اقرأ في هذا المقال
ما هي متانة الخرسانة؟
المتانة هي القدرة على الاستمرار لفترة طويلة دون تدهور كبير، تساعد المواد المتينة البيئة من خلال الحفاظ على الموارد وتقليل النفايات والتأثيرات البيئية للإصلاح والاستبدال، يستهلك إنتاج مواد البناء البديلة الموارد الطبيعية ويمكن أن ينتج تلوث الهواء والماء، تُقاوم الخرسانة مقاومة عوامل التجوية والهجوم الكيميائي والتآكل مع الحفاظ على الخصائص الهندسية المطلوبة.
تتطلّب الخرسانة المختلفة درجات مختلفة من المَتانة اعتمادًا على بيئة التعرّض والخصائص المطلوبة حيث تحدد مكونات الخرسانة وتناسبها والتفاعلات بينها وممارسات المعالجة والمعالجة وبيئة الخدمة المتانة القصوى والعمر الافتراضي للخرسانة، غالبًا ما يكون عمر خدمة التصميم لمعظم المباني 30 عامًا.
على الرغم من أن المباني غالبًا ما تستمر من 50 إلى 100 سنة أو أكثر بسبب متانتها، فقد يتم هدم مُعظم المباني الخرسانية والبناء بسبب التقادم الوظيفي بدلاً من التدهور، يمكن إعادة استخدام الهيكل الخرساني إذا تغير استخدام المبنى أو وظيفته أو عند تجديد المبنى الداخلي، إنّ الخرسانة كمادة هيكلية وجلد خارجي للبناء، لديها القدرة على تحمل آليات تدهور الطبيعة الطبيعية وكذلك الكوارث الطبيعية.
متانة الخرسانة يمكن تعريفها أيضاً بأنها قدرة الخرسانة على مقاومة العوامل الجوية والهجوم الكيميائي والتآكل مع الحفاظ على الخصائص الهندسية المطلوبة حيث تتطلّب الخرسانة المختلفة درجات مختلفة من المتانة اعتمادًا على بيئة التعرض والخصائص المطلوبة، على سبيل المثال سيكون للخرسانة المعرضة لمياه البحر المدية متطلبات مختلفة عن الأرضية الخرسانية الداخلية.
العوامل المؤثرة على متانة الخرسانة:
1- الرطوبة العالية والأمطار:
مع القليل من المحتوى العضوي أو عدم وجوده، تكون الخرسانة مقاومة للتدهور بسبب التعفن أو الصدأ في المناخ الحار والرطب، لا يمكن للرطوبة دخول المبنى إلا من خلال المفاصل بين العناصر الخرسانية، الفحص السنوي وإصلاح المفاصل سيقلّل من هذه الإمكانات والأهم من ذلك، إذا دخلت الرطوبة من خلال المفاصل فلن تتلف الخرسانة، تحتاج الجدران إلى التنفس أو إلى جفاف الخرسانة إذا لم يتم تغطيتها بأغشية غير منفذة.
لا يجب الخلط بين جبص الإسمنت البورتلاندي مع أنظمة العزل والتشطيب الخارجي أو أنظمة الجبص الاصطناعية التي قد تواجه مشاكل في الأداء، بما في ذلك تلف الرطوبة وانخفاض مقاومة الصدمات، بشكل عام يكون الجِبص الاصطناعي جزءًا من سُمك الجِبص الأسمنتي البورتلاندي ممّا يوفر مقاومة أقل للتأثير، نظرًا لتكوينه فإنّه لا يسمح بداخل الجدار ليجف عندما يتم احتجاز الرطوبة في الداخل.
الرطوبة المحتبسة تتعفن في النهاية كما أنه يُفسد الإطارات المعدنية والمرفقات المعدنية، كانت هناك مشاكل أقل مع أنظمة العزل والتشطيب الخارجي المستخدمة على القواعد الصلبة مثل الخرسانة أو البناء لأن هذه الركائز مستقرة للغاية ولا تخضع للتعفن أو التآكل.
2- مقاومة الأشعة فوق البنفسجية:
لا يضر الجزء فوق البنفسجي من الإشعاع الشمسي بالخرسانة، يحافظ استخدام الصبغات الملونة في الخرسانة على اللون في العناصر التجميلية (الجدران أو الأرضيات) لفترة طويلة بعد تلاشي الدهانات بسبب تأثيرات الشمس.
العوامل الضارة جداً على متانة الخرسانة:
فيما يلي العوامل الضارة على المتانة وآليات التدهور في الخرسانة حيث يمكن للخرسانة تحمل هذه الآثار عند تصميمها بشكل صحيح، إنّ الغرض من دليل محدد المواصفات للخرسانة المعمرة وتصميم الخلطات الخرسانية والتحكم فيها هو توفير معلومات كافية للسماح للممارس بتحديد المواد ومزج معلمات التصميم لتحقيق الخرسانة المتينة في مجموعة متنوعة من البيئات.
1- التجميد والذوبان:
إنّ عامل التجوية الأكثر تدميراً هو التجميد والذوبان أثناء كون الخرسانة رطبة، خاصة في وجود مواد كيميائية للتذويب، يحدث التدهور بسبب تجميد الماء والتوسع اللاحق في المعجون أو جزيئات الركام أو كليهما، عندما يكون لديها نظام مناسب لفقاعات الهواء الميكروسكوبية التي يتم الحصول عليها من خلال إضافة خليط يمزج الهواء والخلط الشامل، تكون الخرسانة شديدة المقاومة للتجميد والذوبان.
هذه الفقاعات الهوائية المجهرية داخل الخرسانة تستوعب تمدد الماء إلى الجليد وبالتالي تخفف الضغط الداخلي المتولد، الخرسانة ذات نسبة الماء إلى الأسمنت المنخفضة (0.40 أو أقل) هي أكثر متانة من الخرسانة ذات نسبة الماء إلى الأسمنت العالية (0.50 أو أعلى)، ستتحمل الخرسانة المغطاة بالهواء مع نسبة منخفضة من الأسمنت المائي ومحتوى الهواء من 5 إلى 8% من الفراغات الهوائية الموزعة بشكل صحيح عددًا كبيرًا من دورات التجميد والذوبان دون ضغوط.
2- التفاعلات الكيميائية:
الخرسانة مقاومة لمعظم البيئات الطبيعية والعديد من المواد الكيميائية، يتم استخدام الخرسانة بانتظام لبناء مرافق نقل ومعالجة مياه الصرف الصحي بسبب قدرتها على مقاومة التآكل الناجم عن الملوثات شديدة العدوانية في مجاري مياه الصرف الصحي بالإضافة إلى المواد الكيميائية المضافة لمعالجة منتجات النفايات هذه.
مع ذلك تتعرّض الخرسانة في بعض الأحيان للمواد التي يمكن أن تهاجم وتتسبب في التدهور، الخرسانة في مرافق التصنيع والتخزين الكيميائي عرضة بشكل خاص للهجوم الكيميائي، يتم مناقشة تأثير الكبريتات والكلوريدات أدناه حيث تُهاجم الأحماض الخرسانة عن طريق إذابة معجون الأسمنت والركام القائم على الكالسيوم.
بالإضافة إلى استخدام الخرسانة ذات النفاذية المنخفضة، يمكن استخدام المعالجات السطحية لمنع المواد العدوانية من ملامسة الخرسانة، آثار المواد على الخرسانة ودليل المعالجات الوقائية، يناقش تأثيرات مئات المواد الكيميائية على الخرسانة ويقدم قائمة بالعلاجات للمساعدة في السيطرة على الهجوم الكيميائي.
3- هجوم الكبريتات:
يمكن لكميات عالية من الكبريتات في التربة أو الماء أن تهاجم وتدمر الخرسانة غير المصمّمة بشكل صحيح، يمكن للكبريتات مثل كبريتات الكالسيوم وكبريتات الصوديوم وكبريتات المغنيسيوم مهاجمة الخرسانة عن طريق التفاعل مع المركبات المائية في معجون الأسمنت المقسّى، يمكن أن تؤدي هذه التفاعلات إلى الضغط الكافي لإحداث تفكك للخرسانة ببطء، إنّ الخرسانة المسامية مع نسبة عالية من الأسمنت المائي عرضة للعوامل الجوية الناجمة عن تبلور الملح.
يكون هجوم الكبريتات وبلورة الملح أكثر حدة في الأماكن التي تتعرّض فيها الخرسانة لدورات الترطيب والتجفيف مقارنة بالدورات الرطبة المستمرة، للحصول على أفضل دفاع ضد هجوم الكبريت الخارجي، يجب استخدام الخرسانة ذات المياه المنخفضة إلى نسبة المواد الأسمنتية بِأقل من 0.45 لبيئات الكبريتات المعتدلة وأقل من 0.40 للبيئات الأكثر شدة جنبًا إلى جنب مع الأسمنت أو تركيبات المواد الأسمنتية وضعت خصيصاً لبيئات الكبريتات.
4- التعرض لمياه البحر:
تم استخدام الخرسانة في التعرض لمياه البحر لعقود بأداء ممتاز ومع ذلك، فإنّ العناية الخاصة في تصميم المزيج واختيار المواد ضرورية لهذه البيئات القاسية، تكون الهياكل المعرضة لمياه البحر أو رذاذ مياه البحر أكثر عرضة للخطر في منطقة المد والجزر حيث توجد دورات متكررة من الترطيب والتجفيف أو التجميد والذوبان، تتطلّب الكبريتات والكلوريدات في مياه البحر استخدام خرسانة منخفضة النفاذية لتقليل تآكل الفولاذ وهجوم الكبريتات، من المفيد استخدام إسمنت مقاوم للتعرض للكبريتات، يجب توفير غطاء خرساني مناسب على حديد التسليح وألا تتجاوز نسبة الأسمنت للماء 0.40.
5- هجوم الكلوريدات:
لا تمثل الكلوريدات الموجودة في الخرسانة العادية التي لا تحتوي على حديد التسليح بشكل عام متانة، يحمي المعجون الفولاذ المضمن من التآكل من خلال طبيعته القلوية للغاية، تتسبب بيئة الأس الهيدروجيني العالية في الخرسانة عادة أكبر من 12.5 في تكوين طبقة أكسيد واقية سلبية على الفولاذ، مع ذلك فإنّ وجود أيونات الكلوريد من المجففات أو مياه البحر يمكن أن يدمر أو يخترق الجدار، بمجرد الوصول إلى عتبة تآكل الكلوريد، يتم تشكيل تيار كهروكيميائي على طول حديد التسليح أو بين قضبان الحديد وتبدأ عملية التآكل.
مقاومة الخرسانة للكلوريد جيدة ومع ذلك بالنسبة للبيئات القاسية مثل أسطح الجسر، يمكن زيادتها باستخدام نسبة منخفضة من الأسمنت المائي (حوالي 0.40)، لتقليل النفاذية يجب استخدام المعالجة الرطبة على الأقل سبعة أيام والمواد الإسمنتية الإضافية مثل دخان السيليكا، كما تساعد زيادة الغطاء الخرساني على الفولاذ في إبطاء هجرة الكلوريدات، تشمل الطرق الأخرى لتقليل تآكل الفولاذ استخدام الخلطات المثبّطة للتآكل والفولاذ المقوّى المطلي بالإيبوكسي والمعالجات السطحية وتراكبات الخرسانة والحماية الكاثودية.
6- تفاعل القلويات:
تفاعل القلويات أو السيليكا هو تفاعل موسع بين أشكال معينة من السيليكا في الركام والبوتاسيوم وقلويات الصوديوم في معجون الأسمنت، فمن المحتمل أن تكون التفاعلات ضارة فقط عندما تنتج توسعًا كبيرًا، وقد تكون مؤشرات وجود التفاعل القلوي الكلّي عبارة عن شبكة من الشقوق أو المفاصل المغلقة أو المتشققة أو حركة أجزاء من الهيكل.
يمكن التحكّم في تفاعل السيليكا القلوي من خلال الاختيار الكلّي المناسب أو استخدام مواد أسمنتية تكميلية مثل الرماد المتطاير أو أسمنت الخبث أو أسمنت ممزوج مثبت عن طريق الاختبار للتحكم في التفاعل، مع بعض الركام التفاعلي تم التحكّم في المستوى القلوي الخرساني بنجاح وقد ثبت أيضًا أن الخلطات القائمة على الليثيوم تمنع التوسع الضار بسبب السيليكا، يوفر الدليل القياسي للحد من مخاطر التفاعل القلوي الكلي الكلي في الخرسانة إرشادات شاملة لهذا الأمر.
