اقرأ في هذا المقال
- ما هي أنظمة حماية الهياكل الخرسانية المسلّحة؟
- وظائف أنظمة حماية الهياكل الخرسانية المسلّحة؟
- ما هي العوامل التي تحدد الحاجة إلى نظام الحماية للمنشآت الخرسانية؟
ما هي أنظمة حماية الهياكل الخرسانية المسلّحة؟
الخرسانة المسلّحة مادة مركّبة. يتم تحقيق أدائها الهيكلي فقط عندما تعمل الخرسانة والفولاذ في انسجام خلال فترة خدمة الهيكل. يتم حمل أحمال الضغط والشد بواسطة الخرسانة والفولاذ على التوالي. يحمي الفولاذ الخرسانة من التشقق تحت أحمال الشد والخرسانة تحمي الفولاذ من التآكل من خلال توفير بيئة قلوية حوله. طالما يحدث هذا، فإنّ الهياكل الخرسانية المسلّحة تعمل بشكل مرض. على الرغم من أن الخرسانة يمكن أن تكون مادة قوية جدًا، فإنّها أيضًا عُرضة للتلف.
يمكن أن تكون الخرسانة مسامية بحيث يمكن للمواد الكيميائية اختراق المسام ومهاجمة العجينة. يمكن أيضًا أن يتلف المعجون والركام من خلال التأثير الجسدي والتآكل. يمكن أن يخترق الماء الخرسانة ويتجمّد ويتوسّع داخلها عندما تنخفض درجة الحرارة، وفي النهاية يضعف الخرسانة من الداخل. بالإضافة إلى ذلك، إذا كانت الخرسانة تحتوي على قضبان حديد التسليح لإضفاء قوة إضافية وخصائص أخرى، يمكن أن يتآكل حديد التسليح إذا اخترقت الرطوبة والأكسجين وأيونات الكلوريد الخرسانة. يساهم التآكل أو حديد التسليح في تدهور الخرسانة.
يتم نقل العديد من المواد البيئية الخارجية المعادية، مثل الماء وثاني أكسيد الكربون والأكسجين والكلوريدات والكبريتيدات والكائنات البيولوجية من الغلاف الجوي إلى الخرسانة. تتم مهاجمة الفولاذ والخرسانة بآليات مختلفة ممّا يتسبب في تدهور مبكّر للخرسانة المسلّحة، ممّا يمثّل تحديًا لمتانتها وينتج عنها في فشل سابق لأوانه للهياكل. يمكن تقييد دخول العوامل الضارة أو تجنبه من خلال توفير طلاء السطح الحاجز على الخرسانة، وبالتالي يمكن الحفاظ على السلامة الهيكلية خلال فترة خدمتها.
اعتمادًا على موقعها واستخدامها، تخضع الهياكل الخرسانية لمجموعة واسعة من ظروف التعرّض. من الكربنة الجوية العادية إلى التأثيرات العدوانية في البيئات الحضرية والصناعية الملوثة، بالإضافة إلى الغلاف الجوي البحري والمواد الكيميائية السائلة أو الغازية، إلى جانب المؤثرات التي يمكن أن تضر أو مهاجمة حديد التسليح الخرساني والمدمج. الهدف من توفير نظام حماية هو إطالة عمر الهيكل وتقليل عدد الإصلاحات المستقبلية ومعدل تدهور الهياكل الخرسانية.
وظائف أنظمة حماية الهياكل الخرسانية المسلّحة؟
تتكون أنظمة الحماية من مواد وطرق توفر الصفات الوقائية التالية:
- تقليل فرص تآكل حديد التسليح.
- انخفاض تدهور الخرسانة.
- اختراق أقل للرطوبة وأيونات الكلوريد والملوثات الأخرى في الخرسانة. يمكن تحقيق ذلك من خلال توفير المعالجات السطحية أو تطبيق المعدات الكهروكيميائية أو عن طريق تعديل تراكب خرسانة الإسمنت العادي.
- المزيد من مقاومة التآكل أو التأثير.
- مزيد من المقاومة للهجمات الضارة الأخرى.
تؤخذ العوامل التالية في الاعتبار عند اقتراح نظام وقائي:
- تتم مقارنة تكاليف دورة الحياة لأنظمة الحماية المختلفة المطبّقة في حالة معينة. قد يكون نظام الحماية بأقل تكلفة أولية هو الأكثر تكلفة في الواقع عندما يتم إضافة تكاليف الإصلاحات المستقبلية على مدى العمر المتوقع للهيكل.
- في حالة وجود سجل أداء سابق لنظام الحماية، تزداد الثقة في استخدامه.
- يمكن أن يكون المظهر أحيانًا عاملاً مهمًا في تحديد اختيار النظام.
- يجب إجراء الإشراف والاختبار والملاحظات المرئية بدقة أثناء تركيب نظام الحماية.
- يجب مراعاة مستويات الضوضاء والغبار، والتعامل مع المواد الكيميائية الخطرة واستخدامها والتخلّص منها وتسرّب الأبخرة إلى الهواء عند تحديد نظام الحماية. علاوة على ذلك، يجب مراعاة القوانين البيئية المحلية.
- يجب دراسة ارتباط نظام الحماية الجديد المطبّق على الهيكل الحالي أو مواد الإصلاح السابقة.
- يجب النظر في العمر المتوقع لنظام ضد التعرّض للظروف الجوية السائدة.
- يجب ألّا يكون هناك أي مشاكل طبية خطيرة للعاملين وفرص الفشل أثناء أعمال الإصلاح.
ما هي العوامل التي تحدد الحاجة إلى نظام الحماية للمنشآت الخرسانية؟
يجب تقييم العوامل التي تؤثر على أداء الإصلاحات المكتملة ونظام الحماية. فيما يلي بعض العوامل الأكثر شيوعًا التي يجب مراعاتها في مشروع الإصلاح والحماية.
1- الخرسانة ذات النوعية الرديئة أو الغطاء غير المناسب لحديد التسليح:
قد يتسبب تدهور الخرسانة التي تحتوي على تشققات داخلية مفرطة أو فراغات داخلية أو نقص في الدمج أو عدم كفاية نظام الفراغ الهوائي أو الظروف المتدنية بطريقة أخرى في تآكل حديد التسليح وتدهور الهيكل. تتم إزالة الجزء الناقص من الخرسانة أثناء الإصلاح. يمكن لنظام الحماية المختار بشكل صحيح تحسين المتانة طويلة الأجل للخرسانة ذات الجودة الرديئة وتعزيز أداء الخرسانة الجيدة وإطالة عمر أي إصلاح.
2- حديد التسليح في غير مكانه في الخرسانة:
أثناء إصلاح وتركيب نظام الحماية، يتم توفير مواد أو طلاءات إضافية على الفولاذ في غير مكانه في الأطراف والزوايا والخطافات والقضبان ذات الغطاء الخرساني الأقل. يمكن أن تكون الحماية الكاثودية واستخراج الكلوريد والمواد المضافة لمثبطات التآكل في مواد الإصلاح مفيدة أيضًا لمنع أو تأخير التآكل في المستقبل.
3- نفاذ الماء في مسامات الخرسانة الشعرية:
قد يخترق الماء إلى الخرسانة بالضغط الهيدروستاتيكي وضغط بخار الرطوبة والعمل الشعري والمطر. قد تحدث حركة الماء داخل الخرسانة بسبب التشققات أو الخرسانة المسامية أو نقص الهواء المحاصر أو العيوب الهيكلية أو المفاصل المصممة أو العاملة بشكل غير صحيح. تتسبب هذه الرطوبة في تآكل حديد التسليح، وأضرار التجميد والذوبان والتسرب إلى داخل الهيكل والضرر الهيكلي المحتمل. يتم تجربتها أثناء تصميم نظام الحماية، حيث يتم تقليل حركة الماء والتحكّم المباشر في صدأ الفولاذ.
4- كربنة الخرسانة في المنشآت:
الكربنة هي تقليل القلوية الوقائية للخرسانة الناتجة عن امتصاص ثاني أكسيد الكربون والرطوبة. في الخرسانة العادية، يكون حديد التسليح محميًا بالقلوية العالية بشكل طبيعي (درجة الحموضة أعلى من 12) للخرسانة حول التسليح. يتم تكوين طبقة أكسيد واقية حول حديد التسليح تساعد على منع حديد التسليح من التآكل في وجود قلوية عالية. يتسبب امتصاص ثاني أكسيد الكربون والماء داخل الخرسانة في تقليل القلوية المفيدة للخرسانة من خلال عملية تسمّى الكربنة.
تزداد فُرص التآكل بشكل كبير عندما ينخفض الرقم الهيدروجيني عن 10. تخضع القضبان القريبة من السطح الخارجي لتأثيرات الكربنة وليست محمية من التآكل. قد توفر طلاءات الحاجز الحماية ضد الكربنة في المستقبل عندما يكون الغطاء الخرساني غير كافٍ. خلاف ذلك، يمكن استخدام نظام الحماية الكاثودية أو إعادة تقوية الخرسانة لحماية الفولاذ ضد التآكل في المستقبل.
5- الحلقة الأنودية وتأثير الهالة لحديد التسليح في الخرسانة:
ينتج هذا التأثير عندما يمتد التسليح الحالي من الخرسانة الأم إلى ملاط إصلاح أو خرسانة جديدة. ينتج عن هذا زيادة في الاختلافات في الجهد الكهربائي عند خط الرابطة بين الخرسانة الجديدة والخرسانة الأصلية. الحلقة الأنودية أو تأثير الهالة هو فشل يحدث بسبب التآكل المتسارع للحديد في الخرسانة الأم، خارج حافة الإصلاح مباشرة. يحدث التآكل عند الأنود، عادة في الخرسانة الأم، حيث تنجذب الإلكترونات إلى الجزء الكاثودي من التعزيز في مادة الإصلاح غير الملوثة.
ينتج عن تراكم الصدأ ضغوط داخلية كبيرة على سطح التسليح ممّا يؤدي إلى تشظّي الخرسانة. وجود الكلوريدات يسرّع هذه العملية. تشتمل الطلاءات الحاجزة على حديد التسليح على الإيبوكسي أو عجائن اللاتكس أو الطلاءات الغنية بالزنك التي يمكن أن تساعد جزئيًا في التحكم في نشاط التآكل، ولكن هناك مشاكل التطبيق الميداني. يمكن أيضًا استخدام الحماية الكاثودية واستخراج الكلوريد والأنودات الجلفانية لحماية الفولاذ من التآكل. ومع ذلك، ينبغي النظر في اقتصاديات هذه الحلول.
6- الشقوق في الخرسانة:
عادة ما يكون إصلاح الشقوق الخطوة الأولى في أي مهمة إصلاح أو حماية. يمكن أن تؤدي المياه الموجودة في الشقوق إلى مشاكل التآكل والتجميد والذوبان في المناخات الباردة. يجب التحقق من سبب ظهور التشقق قبل أعمال الإصلاح. يجب إصلاح التشققات الهيكلية بحيث يتم نقل الحمولة من خلال الشق. يستخدم حقن الايبوكسي لضمان سد التشققات.
يجب إصلاح الشقوق النشطة، خاصة تلك الناتجة عن التغيرات الحرارية في حالات التعرّض الخارجية، للسماح بالحركات المستقبلية. يمكن إصلاح الشقوق النشطة للحركة الحرارية من خلال توفير وصلات تمدد انكماش مصممة بشكل صحيح. يمكن أن يؤدي استخدام الجلفطة والجِبص الكيميائي والطلاءات المرنة والإيبوكسيات عالية الاستطالة إلى إصلاح الشقوق المتحركة.
قد يكون إصلاح الشقوق النشطة في حالات التعرّض الخارجية أمرًا صعبًا. معظم المواد المستخدمة لإصلاح الشقوق حساسة لدرجة الحرارة ولا يمكن تركيبها في درجة حرارة أقل بكثير من 4 درجات مئوية. من المستحسن أيضًا إجراء الإصلاحات عندما يقترب التشقق من أقصى عرض له، لأن معظم المواد المرنة المستخدمة في إصلاح الشقوق النشطة تؤدي أداءً أفضل في الانضغاط عنها في التوتر.
7- الكلوريد والهجوم الكيميائي على الخرسانة:
اختراق المحاليل الكيميائية أو الملح من خلال الخرسانة يساهم لتآكل الفولاذ المدمج. قد يكون للهجوم الكيميائي للأحماض والقلويات والكبريتات تأثير ضار على الخرسانة. تستخدم أنظمة حماية الحاجز بشكل شائع لتقليل تسرب المواد الكيميائية إلى الخرسانة.
8- تآكل سطح الخرسانة:
يُعَد تآكل الخرسانة على السطح مصدر قلق كبير للسدود والممرات المائية وهياكل الواجهة البحرية الأخرى، وكذلك على أسطح الجسور والمنحدرات وطوابق وقوف السيارات والأرضيات الصناعية وغيرها من الهياكل الحاملة لحركة المرور. عادة إلى حد أقل، يمكن أن يكون مصدر قلق أيضًا للمباني المعرّضة للأمطار الحمضية والظروف الجوية القاسية. غالبًا ما تستخدم التراكبات الخرسانية أو مقويات الأسطح أو السدادات أو المعالجات الأخرى لزيادة مقاومة الأسطح ضد التآكل.
