تقييم احتمالية تآكل التسليح في الهياكل الخرسانية

ماذا يعني تقييم احتمالية تآكل التسليح في الهياكل الخرسانية؟

يمكن أن تكون مراقبة تآكل التسليح في الهياكل الخرسانية المسلحة صعبة للغاية. ومن الصعب اكتشاف التآكل في المراحل المبكرة، من ناحية أخرى، فأنه قد فات الأوان عندما نرى علامات التآكل على السطح، ويتطلب الكشف عن التآكل في الهياكل الخرسانية المعرفة المناسبة وأدوات الفحص المناسبة والخبرة.

يسأل العديد من المهندسين الإنشائيين ما هي أفضل الممارسات في التحقيق في التآكل. والبعض يريد أن يعرف من أين يبدأ البحث. حيث يهتم البعض الآخر بدقة ودقة طرق الاختبار المتاحة، ويريد البعض الآخر معرفة ما إذا كانت نتائج هذا التحقيق ذات فائدة من منظور الهندسة الإنشائية.

تم تحديد تآكل التسليح باعتباره العامل الغالب الذي يتسبب في تدهور واسع النطاق مبكر لأوانه للبناء الخرساني في جميع أنحاء العالم، وخاصة الهياكل الموجودة في البيئة البحرية الساحلية. حيث أن أهم أسباب تآكل حديد التسليح هي دخول أيونات الكلوريد وثاني أكسيد الكربون إلى سطح الفولاذ. وبعد الشروع في عملية التآكل، عادة ما تترسب منتجات التآكل (أكاسيد الحديد وهيدروكسيدات) في مساحة محدودة في الخرسانة حول الفولاذ.

يشكّل تشكيلها داخل هذه المساحة المحدودة ضغوطًا ممتدة، ممّا يؤدي إلى تكسير الغطاء الخرساني وتشققه. وهذا بدوره يؤدي إلى تدهور تدريجي للخرسانة. نتيجة لذلك، تشكل تكاليف الإصلاح في الوقت الحاضر جزءًا كبيرًا من الإنفاق الحالي على البنية التحتية. كما تحتاج مراقبة الجودة والصيانة والتخطيط لترميم هذه الهياكل إلى عمليات تفتيش غير مدمرة وتقنيات مراقبة تكتشف التآكل في مرحلة مبكرة.

تستهلك خسارة التآكل جزءًا كبيرًا من ميزانية الدولة عن طريق إجراءات الترميم أو إعادة الإعمار. ولقد كان هناك عدد كبير من التحقيقات حول مشاكل تدهور الخرسانة وما يترتب على ذلك من تآكل في الفولاذ في الخرسانة. كما أن مراقبة الهياكل بشكل صحيح لأداء التآكل واتخاذ التدابير المناسبة في الوقت المناسب يمكن أن يؤدي إلى توفير هائل.

علاوة على ذلك، فإنّ عملية الإصلاح نفسها معقدة للغاية وتتطلب علاجات خاصة للمنطقة المتصدعة، وفي معظم الحالات يكون متوسط ​​العمر المتوقع للإصلاح محدودًا. وفقًا لذلك، يمكن أن توفر مراقبة التآكل معلومات أكثر اكتمالاً عن تغيير حالة الهيكل في الوقت المناسب.

بدأت العديد من الهياكل الخرسانية المعززة والمسبقة الإجهاد في إظهار علامات الضيق في فترة قصيرة، وعادةً ما يتم مراقبة حالة الهياكل عن طريق الفحص البصري ويتم اللجوء إلى التدابير العلاجية فقط عندما تصبح الحالة خطيرة للغاية عن طريق الصدأ الشديد التعزيزات الفولاذية تليها تكسير وتشظي على الخرسانة من المستحسن مراقبة حالة هذه الهياكل الاستراتيجية مباشرة من مرحلة البناء من خلال إجراء مسوحات تآكل دورية والاحتفاظ بسجل للبيانات.

طرق تقييم إمكانية تآكل التسليح للمنشآت الخرسانية:

لتقييم معدل تآكل حديد التسليح في الخرسانة، تتوفر العديد من التقنيات الكهروكيميائية وغير المدمرة لمراقبة تآكل الفولاذ في الهياكل الخرسانية. ويمكن تقييم تآكل حديد التسليح على الهياكل القائمة بطرق مختلفة مثل:

1- مسح عدادات الغطاء المتري لتقييم معدل تآكل التسليح:

لا تحتاج الحاجة إلى توفير سماكة كافية للغطاء للتحكم في التآكل إلى تأكيد. حيث يُعد مسح سُمك الغطاء مفيدًا لتحديد سُمك الغطاء الحالي في موقع محدد، حيث تم تحديد الضرر وفي مكان آخر، للمقارنة على نفس الهيكل. كما يمكن قياس سُمك الغطاء بطريقة غير مدمرة باستخدام عدادات الغطاء المعروفة تجاريًا. تُستخدم عدادات الغطاء أيضًا لتحديد موقع وقُطر حديد التسليح، بحيث تعتبر من الأدوات المتاحة تجاريًا، والتي تستخدم لقياس سُمك الغطاء وحجم حديد التسليح. يوضح الجدول 1 كيف يتم تفسير قراءة الغلاف لتقييم التآكل.

الجدول 1: تفسير مسح سماكة الغطاء.

2- مسح نصف الخلية المحتملة لتقييم معدل تآكل التسليح:

نظرًا لكون التآكل ظاهرة كهروكيميائية، فإنّ جهد القطب الكهربائي لسلك الفولاذ مع الإشارة إلى القطب القياسي يخضع للتغييرات اعتمادًا على نشاط التآكل. بحيث يعطي المسح التخطيطي لنقاط الشبكة المحددة جيدًا معلومات مفيدة عن وجود أو احتمالية نشاط التآكل. كما يتم استخدام نفس نقاط الشبكة للقياسات الأخرى، وهي المطرقة المرتدة ويمكن استخدام أنابيب بلاستيكية لجعل البيانات أكثر وضوحًا. والأقطاب القياسية الشائعة المستخدمة هي:

1. النحاس: قطب كبريتات النحاس (CSE).
   
2. الفضة: قطب كلوريد الفضة (SSE).
   
3. كالوميل: قطب كالوميل القياسي (SCE).
   

يتكون القياس من إعطاء توصيل كهربائي لقضيب التسليح ومراقبة فرق الجهد بين القضيب والقطب المرجعي الملامس لسطح الخرسانة. بشكل عام، يصبح جهد الجهد سلبيًا أكثر فأكثر حيث يصبح التآكل أكثر نشاطًا. ومع ذلك، قد تشير القيم المحتملة الأقل سلبية أيضًا إلى وجود نشاط تآكل، إذا كانت قيم الأُس الهيدروجيني أقل. حيث أنه تم اقتراح المبادئ التوجيهية العامة لتحديد احتمال التآكل بناءً على قيم الجهد نصف الخلية كما في طريقة الاختبار القياسية لإمكانية تآكل حديد التسليح غير المطلي في الخرسانة.

على أي حال، لا ينبغي استخدام هذه التقنية بمعزل عن غيرها، ولكن يجب أن تقترن بقياسات محتوى الكلوريد في الخرسانة وتغيرها مع العُمق وكذلك غطاء الفولاذ وعُمق الكربنة. ومع ذلك، يعتبر مسح الخرائط المحتمل منهجي أكثر فائدة لتحديد حالة تآكل حديد التسليح في الموقع. بحيث يسهل هذا تحديد المظهر الجانبي المحتمل أو المحيط المحتمل.

في البداية عندما تم تقديم المسح المحتمل وفقًا لطريقة الاختبار القياسية لإمكانية تآكل حديد التسليح غير المطلي في الخرسانة، تم تفسير كل قراءة بمعزل عن بعضها البعض وكانت القيمة العددية مرتبطة ارتباطًا مباشرًا بدرجة التآكل. وبعد ذلك، يتم إدراك أن هذا النهج خاطئ لأن الفولاذ غير المتآكل يمكن أن يظهر مجموعة واسعة من القيم المحتملة.

لقد تم إدراك أنه يجب تقييم القيم المحتملة ليس بمعزل عن بعضها البعض ولكن كمجموعة ويجب أن تشكل العلاقة بين الإمكانات داخل المجموعة أساس التفسير. بحيث يتكون تحليل الكفاف المحتمل بشكل عام من تحديد المواقع ذات الخطوط المحتملة المتراكمة التي تشير إلى المناطق المتآكلة تحتها.

من الضروري تحديد موقع المناطق الأنودية التي تم تحديدها من خلال تجميع الخطوط المتساوية ذات التدرج المحتمل الأكثر شدة، والتحقق ممّا إذا كان الهيكل يتآكل بشكل نشط أم لا. أيضًا، يجب إدراك بعض المعلمات المهمة (المدرجة أدناه) التي تؤثر على الإمكانات المقاسة للتعزيز. وقد لا تكون إمكانات حديد التسليح المقاسة على سطح الخرسانة أو داخلها تمثيلًا حقيقيًا للقيم الموجودة على سطح الفولاذ.

يمكن أن يؤدي المحتوى الفيزيائي أي محتوى الرطوبة والحالة الكيميائية للخرسانة، أيّ وجود أيونات الإلكتروليت إلى تباين واسع. كما يمكن أن يؤدي الانخفاض الأومي الناتج عن المقاومة الكهربائية للخرسانة إلى حدوث تغييرات، ومع زيادة الغطاء الخرساني، تصبح القيم المحتملة على سطح الخرسانة عند التآكل النشط للبلاطة والمارة متشابهة.

3- قياس المقاومة الكهربائية لتقييم معدل تآكل التسليح:

تلعب المقاومة الكهربائية للخرسانة دورًا مهمًا في تحديد جودة الخرسانة من وجهة نظر إمكانية التأثر بالتآكل في أيّ مكان محدد. بحيث يتم التعبير عن هذه المعلمة من حيث المقاومة بالأوم سم. كما أنه للمراقبة العامة، يُعدّ فحص المقاومة أمرًا مهمًا لأنه يمكن توقع التآكل على المدى الطويل في الهياكل الخرسانية حيث تكون القيم المقاسة بدقة أقل من 10000 أوم سم.

علاوة على ذلك، إذا انخفضت قيم المقاومة إلى أقل من 5000 أوم سم، فيجب توقع التآكل في فترة سابقة (ربما خلال 5 سنوات) في عمر الهيكل. حيث أنه يشير الجدول 2 إلى الإرشادات العامة لقيم المقاومة بناءً على المناطق التي يمكن تحديد مخاطر التآكل المحتملة في الهياكل الخرسانية.

الجدول 2: مخاطر التآكل من المقاومة.

مبدأ اختبار المقاومة في الخرسانة مشابه لتلك المعتمدة في اختبار التربة. ومع ذلك، عند تطبيقها في الخرسانة، ينبغي تحقيق بعض العيوب. تتكون الطريقة بشكل أساسي من استخدام تقنية مسبار، حيث يتم تطبيق تيار معروف بين مجسين خارجيين على بعد 100 مم ويتم قراءة انخفاض الجهد بين العنصرين الداخليين عند تباعد 50 مم ممّا يسمح بإجراء تقييم مباشر للمقاومة (R).

من المهم ملاحظة العوائق التالية أثناء تحليل قيم المقاومة وتفسيرها:

1. تمثل القيمة التي تم الحصول عليها فقط متوسط ​​التقييم على العُمق الذي ينظمه تباعد المسبار المختار وليس الخرسانة عند السطح الفولاذي.
   
2. تختلف مقاومة الخرسانة باختلاف ظروف الرطوبة.
   
3. يجب أن يحتوي الجهاز على تعويض انخفاض (IR) مناسب للقياس.