الإسمنت المخلوط بمثبطات التآكل لبناء الخرسانة المتينة

ما هو دور الإسمنت المخلوط بمثبطات التآكل؟

يلعب تآكل الفولاذ في الهياكل الخرسانية دورًا مهمًا في التأثير على عمر خدمة الهياكل الخرسانية. تم تطوير طرق مختلفة بهدف منع التآكل وتعزيز عمر الخدمة. حيث تشمل الطرق طلاء السطح الخرساني وطلاء التسليح والحماية الكاثودية والطرق الكهروكيميائية والتعزيز البديل ومثبطات التآكل. من بين جميع التقنيات المتاحة، يُعدّ استخدام مثبطات التآكل أحد أكثر الطرق ملاءمة وكفاءة للحماية من التآكل لهياكل الخرسانة المسلحة نظرًا لسهولة التشغيل والتكلفة المنخفضة وتأثير مقاومة التآكل الممتاز.

تهدف الموانع التي تضاف إلى الخرسانة بتركيزات صغيرة إلى تأخير وإبطاء ظهور التآكل في الخرسانة المسلحة. بحيث تعمل معظم المثبطات عن طريق تثبيت السطح الفولاذي عن طريق تشكيل طبقة واقية، وتتفاعل بعض المثبطات مع الخرسانة لتشكيل المعقد ممّا يقلل من نفاذية الخرسانة. كما تستخدم مثبطات التآكل بشكل عام كمضافات في الخرسانة للبناء الجديد، ولكن يمكن أيضًا استخدامها للإصلاح عن طريق خلطها بالخرسانة للبقع أو رشها على سطح الخرسانة أو تطبيقها عن طريق المعالجة بالتشبع.

يستخدم الأسمنت المانع للمثبطات لبناء هياكل خرسانية متينة لحياة أطول. بحيث يحدث تكوين الشقوق في الهيكل الخرساني بسبب تآكل حديد التسليح داخل الخرسانة، ويحدث هذا بسبب أكسدة السطح لقضيب الحديد في أكسيد الحديد بسبب الأكسجين المنتشر والرطوبة في الخرسانة. إنّ مانع التآكل هو مادة عند إضافتها إلى بيئة، إمّا بشكل مستمر أو متقطع لمنع التآكل من خلال تشكيل فيلم سلبي على المعدن. وفي صناعات المعالجة الأخرى، تعتبر المثبطات هي خط الدفاع الأول ضد التآكل.

في الأماكن التي يكون فيها محتوى الكلوريد في المياه الجوفية أكثر، يحدث تفاعل الكربنة ممّا يؤدي إلى انخفاض القلوية. وبسبب هذا، يزداد معدل تآكل حديد التسليح الفولاذي، وفي النهاية تتشكل الشقوق. عن طريق إضافة خليط المثبطات إلى خليط الخرسانة، يمكن منع تآكل حديد التسليح الفولاذي. بالإضافة إلى ذلك، تعمل الموانع على إبطاء عملية التآكل من خلال:

1. زيادة سلوك الاستقطاب الأنودي أو الكاثودي.
   
2. تقليل حركة أيونات السطح المعدني.
   
3. زيادة المقاومة الكهربائية للسطح المعدني.
   

أسباب تآكل التسليح في الخرسانة:

الخرسانة عبارة عن مادة شديدة القلوية عند إنتاجها لأول مرة يكون نطاق الأُس الهيدروجيني (12-13). والفولاذ المضمن محمي بطبقة أكسيد سلبية يتم الحفاظ عليها بقلوية عالية على سطح الفولاذ. كما أنه تحت ظروف تعرض وظروف معينة، تنكسر الحماية الطبيعية الخاملة للفولاذ، وفي حالة وجود الرطوبة والأكسجين، يحدث التآكل. يوجد هناك سببان رئيسيان للتآكل في الخرسانة وهما:

1- كربنة الخرسانة:

السبب الأكثر شيوعًا لفقدان القلوية التخميل هو الكربنة، وهي عملية يتفاعل فيها ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وثاني أكسيد الكبريت الموجود في الجير مع هيدروكسيد الكالسيوم القلوي القابل للذوبان في الخرسانة ويتحوّل إلى كربونات الكالسيوم القابلة للذوبان والكالسيوم كبريتات. بحيث يتم تقليل قلوية مصفوفة الأسمنت وتفقد قدرتها على التخميل تدريجياً من السطح إلى الداخل. وبمجرد أن يتم كربنة الخرسانة الملامسة للفولاذ المقوى، لم يَعُد الفولاذ محميًا. بالإضافة إلى أنه في وجود الرطوبة والأكسجين التآكل أمر لا مفر منه.

2- الكلوريدات في الخرسانة:

يتأثر تركيز الكلوريدات الذي يتطلبه تعزيز تآكل التسليح المدمج بدرجة حموضة الخرسانة. ففي الخرسانة الطازجة القلوية، هناك حاجة إلى تركيز أعلى من الكلوريد لتعزيز التآكل. حيث أنه عندما يتم تقليل القلوية بسبب عملية الكربنة، حتى تركيز الكلوريد الصغير قد يؤدي إلى تآكل حديد التسليح في الخرسانة.

عملية تآكل التسليح في الهياكل الخرسانية:

منتج تآكل الفولاذ (أكاسيد الحديد أو هيدروكسيدات) يحتل حجمًا أكبر بكثير من الفولاذ (بـ 4-12 ضعف الحجم). وهذه الزيادة في الحجم تمارس ضغطًا موسعًا كبيرًا داخل الخرسانة، ممّا يؤدي إلى التصدع. لكونها عملية كهروكيميائية، فإنّ تآكل الفولاذ في الخرسانة يتطلب إلكتروليت. حيث تمتلئ الخرسانة بالمسام الصغيرة التي تحتوي على رطوبة، وبالتالي فهي إلكتروليت فعال. كما يتدفق تيار كهربائي صغير بين الأنود والكاثود مع نشاط تآكل (تكوين الصدأ) يحدث عند الأنود. وعندما تصل المثبطات إلى حديد التسليح، فإنّها تشكل طبقة واقية تحمي الفولاذ في مناطق القطب الموجب والكاثود.

منع تآكل التسليح باستخدام مثبطات التآكل في الخرسانة:

عندما يقترب المانع من سطح حديد التسليح، فإنّه يشكل طبقة واقية تمنع تآكل الحديد بالرطوبة والأيونات الأخرى مثل الكلوريد. ولقد تم زيادة عمر حديد التسليح بمقدار خمسة أضعاف، وهو ما تم إثباته من خلال تجربة إنقاص الوزن، حيث أنه لا يغير المانع من خصائص الخرسانة مثل القوة ووقت التثبيت ولكنه يزيد من عمر الخرسانة. ولا تتغير الطبيعة الكيميائية للمثبط بمرور الوقت، كما تساعد هذه الخاصية في زيادة عمر الخرسانة.