الهندسةالهندسة المدنية

التحكم في تآكل حديد التسليح في الخرسانة

اقرأ في هذا المقال
  • ما هو تآكل حديد التسليح في الخرسانة
  • ما الذي يسبب تآكل قضبان التسليح في الخرسانة
  • لماذا يعد التحكم في التآكل في قضبان التسليح (حديد التسليح) في الخرسانة ضروريًا
  • طُرق التحكّم في تآكل التسليح في الخرسانة

ما هو تآكل حديد التسليح في الخرسانة؟

هناك ثلاثة مكونات أساسية ضرورية للتآكل في الخرسانة المسلحة. ومن هذه المكونات ما يلي: الفولاذ والماء والأكسجين. القضاء على أي من هذه سيمنع التفاعل الكيميائي والأضرار التي تحدث بسبب التآكل. هذا هو السبب في عدم وجود تآكل في الخرسانة الجافة وأيضًا سبب تآكل الخرسانة المغمورة بالكامل في الماء. بشكل عام، الخرسانة هي مضيف رائع لحديد التسليح. نظرًا للقلوية العالية للخرسانة، يتم تخميل قضبان التسليح الفولاذية بواسطة فيلم أكسيد الحديد (Fe2O3) الذي يوفّر طبقة واقية للفولاذ.

في هذه الحالة، توفّر الخرسانة عادةً لحديد التسليح الحماية من التآكل. ومع ذلك، أثناء التصلّب، تُطوِّر الخرسانة مسام دقيقة تصبح مصدرًا محتملاً لدخول العوامل المسببة للتآكل إلى الخرسانة. هذه العوامل المسببة للتآكل، التي تدخل في الخرسانة عبر الفراغات، تؤدي إلى تكسير طبقة الحماية السلبية حول الخرسانة. وبدون أكسيد الحديد السلبي الذي يحمي قضيب الفولاذ، يمكن أن يبدأ التآكل بمعدّل أعلى بكثير.

يمكن أن تتدهور الطبقة السلبية بمرور الوقت بسبب ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي (CO2)، والذي من خلال عملية تسمّى الكربنة، يخفض درجة الحموضة في الخرسانة حتى تصبح الطبقة السلبية غير مستقرة. كما يمكن أيضًا تكسير الطبقة السلبية بسرعة بواسطة المواد الكيميائية العدوانية، مثل الكلوريد، الموجودة في البيئات الساحلية أو المستخدمة في إزالة الجليد من المواد الكيميائية. بمجرد أن يتم اختراق الطبقة السلبية، يتآكل حديد التسليح عند وجود الرطوبة والأكسجين على سطح الفولاذ.

للظروف المناخية للمنطقة تأثير كبير على معدّل التآكل. في الظروف المناخية القاسية في المناطق الساحلية، سيكون معدّل التآكل مرتفعًا. على سبيل المثال، يتمتّع ساحل الخليج ببيئة شديدة العدوانية، تتميز بارتفاع درجة الحرارة المحيطة وظروف الرطوبة وملوحة الأرض الشديدة مع مستويات عالية من الكلوريدات والكبريتات في المياه الجوفية. ومن العوامل الأخرى التي تسرّع معدّل التآكل رداءة جودة مواد البناء، وخاصة الركام، ووجود تركيزات عالية من أملاح الكبريتات في بيئة الخدمة.

ما الذي يسبب تآكل قضبان التسليح في الخرسانة؟

توفر الخرسانة بيئة حماية مثالية لِلحديد من التآكل. بسبب القلوية الأولية العالية، يتم تشكيل طبقة رقيقة للغاية من أكسيد الحديديك (Fe2O3) تلقائيًا على سطح الفولاذ. على الرغم من أن هذه الطبقة رقيقة للغاية، إلّا أنها تحمي الفولاذ بشكل فعّال من التآكل. لكن للأسف هذه الطبقة فعّالة طالما بقيت الطبقة المحيطة بها قلوية. لذلك، إذا تمكنّا من الحفاظ على البيئة قلوية، فيمكن منع تآكل الفولاذ بشكل فعّال ويمكن ضمان متانة الهيكل. يمكن الحفاظ على الوسط القلوي لفترة أطول من خلال جعل الخرسانة غير منفذة.

التآكل هو عملية كهروكيميائية يتحوّل فيها أحد أجزاء الفولاذ إلى أنود (anode) والجزء الآخر كاثود (cathode). لحسن الحظ، لا يمكن أن يبدأ تفاعل الأنود حتى يتم تدمير فيلم أكسيد الحديديك السلبي بواسطة الوسط الحمضي أو يصبح منفذاً بفعل أيونات الكلوريد. وبالمثل لا يمكن أن يبدأ تفاعل الكاثود حتى يتوفر الإمداد الكافي من الأكسجين والماء على سطح الفولاذ. لذلك، يمكن الاستنتاج أنه يمكن منع تآكل الفولاذ إذا كانت الخرسانة غير منفذة بما يكفي لإبقاء الهواء والماء والعوامل الأُخرى بعيدة عن متناولها.

لماذا يعد التحكم في التآكل في قضبان التسليح (حديد التسليح) في الخرسانة ضروريًا؟

يُعَد التحكّم في تآكل حديد التسليح ضروريًا لمنع تلف الهياكل الخرسانية وفشلها. ما يقرب من 40% من فشل الهياكل الخرسانية يرجع إلى تآكل حديد التسليح المدمج. يمكن أن يكون هناك العديد من الأسباب لتآكل التعزيز، ولكن في الغالب يتعلّق بجودة الخرسانة والبيئة وجودة ممارسات البناء. لذلك، فإنّ الخطوة الأولى في التحكّم في تآكل حديد التسليح هي توفير نوعية جيدة من الخرسانة من خلال ممارسات البناء الجيدة.

يمكن أن تساعد جودة المواد الخرسانية والخلط والوضع والضغط والتصنيع الجيد في التحكّم في تآكل حديد التسليح. على الرغم من أن مراقبة الجودة في البناء الخرساني قد تقلّل من فرص التآكل، إلّا أن هناك طرقًا مختلفة يمكن من خلالها التحكّم في تآكل قضبان التسليح.

طُرق التحكّم في تآكل التسليح في الخرسانة:

1- حديد التسليح المطلي بمركّب الأسمنت والبوليمر (CPCC):

تُحاط قضبان التسليح المطلية بالبوليمر الأسمنت والمدمجة في الخرسانة بوسط قلوي، وبالتالي فإنّ الطلاء القائم على الأسمنت أكثر توافقًا للتحكّم في تآكل التسليح. يتم تطبيق طبقتين من بوليمر الأسمنت على حديد التسليح، طبقة أولية وطبقة مانعة للتسرب. المنتجات المشاركة في حديد التسليح المطلي بالبوليمر الأسمنتي هي:

  1. محلول إزالة الصدأ.

  2. مسحوق قلوي.

  3. جيلي الفوسفات.

  4. محلول المانع.

  5. محلول الختم.


جدول عملية حديد التسليح المطلي بِالبوليمر الأسمنتي:

المعاملالمتطلّبات
1تحضير السطح أو المعالجة المُسبقةنسف الرمل على المعدن الأبيض القريب
2تطبيق المعطف التمهيدييطبق في غضون أربع ساعات من المعالجة المُسبقة (السفع الرملي)
3تطبيق معطف السيلريتم وضع طبقة مانع التسرب في غضون 30 دقيقة من تطبيق طبقة الطلاء التمهيدي. يجب أن تكون سماكة طبقة السيلر 150 +/- 25 ميكرون
4حديد التسليح المطلي بالرشيجب معالجة حديد التسليح المطلي بالبوليمر الأسمنت بالهواء قبل ست ساعات من استخدامه في العمل.
5تحقق من استمرارية الطلاءلا توجد عيوب مثل التشقق، الانتفاخ، التقشير، عدم وجود علامات الصدأ.إجراء الفحص البصري.
6اختبار التصاق الطلاءتم ثني القضبان المطلية عند 120 درجة حول مغزل. لا ينبغي ملاحظة أي تقشير أو تشقق للغطاء على نصف القطر الخارجي.
7تكديس حديد التسليح المطلييتم تكديس حديد التسليح المطلي على مواد عازلة
8قطع وثني ولحام حديد التسليح المطليةيمكن قص وثني حديد التسليح المطلي. يجب معالجة الأطراف المقطوعة وجزء اللحام من حديد التسليح بنفس الصيغة.
جدول عملية حديد التسليح المطلي بِالبوليمر الأسمنتي.

تتمثّل الطريقة الكامنة وراء تطوير هذا النظام في أن المعدن الأساسي لحديد التسليح يحتوي على إلكترونات (pi) التي يتم إطلاقها بسهولة في بيئة تآكل تؤدي إلى أكسدة الحديد وبالتالي تكوين أكسيد الحديد الصدأ كرادع رئيسي. من أجل منع هذه الأكسدة، يتم توفير طلاء للسطح قادر على التفاعل وإبطال الإلكترونات المحررة. مزيد من الإجهاد المُسبق وتقوية الحديد، في الخرسانة أثناء فترة الخدمة، يتعرّض لبيئة قلوية وهذا يتطلّب إدخال طبقة علوية يجب أن تكون متوافقة مع بيئة التمهيدي والقلوية.

2- حديد التسليح المطلي بالإيبوكسي المنصهر (FBEC):

يتم إنتاج حديد التسليح المطلي بالإيبوكسي المرتبط بالانصهار من جزيئات مسحوق مصهورة صلبة بنسبة 100%. تذوب هذه الجسيمات لتشكّل قضيبًا ملتصقًا مستمرًا عند تسخينها. لا يوجد قضيب تمهيدي خامل في حالة حديد التسليح المطلي بالإيبوكسي المنصهر. يقدم طلاء الايبوكسي المرتبط بالانصهار وسط ضعف في مسار الرابطة الحميمة بين حديد التسليح والخرسانة القلوية.

جدول عملية الانصهار المطلي بالإيبوكسي:

المعاملالمتطلّبات
1المعالجة المسبقة (إصلاح السطح)يتم تنظيف القضبان أولاً من تلوث السطح، مثل الزيوت والشحوم وما إلى ذلك من خلال عملية كيميائية قبل التفجير بالرصاص. ثم يتم تنظيف قضبان التسليح بالسفع بالخردق أو تفجير الحصى إلى المرحلة البيضاء أو القريبة من الأبيض. بعد ذلك يتم تسخين قضبان التنظيف بالانفجار.تكون سخانات التعريفي عند مستوى درجة حرارة محدد مسبقًا حوالي 230 درجة مئوية.
2طلاءيتم بعد ذلك تغذية القضبان الساخنة إلى حجرة الطلاء، حيث يتم تغذية يتم رش مسحوق الايبوكسي كهربائيا.
3المعالجة والتبريدثم يتم معالجة القضبان المطلية. يتم تبريده عن طريق رش الماء لتمكين المناولة والاختبار.
4استمرارية الطلاءيتم إجراء فحوصات العطلات عبر المتصلة وغير المتصلة، ويتم إجراء فحوصات السُمك. يتم أيضًا اختبار التصاق القضبان المطلية بشكل متكرر عن طريق ثني الشريط.
5اختبار أداء حديد التسليحيتم إجراء اختبارات أخرى مختلفة في المختبر مثل المواد الكيميائية
المقاومة ، الرش القصير ، المقاومة في استمرار غليان الماء ، مقاومة التآكل ومقاومة الصدمات وما إلى ذلك ، يتم إجراؤها على كل دفعة من الإنتاج.
6المناولة والتكديستتطلب حديد التسليح المطلي بالإيبوكسي المنصهر جهات اتصال مبطّنة أثناء النقل والتكديس والمناولة وحتى الانتهاء من صب الخرسانة.
7القص والانحناء واللحاميجب إصلاح الأطراف المقطوعة والبقع الملحومة وأضرار المناولة بإيبوكسي سائل خاص متوافق مع مادة الطلاء وفقًا لمواصفات وكالة الطلاء.
جدول عملية الانصهار المطلي بالإيبوكسي.

كشفت التحقيقات المكثّفة التي أجريت على 40 جسرًا في فلوريدا كي بالولايات المتحدة الأمريكية أن التفكّك يمكن أن يحدث بسهولة في حديد التسليح المطلي بالإيبوكسي المنصهر الذي يفتقر إلى طبقة التخميل من أكسيد الحديدوز (II) وهو مقدمة للتآكل. يفرض معامل التمدد الحراري العالي للإيبوكسيات المرتبطة بالانصهار ضغوطًا حرارية كبيرة في طلاء الإيبوكسي ممّا يؤدي إلى فشلها المبكّر.

3- حديد التسليح المشوه المقاوم للتآكل (CRSD):

تبدأ آلية مقاومة التآكل بتكوين طبقة أولية من الأكسيد الواقي أو الصدأ. (أكاسيد Hypo). على عكس الصدأ الشائع على قضبان التسليح العادية، فإنّ حديد التسليح المشوه المقاوم للتآكل سلبي وعنيدة ومتجدد ذاتيًا. الأكسيد الواقي ذو نسيج ناعم ولصق بإحكام وحاجز للرطوبة والأكسجين وثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت والكلوريد ممّا يمنع بشكل فعال المزيد من التآكل.

المقياس على القضبان العادية من الفولاذ عبارة عن أكسيد قشاري ذو نسيج خشن لا يمنع الرطوبة أو الأكسجين من الوصول إلى القضبان الأساسية واستمرار التآكل. نظرًا لوجود مقاومة للتآكل في كيمياء الصف، إذا تمت إزالة طبقة الأكسيد المنفعل بطريقة ما، يتم تشكيل طبقة سلبية جديدة على الفور.

المصدر
Corrosion Control of Steel-Reinforced ConcreteHow to Control Corrosion of Steel Reinforcement in Concrete?Corrosion Control of Steel Reinforcement in ConcretePreventing Corrosion in Reinforced ConcreteHOW TO PREVENT CORROSION OF STEEL IN CONCRETE?HOW DO YOU PREVENT CORROSION?

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى