اقرأ في هذا المقال
- تأثير تآكل التسليح على قوة الخرسانة
- فهم قوة الشد على المستوى الذري للتسليح
- ما هو تأثير التآكل على قوة الشد للتسليح؟
- أسئلة وأجوبة حول تأثير التآكل على قوة الشد للتسليح
تأثير تآكل التسليح على قوة الخرسانة:
يتم توفير الحد من قوة الشد التي تقدمها الخرسانة عن طريق حديد التسليح، ممّا يسمح ببناء هياكل رفيعة ذات مسافات أكبر. ومع ذلك، فإّن إدخال التسليح في الخرسانة قد يؤدي إلى مشاكل تدهور في الهياكل الخرسانيةالمسلحة بسبب التآكل الذي قد يؤدي، في الحالات المتقدمة، إلى تدمير الهيكل. في هذا المعنى، تسلط المقالة الضوء على أن صيانة وإعادة تأهيل الهياكل المتدهورة بسبب التآكل تنطوي على مبالغ مالية كبيرة.
آثار التآكل في الهياكل الخرسانية المسلحة تنطوي على عواقب على الخواص الميكانيكية للقضبان، ويرجع ذلك أساسًا إلى انخفاض المقطع العرضي والالتصاق بين الخرسانة وحديد التسليح البارز. إلى جانب ذلك، تولد منتجات التآكل توترات في الاتجاه الشعاعي لمحور القضبان غير مدعومة بالتشوه البلاستيكي المحدود للخرسانة، ممّا يؤدي إلى التصدع والإزاحة الخلفية للغطاء الخرساني.
يؤدي تآكل عناصر الفولاذ المستخدمة في البناء إلى تغيير خصائصها بشكل كبير ويؤثر على قوتها الإجمالية. وهناك عدة عوامل مثل الظروف البيئية والخصائص المتأصلة للمادة التي تتحكم في صلابتها. حيث أن الخواص الميكانيكية الرئيسية لتسليح البناء اللتان تحددان متانتهما وقدرتهما هما قوة الضغط والشد. كما تحدد مقاومة الشد حد الانكسار للفولاذ تحت حِمل الشد، في حين أن قوة الانضغاط هي قدرة الفولاذ على تحمل حمل الضغط. تقدم هذه المقالة نظرة ثاقبة حول كيفية تأثير التآكل على قوة الشد للتسليح الإنشائي وحديد التسليح في البناء.
فهم قوة الشد على المستوى الذري للتسليح:
تمت دراسة خصائص الفولاذ الإنشائي وقضبان التسليح لفهم تأثير التآكل. ويتم دراسة التفاعل بين خواص التسليح وتأثير التآكل من خلال:
- شعرية كريستال من الفولاذ.
- مستوى الحبوب من الفولاذ.
تُظهر الشبكة البلورية لِلتسليح عدد الذرات وترتيبها. بينما على مستوى الحبوب، يتكون الهيكل البلوري للتسليح من عدد من المشابك الفردية. كما أن الحبوب في هذا المستوى ذات أحجام مختلفة ويتم ملاحظتها على المستوى المجهري. ومع ذلك، قد يحتوي الفولاذ على مشابك غير كاملة مع فقدان بعض الذرات أو استبدالها بذرات أخرى، وهو ما يسمى عيبًا بديلًا. حيث يمكن أن تتعثر هذه الذرات أيضًا داخل الشبكة في بعض الأحيان، وهو ما يُعرف بالعيب الخلالي.
تؤثر كل هذه العيوب على خصائص الفولاذ وتنتج عن صناعة السبائك أو العمليات الميكانيكية أو الحرارية. حيث تسمى هذه العيوب بعيوب نقطية ولا يتم ملاحظتها على مستوى الحبوب. كما يمكن أن تتسبب العيوب البلورية في حدوث تشوه وانتشار التشققات التي تؤدي بدورها إلى ضغوط داخلية وبقية. كل من العيوب النقطية والبلورية تعزز معدل التآكل.
السببان الرئيسيان لتآكل حديد التسليح هما الكلور وثاني أكسيد الكربون. إنّها تكسّر الطبقة السلبية من حديد التسليح وتزيد من معدل التآكل. بحيث يزيد معدل التآكل مع وجود عيوب في مستوى الشبكة، كما تم توضيحه من قبل. وفي حالة الهيكل الخرساني المسلح، تشغل منتجات التآكل مساحة أكبر من الذرات الأصلية في حديد التسليح. حيث أنه مع زيادة التآكل، تبدأ المساحة حول التعزيز في التوسع. وينتج عن هذا التمدد تكوين تشققات حيث تكون الخرسانة ضعيفة في التوتر.
بمرور الوقت، يمكن أن تصل هذه الشقوق إلى سطح الخرسانة. بحيث يشكل تشكيل التشقق مسارًا واضحًا من حديد التسليح إلى سطح الخرسانة. ويأخذ التآكل على سطح الخرسانة هذا المسار ببطء للوصول إلى حديد التسليح ممّا يؤدي إلى تآكل حديد التسليح.
ما هو تأثير التآكل على قوة الشد للتسليح؟
التآكل هو تدهور كيميائي أو كهروكيميائي للمعادن. بحيث يحدث بسبب تفاعل المعادن مع المحيط في وجود الأكسجين والكهارل، ممّا يعزز التفاعل. ويمكن تفسير تأثير التآكل على مقاومة الشد للفولاذ من خلال النظر في نوعين شائعين من التآكل، وهما: التآكل المنتظم والتآكل المؤلم.
في حالة التآكل المنتظم، ينتشر التآكل بشكل موحد على كامل سطح جزء الفولاذ. وهذا له تأثير مباشر على تقليل القوة الهيكلية للصلب. بحيث يقلل التآكل المنتظم من سُمك ووزن الصفيحة الفولاذية أو العارضة. عندما يتم حساب إجهاد حِمل معين لمقطع عرضي جديد، يتم الحصول على قيمة مخفضة.
إنّ تأليب التآكل هو تآكل موضعي للغاية يؤدي فيه كسر صغير للطبقة الواقية إلى تكوين حفرة. بحيث ينتج عن هذا تآكل مجلفن في شكل موضعي. كما أنه تشير بعض الدراسات إلى الارتباط التالي بين قوة الشد والتآكل:
- الانخفاض العام في مقاومة الشد الاسمية والاستطالة الكلية هي دالة لسمك الطبقة المتآكلة. هنا، يشير السُمك إلى عُمق الحفر. ومع انخفاض سُمك العضو بسبب التآكل، تقل قوة الشد تدريجياً.
- يقلل التآكل من قوة الشد الاسمية. حيث أن القوة الاسمية هي نسبة الحمل الأقصى إلى المقطع العرضي الأصلي. ومن ثم، فإنّ مقاومة الشد الاسمية هي خاصية للهيكل أو المكون، بينما مقاومة الشد النهائية هي خاصية للتسليح.
- يقلل تآكل الحفر من قدرة تحمل الأحمال للعضو 2.5 مرة مقارنة بالتآكل المنتظم.
- يقلل تآكل الفولاذ من ليونه ويزيد من هشاشته. إنّه يغير نمط فشل الفولاذ من الفشل المطيل إلى الفشل الهش، وهو أمر خطير نسبيًا.
- للتآكل دور مهم في تقليل ليونة الفولاذ. بحيث يؤدي انخفاض ليونة الفولاذ إلى زيادة هشاشته. ويمكن أن يؤدي هذا التأثير إلى تحويل سلوك فشل اللدونة للخرسانة إلى فشل هش، ممّا قد يؤدي إلى انهيار الهيكل.
- يؤدي التآكل أيضًا إلى تركيز الضغط في الفولاذ، ممّا يقلل من قدرة تحمل الحمولة الإجمالية.
- يوجد التآكل في أشكال مختلفة من الأعضاء الهيكلية. لذلك، من المهم دراسة الحالات المختلفة لفهم واقتراح العلاج المناسب لتجنب أي حوادث.
أسئلة وأجوبة حول تأثير التآكل على قوة الشد للتسليح:
1- ما هو تأثير التآكل في الخرسانة على المستوى الذري؟
السببان الرئيسيان لِتآكل حديد التسليح هما الكلور وثاني أكسيد الكربون. حيث أن هذه تكسر الطبقة السلبية من حديد التسليح وتزيد من معدل التآكل. ويزيد معدل التآكل مع وجود عيوب في مستوى الشبكة كما تم توضيحه من قبل. في حالة الهيكل الخرساني المسلح، تشغل منتجات التآكل مساحة أكبر من الذرات الأصلية في حديد التسليح. ومع زيادة التآكل، تبدأ المساحة حول التعزيز في التوسع. كما أنه ينتج عن هذا التمدد تكوين تشققات حيث تكون الخرسانة ضعيفة في التوتر.
2- ما هي العلاقة بين التآكل وقوة الشد للهياكل الخرسانية؟
تشير بعض الدراسات إلى الارتباط التالي بين قوة الشد والتآكل:
- مع انخفاض سُمك العضو بسبب التآكل، تقل قوة الشد تدريجياً.
- يقلل التآكل من قوة الشد الاسمية.
- تآكل التنقر يقلل من قدرة تحمل الحمولة للعضو 2.5 مرة أكثر من التآكل المنتظم.
- تآكل الفولاذ يقلل من ليونة الفولاذ ويزيد من هشاشته.
- التآكل له دور هام في تقليل ليونة الفولاذ.
- يؤدي التآكل أيضًا إلى تركيز الضغط في الفولاذ، ممّا يقلل من قدرة تحمل الحمولة الإجمالية.
