اقرأ في هذا المقال
- ما هو تآكل حديد التسليح في الخرسانة؟
- ما هو تأثير تآكل التسليح على الخرسانة؟
- ما هو تأثير ممارسات البناء السيئة على الخرسانة؟
ما هو تآكل حديد التسليح في الخرسانة؟
تآكل التسليح هو عملية تحلل حديد التسليح بسبب تفاعل كيميائي أو كهروكيميائي في الخرسانة يحدث بسبب العمل اليدوي أو البيئي. وهنا يتأكسد الحديد، إلى أكسيد الحديد FeO أو Fe2O3 لتشكيل طبقة من الحجم حول القضيب ممّا يتسبب في تمدد الشريط، ممّا يؤدي في النهاية إلى حدوث تشققات في الخرسانة. التآكل مثل السرطان، إذا لم تتم معالجته في الوقت المناسب، يمكن أن يسبب مشكلة خطيرة. لذلك، تحتاج إلى اتخاذ جميع التدابير الوقائية في البداية وبمجرد ظهورها، تحتاج إلى اتخاذ إجراءات علاجية فورية.
يزداد حجم التسليح عندما يتآكل ويؤدي إلى إجهاد داخلي في الخرسانة. ويتسبب الإجهاد الداخلي في حدوث تشققات ثم يتسبب لاحقًا في تشظي الخرسانة وإزاحة غطاء التسليح من الخرسانة. كما يؤدي تآكل الفولاذ إلى إتلاف الهيكل بشكل خطير، وفي نهاية المطاف إذا لم يتم إصلاحه في مرحلة مبكّرة، فقد يؤدي الهيكل إلى إصلاح خطير بما في ذلك الانهيار الجزئي أو الكلي للهيكل. التآكل غير مرئي طوال الوقت. لذلك، يجب تحديد مخاطر تآكل حديد التسليح في الهيكل الخرساني.
ما هو تأثير تآكل التسليح على الخرسانة؟
تآكل المعدن هو عملية كهروكيميائية تتطلب عامل مؤكسد ورطوبة وتدفق إلكترون داخل المعدن، بحيث تحدث سلسلة من التفاعلات الكيميائية على سطح المعدن وبجواره. كما أن مفتاح حماية المعدن من التآكل هو إيقاف أو عكس التفاعلات الكيميائية. ويمكن القيام بذلك عن طريق قطع إمدادات الأكسجين أو الرطوبة أو عن طريق إمداد الإلكترونات الزائدة عند الأنودات لمنع تكون الأيونات المعدنية (الحماية الكاثودية).
عادة لا يتآكل حديد التسليح في الخرسانة لأن طبقة أكسيد واقية شديدة الالتصاق تتشكل في بيئة شديدة القلوية. ويُعرف هذا باسم الحماية السلبية. قد يتآكل حديد التسليح إذا تم تقليل قلوية الخرسانة من خلال الكربنة أو إذا تم تدمير سلبية هذا الفولاذ بواسطة الأيونات العدوانية (عادة الكلوريدات). كما ينتج عن تآكل الفولاذ أكاسيد وهيدروكسيدات الحديد، والتي يكون حجمها أكبر بكثير من حجم الحديد المعدني الأصلي.
هذه الزيادة في الحجم تسبب ضغوط انفجار شعاعي عالية حول قضبان التسليح وتؤدي إلى شقوق شعاعية محلية. ويمكن أن تنتشر شقوق الانقسام هذه على طول الشريط، ممّا يؤدي إلى تكوين شقوق طولية (أيّ موازية للقضيب) أو تشقق الخرسانة. كما قد يتشكل صدع عريض أيضًا على مستوى من القضبان الموازية لسطح خرساني، ممّا يؤدي إلى التشوه، وهي مشكلة معروفة في أسطح الجسر.
توفر الشقوق وصولاً سهلاً للأكسجين والرطوبة والكلوريدات، وبالتالي، يمكن أن تخلق الشقوق الطفيفة حالة يتم فيها تسريع التآكل والتشقق. بحيث لا تسبب التشققات المستعرضة للتعزيز تآكلًا مستمرًا في التسليح إذا كانت الخرسانة منخفضة النفاذية. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الجزء المكشوف من القضيب عند الشق يعمل كأنود.
في العصور المبكّرة، كلما اتسع التصدّع، زاد التآكل، وذلك ببساطة لأن جزءًا أكبر من الشريط قد فقد الحماية السلبية. ومع ذلك، من أجل استمرار حدوث التآكل، يجب توفير الأكسجين والرطوبة لأجزاء أخرى من نفس الشريط أو القضبان المتصلة كهربائياً عن طريق الاتصال المباشر أو من خلال الأجهزة مثل دعامات الكرسي.
إذا كان مزيج الكثافة وسُمك الغطاء مناسبًا لتقييد تدفق الأكسجين والرطوبة، فإنّ عملية التآكل تكون ذاتية الختم. كما يمكن أن يستمر التآكل إذا تشكل صدع طولي موازٍ للتعزيز، لأن السلبية تضيع في العديد من المواقع، والأكسجين والرطوبة متاحان بسهولة على طول الشق الكامل. بحيث تؤدي الأسباب الأخرى للتشقق الطولي، مثل ضغوط الرابطة العالية والتوتر المستعرض (على سبيل المثال، على طول الركائب أو على طول الألواح ذات التوتر ثنائي الاتجاه) والانكماش والتسوية، إلى بدء التآكل.
بالنسبة للبناء الخرساني العام، فإنّ أفضل حماية ضد الانقسام الناجم عن التآكل هي استخدام الخرسانة ذات النفاذية المنخفضة والغطاء المناسب. كما أن زيادة الغطاء الخرساني فوق التسليح فعال في تأخير عملية التآكل وكذلك في مقاومة الانقسام والتشظي الناجم عن التآكل أو التوتر المستعرض. كما في حالة القضبان الكبيرة والأغطية السميكة، قد يكون من الضروري إضافة تعزيزات عرضية صغيرة (مع الحفاظ على الحد الأدنى من متطلبات الغطاء) للحد من الانقسام وتقليل عرض الشقوق السطحية.
في ظروف التعرض الشديدة للغاية، قد تكون هناك حاجة إلى تدابير وقائية إضافية. حيث يتوفر عدد من الخيارات، مثل التقوية المطلية والمواد المانعة للتسرب أو التراكبات على الخرسانة والمضافات المانعة للتآكل والحماية الكاثودية. كما أن أي إجراء يمنع بشكل فعال وصول الأكسجين والرطوبة إلى سطح الفولاذ أو يعكس تدفق الإلكترون عند الأنود سوف يحمي الفولاذ. وفي معظم الحالات، يجب السماح للخرسانة بالتنفس، أيّ يجب أن يتم معالجة سطح الخرسانة.
أي إجراء يمنع بشكل فعال وصول الأكسجين والرطوبة إلى سطح الفولاذ أو يعكس تدفق الإلكترون عند الأنود سوف يحمي الفولاذ. وفي معظم الحالات، يجب السماح للخرسانة بالتنفس، أيّ أن أي معالجة لأسطح الخرسانة يجب أن تسمح للماء بالتبخر من الخرسانة.
ما هو تأثير ممارسات البناء السيئة على الخرسانة؟
يمكن أن تؤدي مجموعة متنوعة من ممارسات البناء السيئة إلى تشقق الهياكل الخرسانية. ومن أهم هذه الممارسات الشائعة المتمثلة في إضافة الماء إلى الخرسانة لتحسين قابلية التشغيل. كما أن الماء المضاف له تأثير في تقليل القوة وزيادة الاستقرار وزيادة انكماش الجفاف.
عندما تكون الخرسانة مصحوبة بمحتوى أسمنت أعلى للمساعدة في تعويض انخفاض القوة، فإنّ زيادة محتوى الماء ستعني أيضًا زيادة في فرق درجة الحرارة بين الأجزاء الداخلية والخارجية من الهيكل، ممّا يؤدي إلى زيادة الضغوط الحرارية والتشقق المحتمل. بإضافة الأسمنت، حتى إذا ظلت نسبة الماء إلى الأسمنت ثابتة، سيحدث المزيد من الانكماش نظرًا لزيادة حجم المعجون النسبي.
ستؤدي عدم المعالجة إلى زيادة درجة التصدع داخل الهيكل الخرساني. كما سيسمح الإنهاء المبكّر للمعالجة بزيادة الانكماش في وقت تكون فيه الخرسانة منخفضة القوة. ولن يؤدي نقص ترطيب الأسمنت، بسبب التجفيف، إلى انخفاض القوة على المدى الطويل فحسب، ولكن أيضًا إلى انخفاض متانة الهيكل. حيث أن مشاكل البناء الأخرى التي قد تسبب التشقق هي عدم كفاية دعامات القوالب، وعدم كفاية التثبيت ووضع فواصل البناء عند نقاط الضغط العالي.
يمكن أن يؤدي عدم وجود دعم للقوالب أو الدمج غير الكافي إلى تسوية وتشقق الخرسانة قبل أن تطور قوة كافية لدعم وزنها، في حين أن الموقع غير المناسب لمفاصل البناء يمكن أن يؤدي إلى فتح المفاصل في هذه النقاط ذات الضغط العالي. حيث أن طرق منع التشقق بسبب هذه الإجراءات وغيرها من إجراءات البناء السيئة معروفة جيدًا، ولكنها تتطلب اهتمامًا خاصًا أثناء البناء لضمان التنفيذ السليم.
