين المسام مع تغيرات الرطوبة، كما يمكن أن يكون الانكماش من البلاستيك أو جاف. تشمل العوامل التي تسبب انكماش الأسمنت أو الملاط الماء الزائد وكمية الأسمنت.
يجب توفير مفاصل الحركة واستخدم أقل كمية ممكنة من الماء لخلط الخرسانة الأسمنتية أو الملاط الأسمنتي لعلاج مشاكل الرطوبة في الخرسانة. إنّ الخرسانة المدمجة بشكل صحيح تعاني من انكماش أقل مقارنة بالخرسانة المدموكة يدويًا. أخيرًا، يفضّل تجنب استخدام الأسمنت المفرط.
6- ممارسات البناء السيئة:
هناك مجموعة متنوعة من ممارسات البناء التي تؤدي إلى تكسير الخرسانة. عادة، تكون ممارسات البناء غير الصحيحة بسبب الجهل أو الإهمال أو الجشع أو الإهمال. الأسباب الرئيسية لممارسات البناء السيئة:
- اختيار غير لائق للمواد.
- اختيار المواد الرخيصة ذات الجودة الرديئة.
- التناسب غير الكافي وغير المناسب لمكونات الخلط من الخرسانة والملاط وما إلى ذلك.
- التحكّم غير الكافي في مختلف خطوات إنتاج الخرسانة مثل الخلط ، النقل، الصب، التشطيب والمعالجة.
- يمكن أن تكون أحمال البناء الزائدة الناتجة أثناء البناء أكثر خطورة من تلك المفروضة أثناء الخدمة.
- عدم كفاية مراقبة الجودة والإشراف ممّا يؤدي إلى فراغات كبيرة (التعشيش في الخرسانة) وتشققات تؤدي إلى تسربات وتؤدي في النهاية إلى تدهور أسرع للخرسانة.
- فواصل البناء غير المناسبة بين صب الخرسانة اللاحقة أو بين الهيكل الخرساني والبناء.
- إضافة الماء الزائد في الخلطات الخرسانية والمونة.
- أخيرًا، رداءة جودة مواد وممارسات السباكة والصرف الصحي.
إنّ العلاج التصحيحي لِممارسات البناء السيئة هي: مراقبة عملية البناء بشكل صحيح واستخدام مواد ذات نوعية جيدة في وقت البناء.
7- التصميم والمواصفات الهيكلية غير الملائمة:
يمكن أن تحدث العديد من المشاكل بسبب التصميم الهيكلي والتفاصيل والمواصفات غير الصحيحة. وتشمل الأخطاء التي قد تحدث في هذه المرحلة السماكة غير الكافية وعدم كفاية التعزيز والهندسة غير الصحيحة والاستخدام غير السليم للمواد والتفاصيل غير الصحيحة. بحيث تشمل المشكلات التي تمت مواجهتها بسبب هذه الأخطاء التصدّع بسبب عدم كفاية التعزيز والحركة التفاضلية المفرطة بسبب تصميم الأساس غير المناسب وزيادة تركيز الضغوط نتيجة لسوء التصميم، وما إلى ذلك.
بالإضافة إلى ذلك، من الأهمية بمكان أن يأخذ المصمم بعين الاعتبار الظروف البيئية الموجودة حول موقع البناء. ويجب على المهندسين المعماريين والاستشاريين الإنشائيين ومحددي المواصفات مراعاة الإجراء التالي لتجنّب التشقق والتدهور اللاحق للهياكل:
- المواصفات المناسبة للمواد الخرسانية والخرسانة.
- المواصفات المناسبة للعناية بالظروف البيئية وكذلك تحت التربة.
- تصميم إنشائي مناسب.
- جودة وسُمك مناسب للغطاء الخرساني حول حديد التسليح.
- تخطيط تخطيط التعزيز المناسب وتفصيله في الهياكل النحيلة لتسهيل الصب المناسب للخرسانة دون فصل.
- اختيار الوكالة المناسبة لبناء تصاميمهم.
8- سوء صيانة الخرسانة:
يحتاج الهيكل إلى الصيانة بعد انقضاء فترة معينة من اكتمال بنائه، وقد تحتاج بعض الهياكل إلى نظرة مبكّرة جدًا على مشاكل تدهورها، بينما يمكن للبعض الآخر أن يحافظ على نفسه جيدًا لسنوات عديدة اعتمادًا على جودة التصميم والبناء. علاوة على ذلك، فإنّ الطلاء الخارجي المنتظم للمبنى يساعد إلى حد ما في حماية المبنى من الرطوبة والهجمات الكيميائية الأخرى. بحيث يعتبر العزل المائي والطلاء الواقي على حديد التسليح أو الخرسانة كلها خط الدفاع الثاني وسيعتمد نجاح حمايتها بشكل كبير على جودة الخرسانة.
يجب معالجة حالات التسرّب في أقرب وقت ممكن قبل حدوث تآكل للتسليح داخل بدايات الخرسانة وتقطير الخرسانة. علاوة على ذلك، ستفقد الخرسانة المشقوقة قوتها وصلابتها. إلى جانب ذلك، يزداد معدل التآكل بسبب تعرض الفولاذ الصدأ بالكامل لبيئة عدوانية. وأخيرًا، ليس من الضروري فقط إصلاح الخرسانة المتدهورة ولكن من المهم أيضًا منع الرطوبة والمواد الكيميائية العدوانية من دخول الخرسانة ومنع المزيد من التدهور.
9- الحركة بسبب التفاعلات الكيميائية في الخرسانة:
قد تتصدّع الخرسانة نتيجة للتفاعلات الممتدة بين الركام الذي يحتوي على السيليكا النشطة والقلوية المشتقة من ترطيب الأسمنت، بحيث ينتج عن تفاعل السيليكا القلوية تكوين هلام منتفخ. هذا يميل إلى سحب المياه من أجزاء أخرى من الخرسانة. ونتيجة لذلك يحدث التمدد الموضعي وينتج عنه تشققات في الهيكل، من أجل معالجة هذه المشكلة، يجب استخدم الأسمنت القلوي المنخفض واستخدم البوزولانا واختيار الركام المناسب.
10- عوامل أخرى تسبب الشقوق في الهياكل الخرسانية:
- الزخرفة الوحشية، حيث تكون حرة في إزالة الحوائط الحاملة أو الثقوب المسببة للشقوق.
- الحرائق الناجمة عن الحوادث والحرائق والزلازل الخفيفة.
