اقرأ في هذا المقال
- ما هو التجويف في المنشآت الخرسانية؟
- ما هي أضرار التجويف في المنشآت الخرسانية؟
- كيف يمكن تقليل الضرر من المياه عالية السرعة؟
ما هو التجويف في المنشآت الخرسانية؟
يحدث تلف التجويف عندما يتدفق الماء عالي السرعة إلى انقطاع على سطح التدفق. سيؤدي الانقطاع إلى رفع الماء عن السطح، ممّا يؤدي إلى إنشاء منطقة ضغط سلبي، وسيؤدي ذلك إلى فقاعات من بخار الماء. إذا انهارت الفقاعات على سطح الخرسانة. سيؤدي التأثير إلى ضغط مرتفع يمكنه إزالة جزيئات سطح الخرسانة وإطالة فترات انقطاع سطح الخرسانة. سيؤدي استمرار هذه العملية إلى إطالة ضرر التجويف.
ضرر التجويف شائع في المناطق ذات سرعة التدفق العالية، مثل بوابات التحكّم في السدود. تكون سرعة التدفق عالية وقت فتح البوابة وعند فتح البوابة قليلاً. سيؤدي هذا التدفق إلى تمديد الانقطاعات في الأسطح الخرسانية ويسبب تلفًا شديدًا في التجويف. يجب أن يشمل إصلاح تلف التجويف إزالة سبب تلف التجويف. بشكل عام، لن يحدث ضرر التجويف عندما تكون سرعة التدفق أقل من 12 م لكل ث (40 قدم لكل ث) في درجة الحرارة المحيطة.
عندما يكون من المتوقع أن يكون التدفق 12 م لكل ث أو أكثر. يجب فحص سطح التدفق للتأكد من عدم وجود انقطاعات على سطح التدفق. يجب أن يتم إنهاء السطح الخرساني المتوقع أن يتم فرضه على التدفق عالي السرعة بشكل مناسب لإزالة جميع الانقطاعات. يجب إصلاح الأسطح الخرسانية الجديدة التي لا تستوفي المواصفات عن طريق الطحن أو الإزالة واستبدالها بالخرسانة أو الخرسانة البديلة الرابطة بالإيبوكسي.
يمكن إصلاح أضرار التجويف بالقرب من بوابة التحكّم عن طريق استبدال الخرسانة التالفة بالخرسانة المستعبدة بالإيبوكسي والملاط المرتبط بالإيبوكسي والخرسانة البوليمرية. ويوصى بطلاء الخرسانة بطلاء إيبوكسي صلب بنسبة 100%. سيساعد هذا الطلاء في منع حدوث أضرار التجويف. ومع ذلك، فإنّ استخدام طلاء الايبوكسي الصلب لا يمكن أن يحمي بشكل كامل تدفق السطح من أضرار التجويف.
يجب أن يتضمن الإصلاح الناجح لسطح تدفق الضرر في مجرى التدفق أو المخرج أو أحواض الطمي دراسات هيدروليكية وتعديل التصميم لتقليل سرعة التدفق ومنع تكرار تلف التجويف مرة أخرى. حيث يمكن تعديل سرعة التدفق من خلال تركيب فتحات الهواء في مجاري الصرف والأنفاق، وهي ناجحة جدًا في القضاء على أضرار التجويف أو تقليلها بشكل كبير.
إنّ التجويف مترابط دائمًا مع الهياكل الهيدروليكية وهو معروف جيدًا. إنّ مدى الضرر والتعطيل المرتبط بتشغيل هذه المرافق، وتكاليف الإصلاح والخسارة بسبب الانقطاع، هي حقائق الحياة في بعض المشاريع الهندسية. وفي محاولة لمعالجة مشاكل التجويف، تم إجراء قدر هائل من الأبحاث على مدى سنوات عديدة جيدة حول العالم. من هذا البحث تم تطوير عدد من التقنيات، واكتساب قدر هائل من المعرفة، ويقوم المهندسون بتطبيق النتائج في تصميمهم للهياكل الهيدروليكية.
بالنظر إلى مدى الدراسات التي تم إجراؤها وعدد المشاريع التي حدثت فيها أضرار كبيرة في التجويف لأسباب معروفة، يمكن للمرء أن يتساءل لماذا يستمر المهندسون في النجاح في تصميم وبناء الهياكل التي تعاني من مشاكل كبيرة في التجويف. ربما يكمن جزء من الإجابة في نقص نشر المعلومات، أو السعي لتحقيق وفورات على حساب تصميم بأداء مضمون. ربما يكون أيضًا هو التقدم المستمر في الهياكل الأكبر والأعلى التي تكون معرفة التجويف فيها محدودة.
الغرض من هذه المقالة هو مناقشة الخبرات حول أعمال المنفذ الرئيسي، ليس فقط لتقديم دراسة حالة ولكن فرصة نادرة لمقارنة النتائج من برامج الأجهزة الرئيسية في كل من التحقيقات النموذجية والتركيب الميداني. فعلى أساس هذا العمل، الذي يبدو أنه فتح آفاقًا جديدة في اكتشاف ظاهرة التجويف وتوسيع نطاقه، من المأمول أن يتم تحقيق فهم أفضل لظاهرة التجويف كما تنطبق على تصميم الهياكل الهيدروليكية.
ما هي أضرار التجويف في المنشآت الخرسانية؟
يُعد تلف التجويف الذي يلحق بسطح الهيكل الخرساني أكثر شيوعًا في حالة مجرى تصريف المياه في السدود. هذا يؤدي إلى تشققات على سطح الخرسانة ممّا يزيد من خطر تلف الخرسانة عن طريق هجوم الكبريتات، ذوبان التجميد، تفاعل قلوي السيليكا وغيرها من الوسائل. يحدث تلف التجويف على سطح الخرسانة عند مواجهة انقطاع أو عدم انتظام في مسار تدفق المياه بسرعة عالية.
يؤدي هذا الانقطاع أو عدم الانتظام في مسار التدفق إلى رفع الماء عن سطح التدفق، ممّا يؤدي إلى إنشاء مناطق ضغط سلبي وفقاعات ناتجة عن بخار الماء. تنتقل هذه الفقاعات في اتجاه مجرى النهر وتنهار. إذا انهارت الفقاعات على سطح خرساني، فإنّها ترسل ضغطًا عاليًا جدًا على مساحة صغيرة جدًا من السطح. يمكن لمثل هذه التأثيرات عالية الضغط أن تزيل جزيئات الخرسانة، وتشكل انقطاعًا آخر يؤدي بعد ذلك إلى مزيد من الضرر التجويفي الشامل.
يتطلّب بدء تلف التجويف وجود مخالفات على طول سطح التدفق ومؤشر تجويف منخفض مرتبط بتدفق مجرى تصريف. يبدأ التجويف عادةً عن طريق مخالفات فردية معزولة أو خشونة على طول سطح التدفق. تتضمن الأمثلة النموذجية للمخالفات في أسطح تدفق الهيكل الهيدروليكي ما يلي:
- إزاحة في التدفق.
- ثقوب أو أخاديد في سطح التدفق.
- المفاصل البارزة.
- رواسب الكالسيت على سطح التدفق.
تم اختبار مقاومة التجويف للعديد من مواد الإصلاح المختلفة من قبل مختبرات الاستصلاح. حتى الآن، لم يتم العثور على أي مادة، بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ والحديد الزهر، قادرة على تحمّل حالات التجويف المطورة بالكامل. يجب أن تتضمن الإصلاحات الناجحة أولاً التوسط في أسباب التجويف. القاعدة الأساسية هي أن ضرر التجويف لن يحدث بسرعات تدفق أقل من حوالي 40 قدمًا في الثانية عند الضغط المحيط.
مع اقتراب سرعات التدفق من هذه العتبة، يصبح من الضروري التأكد من عدم وجود تعويضات أو انقطاعات على الأسطح في مسار التدفق. تعتبر مواصفات الاستصلاح الخاصة بإنهاء أسطح الهياكل الخرسانية التي ستختبر تدفقات عالية السرعة صارمة للغاية. يمكن أحيانًا إجراء إصلاحات للخرسانة المشيدة حديثًا والتي لا تلبّي هذه المتطلّبات عن طريق طحن السطح.
كيف يمكن تقليل الضرر من المياه عالية السرعة؟
نحن نفهم أن التجويف يحدث عندما يتسبب الاضطراب في فقاعات بخار ذات ضغط منخفض جدًا بحيث تتمزق الخرسانة. أفضل طريقة لتحسين المقاومة هي استخدام خرسانة عالية القوة، مع إمكانية صبها على شكل ماص لتقليل نسبة الإسمنت بالماء. يميل التجويف إلى إزالة الجسيمات الأكبر. ومن ثم يجب ألا يزيد حجم الركام القريب من السطح عن 3/4 بوصة.
أظهرت خرسانة البوليمر مقاومة جيدة، وتوفر الطلاءات المرنة بعض الحماية عن طريق تقليل مستوى الإجهاد في الخرسانة الأساسية. يجب أن تلتصق هذه الطلاءات بقوة بالخرسانة حتى تكون فعالة. كانت بعض طلاءات النيوبرين والبولي يوريثين مرضية. يجب أن يكون أحد الاعتبارات الرئيسية هو توفير أسطح ناعمة ومحاذاة جيدًا وخالية من التغييرات المفاجئة في الانحدار أو الانحناء.
