اقرأ في هذا المقال
- ما هي عملية كربنة الهياكل الخرسانية؟
- أهمية الغطاء الخرساني في عملية الكربنة
- تقييم عمق الكربنة في الخرسانة
- طرق الوقاية والإصلاح من كربنة الخرسانة
ما هي عملية كربنة الهياكل الخرسانية؟
الخرسانة عبارة عن مادة شديدة القلوية، وإذا كانت غير مكربنة، فإنّها تحتوي على درجة حموضة تبلغ 12.6. تبدأ الكربنة على سطح الخرسانة ويمكن أن تصل في النهاية إلى عُمق حديد التسليح داخل الخرسانة. أن قضبان التسليح مطلوبة في معظم الهياكل الخرسانية حيث أن الخرسانة قوية في الانضغاط ولكنها ضعيفة في التوتر، لذلك يتم إضافة التعزيز لتوفير قوة الشد. كما توفر الحالة القلوية للخرسانة طبقة مقاومة سلبية على سطح حديد التسليح الذي يمنع التآكل.
بمجرد أن تتلامس الخرسانة مع ثاني أكسيد الكربون والملوثات الأخرى في الهواء، فقد يحدث تفاعل. بحيث يمكن لثاني أكسيد الكربون تكوين حمض الكربونيك مع الماء الموجود في الأسمنت الذي يحيد الحالة القلوية للخرسانة. وإذا حدث هذا، فإنّ الكربنة تتحرك عبر الخرسانة كواجهة تقلل تدريجياً قيمة الأُس الهيدروجيني إلى 8 pH، محايد 7pH. ومع ذلك، يمكن أن يحدث تآكل في التعزيز إذا انخفضت قيمة الأُس الهيدروجيني عن 11pH.
تحدد عوامل مختلفة الإطار الزمني للكربنة، مثل جودة الخرسانة. على سبيل المثال، إذا كان الأسمنت مساميًا جدًا أو يحتوي على نسبة منخفضة من الأسمنت، فسيكون الإطار الزمني أسرع بكثير ممّا إذا كانت الخرسانة غير مسامية للغاية وتحتوي على نسبة عالية من الأسمنت. كما أن البنية المجهرية للخرسانة تجعل المسام الشعرية تصل إلى 28%، ويعتمد حجم المسام على جودة الخرسانة ووجود الماء في وقت خلط الخرسانة.
إنّ صنع خرسانة أكثر كثافة مع نسبة ماء إلى أسمنت أقل يقلل من كمية المسام، ويتم إنشاء هذه المسام بسبب تبخر الماء الزائد أثناء تقوية كتلة الخرسانة. كما أن هذه المسام متصلة ببعضها البعض وتذهب إلى داخل الكتلة الخرسانية من سطح الهياكل الخرسانية. إن ّكربنة الخرسانة هي عملية يخترق من خلالها ثاني أكسيد الكربون من الهواء إلى الخرسانة من خلال المسام ويتفاعل مع هيدروكسيد الكالسيوم لتشكيل كربونات الكالسيوم.
سنرى جانبًا آخر للكربنة، حيث أن ثاني أكسيد الكربون في حد ذاته ليس تفاعليًا. في وجود الرطوبة، يتحول ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الكربونيك المخفف، الذي يهاجم الخرسانة ويقلل أيضًا من قلوية الخرسانة (أي تقل قيمة الأُس الهيدروجيني). كما يحتوي الهواء على ثاني أكسيد الكربون، قد يكون تركيز ثاني أكسيد الكربون في الهواء الريفي حوالي 0.03 في المائة من حيث الحجم.
في المدن الكبيرة، قد يرتفع محتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء إلى 0.3 في المائة أو قد يرتفع بشكل استثنائي حتى 1.0 في المائة. في النفق، إذا لم يكن جيد التهوية، فقد تكون الكثافة أعلى بكثير. بحيث تتراوح قيمة الأُس الهيدروجيني لمياه المسام في الخرسانة المتصلدة بشكل عام بين 12.5 إلى 13.5 اعتمادًا على المحتوى القلوي للأسمنت.
تشكل القلوية العالية طبقة تخميل رقيقة حول حديد التسليح وتحميها من عمل الأكسجين والماء، وطالما تم وضع الفولاذ في حالة شديدة القلوية فلن يتآكل وتُعرف هذه الحالة باسم التخميل. بحيث تُعد كربنة الخرسانة أحد الأسباب الرئيسية لتآكل التسليح. بالطبع الأكسجين والرطوبة هما المكونات الأخرى المطلوبة لتآكل الفولاذ المدمج.
أهمية الغطاء الخرساني في عملية الكربنة:
يتعلق مصطلح الغطاء الخرساني بالمسافة من التعزيز المدمج إلى السطح الخارجي للخرسانة. بحيث هذه المسافة مهمة من أجل السلامة الهيكلية والمتانة وحماية التسليح من التآكل والحريق. في العادة، لا نرغب في رؤية غطاء خرساني أقل من 50 مم، ومع ذلك فإنّ العديد من المباني غير التقليدية التي تم بناؤها في الخمسينيات والستينيات كانت أقل من 10 مم في الأماكن.
يمكن قياس الغطاء الخرساني بدقة باستخدام مقياس الغطاء وهو جهاز غير جراحي، يستخدم مقياس الغطاء نبضات كهرومغناطيسية لتحديد موقع شريط التسليح. يجب الإشارة إلى التوصيات بشأن استخدام مقاييس التغطية الكهرومغناطيسية في اختبار الخرسانة للحصول على معلومات عند استخدام مقاييس الغطاء الكهرومغناطيسي. بحيث إذا كان الغطاء الخرساني المحيط بالقضيب المقوى غير كافٍ، فسيكون الشريط عرضة للتآكل لأن واجهة الكربنة ليس لديها مسافة بعيدة للسفر.
بمجرد فقدان الطبقة المقاومة السلبية، سيبدأ الفولاذ المضمن في التآكل. التآكل هو رد فعل ممتد وهذا التفاعل الواسع هو الذي يسبب تكسير وتشقق الخرسانة. كما تسمح الشقوق بدخول الماء بشكل مباشر ممّا يزيد من تسريع تدهور الخرسانة. على وجه الخصوص، المباني المؤطرة الخرسانية التي بنيت من الخمسينيات إلى أواخر الستينيات لم يكن لها عُمق كاف من الغطاء الخرساني.
لم يكن من غير المعتاد أن تتآكل قضبان التسليح ممّا يتسبب في تكسير الأغطية وانفصالها على مدار فترة زمنية. ولقد كان شائعًا بشكل خاص في 1950-1960 بسبب المهندسين المعماريين الذين يسعون جاهدين للحصول على ممتلكات جمالية مبهجة.
تقييم عمق الكربنة في الخرسانة:
كما ذكرنا سابقًا، فإنّ معدل انتشار الكربنة إلى أعماق أكبر يعتمد على عوامل الخرسانة والبيئة. ومع ذلك، فإنّ استنتاج عُمق الكربنة مهم ويمكن تحديده باستخدام محلول مؤشر الفينول فثالين. حيث أنه يتكون المحلول من 1 جم من الفينول فثالين مذاب في 50 مل من الكحول ومخفف مرة أخرى باستخدام 100 مل من الماء غير المتأين. ويتم تطبيق هذا الحل على الخرسانة المكسورة حديثًا، في حالة حدوث بقعة أرجوانية على الخرسانة، فإنّ قيمة الأُس الهيدروجيني أعلى من 9 مما يعني عدم حدوث الكربنة.
ومع ذلك، إذا ظل المحلول المطبق على الخرسانة عديم اللون، فستكون هناك قيمة أقل من 9 درجات في الساعة، وهذا يعني حدوث الكربنة. يعتمد العُمق الذي ينتقل فيه المحلول الملون على مدى عُمق الكربنة، إنّه من المهم ترك الخرسانة المختبرة لمدة 24 ساعة حتى قياس العُمق.
طرق الوقاية والإصلاح من كربنة الخرسانة:
يعتبر منع وإبطاء الكربنة في الخرسانة طريقة بسيطة. كما يمكن تطبيق الطلاءات المضادة للكربنة على سطح الخرسانة النظيف لمنع دخول ثاني أكسيد الكربون والملوثات الأخرى. يجب أن تمنع هذه الطريقة الكربنة لمدة 10 سنوات تقريبًا. ومع ذلك، إذا كانت الكربنة قد حدثت بالفعل، فإنّ طرق الإصلاح ليست مباشرة. لإصلاح الخرسانة الكربونية بقضيب مقوى مكشوف، يجب اتباع الخطوات التالية:
- يجب أن تتوافق الأعمال مع منتجات وأنظمة حماية وإصلاح الهياكل الخرسانية البريطانية لمنع تآكل حديد التسليح.
- يجب إزالة الترسبات من الشريط المقوى وتنظيفه ليكون جاهزًا لوضع طبقة مقاومة للتآكل. بحيث يعمل هذا الغلاف على عزل الشريط وحمايته من الماء والمواد الكيميائية التي قد تسبب المزيد من التآكل.
- بعد ذلك تحتاج الخرسانة المفقودة إلى استبدال، إذا تم استخدام نسبة أعلى من الأسمنت إلى الماء، فستكون الكربنة عملية أبطأ. علاوة على ذلك، بمجرد تثبيت ملاط الإصلاح، يمكن تطبيق طلاء مضاد للكربنة لمنع كربنة الخرسانة.
