متانة الخرسانة المسلحة في ظروف بيئية مختلفة

ما هي متانة الخرسانة المسلحة في الظروف البيئية المختلفة؟

يهتم مديرو ومهندسو الأصول بشكل متزايد بمتانة أصول الخرسانة المسلحة، وخاصة المتانة ضد تآكل التسليح. يتعلّق الكثير من الهندسة الإنشائية والبُنية التحتية بالتنبؤ باحتمالية بقاء الهيكل الخرساني آمنًا على مدى العمر المقترح، أو العمر المقدر لاحتمالية معينة للفشل. يعتمد هذا التنبؤ على نماذج تحليلية (رياضية)، مُعايرة للتجربة الميدانية والملاحظات. ينطبق هذا على أنواع الأحمال المختلفة التي يمكن تطبيقها على الهيكل. كما ينطبق أيضًا على المقاومات أو سعات التحميل لأنواع مختلفة من المواد والأنظمة الهيكلية.

من الواضح أنه إذا تم تضمين التدهور في مثل هذه التحليلات، فإنّ نماذج التنبؤ بالمستوى المحتمل للتدهور على مستوى الهندسة الإنشائية مطلوبة، بشكل مثالي إلى مستوى مماثل من التعقيد ومعايرة للواقع والخبرة السابقة ذات الصلة. إنّ التنبؤ بالسلوك المتوقع للهياكل وتدهورها مهم، لأنه لا تزال هناك العديد من الهياكل الخرسانية المسلحة قائمة في الممارسة وهناك فوائد اقتصادية وبيئية في إنتاج هياكل خرسانية مسلحة ذات متانة طويلة الأجل. يمكن أن تكون النماذج المستخدمة في التنبؤ بمستويات مختلفة من التعقيد وعلى مستويات مختلفة من التفاصيل.

في جميع الحالات، يجب أن تستند إلى فهم سليم للعمليات الأساسية المعنية على الرغم من أن هذا يمكن أن يعتمد على مستوى التجريد المناسب للاستخدام المقصود. على سبيل المثال، لا يحتاج مصممو الجسور الخرسانية، على سبيل المثال، إلى معرفة الكثير عن التركيب الذري للفولاذ، لكنهم بحاجة إلى معرفة كيف يتصرف هذا الفولاذ بمستوى مناسب للتصميم الهندسي. هذا يعني أنه بغض النظر عن مستوى التجريد، يجب أن تكون جميع النماذج متوافقة مع بيانات سليمة ومتماسكة.

يجب أيضًا معايرتها وفقًا لمثل هذه البيانات. من الناحية المثالية، ينبغي أن تكون النماذج تحليلية للسماح باستقراء قوي وصالح وقابل للدفاع. من حيث المبدأ، تنطبق هذه المتطلّبات أيضًا على ما يسمّى بالنماذج والكشف عن مجريات الأمور وعلى المعرفة داخل ما يسمّى بالأنظمة الخبيرة. بمجرد استخدامها للتنبؤ، هناك افتراضات حول الاتجاهات وحول صحة ومنهجية الاستقراء، سواء كانت صريحة أم لا. في جميع الحالات، يشير التنبؤ إلى نموذج للاستقراء من قاعدة المعرفة الحالية.

فيما يتعلق بتدهور الهياكل الخرسانية المسلحة، من المحتمل أن تكون الهياكل المعرضة للبيئات البحرية، أو لظروف الكلوريد، هي الأكثر إثارة للقلق. نادرا ما تكون المصفوفة الخرسانية نفسها عاملا مهما، على الأقل بالنسبة للعديد من الهياكل ولكن يمكن أن تكون للبُنية التحتية مثل أنابيب الصرف الصحي. هنا، لا يتم النظر في متانة المصفوفة الخرسانية نفسها. أيضًا، من خلال قصر الانتباه بشكل أساسي على الخرسانة عالية الجودة ومنخفضة النفاذية، يمكن تجاهل كربنة الخرسانة كآلية لتآكل التعزيز.

قد أظهرت التجربة العملية أن أعماق الكربنة بالنسبة لهؤلاء لا تزيد عن بضعة ملليمترات، حتى على مدى فترات التعرض الطويلة. وبالمثل، يتم هنا تجاهل قضايا مثل التفاعلات الكلية القلوية. تعتمد إدارة أصول الخرسانة المسلحة بشكل متزايد على النماذج التحليلية للتنبؤ بالوقت اللازم لتآكل حديد التسليح، لا سيما التآكل الخطير والمضار. على نحو متزايد، وجد أن التنبؤات من خلال النماذج الحالية لظهور تآكل التعزيز الناجم عن الكلوريد لا تقارن جيدًا مع الملاحظات والخبرة العملية للهياكل الخرسانية الفعلية.

تم تقديم أمثلة لإثبات أنه بالنسبة للهياكل الخرسانية عالية الجودة، يمكن أن توجد مستويات عالية جدًا من الكلوريدات بدون علامات أو أدلة على التآكل، حتى بعد التعرض طويل المدى. يهيمن على بدء التآكل وجود فراغات هوائية مجاورة للتعزيز. إنه تأثير عابر قصير المدى لا يشير إلى بدء تآكل خطير. التآكل النشط هو النتيجة المباشرة لتقليل قلوية الخرسانة، وهي آلية يتم تسريعها بواسطة الكلوريدات. هذا، وليس هجوم الكلوريد المباشر، هو سبب تآكل التعزيز الخطير.

أيضًا، يجب إعادة النظر في دور التكسير الناتج عن الإجهاد والتكسير الخرساني الآخر. تفتح هذه التفسيرات الجديدة الطريق لتحسين النمذجة والتنبؤ بالتآكل الناجم عن الكلوريد. كما أن المتانة والقوة هما أهم معيارين لتصميم الهياكل الخرسانية المسلحة. هذان هما المطلبان لأداء الهياكل الخرسانية على المدى الطويل. أي نقص في أي من الاثنين، أيّ المتانة والقوة، يمكن أن يجعل الهيكل غير مناسب للغرض المقصود.

إذا لم يكن الهيكل متينًا، ولكنه يتمتع بقوة كافية، فإنّ قوة الهيكل تقل مع تقدم العمر بسبب تدهور الخرسانة والتعزيز بسبب البيئة المحيطة. جعلت الرموز القياسية في طريقة تصميم الحالة المحددة فحص المتانة جزءًا لا يتجزأ من عملية التصميم. عند التحقق من متانة الهيكل الخرساني المسلح، يؤخذ في الاعتبار متانة الخرسانة وكذلك حديد التسليح. أي نقص في المتانة المطلوبة يقلّل من العمر الافتراضي للهيكل.

تلعب البيئة دورًا مهمًا أثناء اختيار المواد المتينة للهياكل الخرسانية المسلحة. بالنسبة لبيئات مثل المناطق الساحلية حيث يكون معدل التآكل مرتفعًا جدًا، يتم إيلاء عناية خاصة لبدل التآكل في التعزيز، وطلاء التعزيز بالإيبوكسي، والغطاء المطلوب للتعزيز، ودرجة الخرسانة المراد استخدامها، ونسبة الماء إلى الأسمنت، ونوعية المياه للبناء والتنسيب الصحيح ودمك الخرسانة.

الاحتياطات اللازمة أثناء إنشاء الهياكل الخرسانية:

بعض الاحتياطات التي يجب مراعاتها أثناء إنشاءات الهيكل الخرساني المسلح لقوة التحمل هي:

1. يجب توفير المبلغ المناسب للحد الأدنى من التغطية المحددة في الكود.
   
2. يجب اتباع الحد الأدنى من محتوى الأسمنت في الخلطة الخرسانية والحد الأقصى لنسبة الماء إلى الأسمنت بناءً على نوع البيئة المنصوص عليها في الكود.
   
3. يجب استخدام الركام الخشن والناعم الذي تم اختباره معمليًا جيدًا والمناسب للبناء وخالي من (أو ضمن الحدود المسموح بها) الشوائب مثل الغبار والقلويات والكلوريدات والكبريتات وما إلى ذلك.
   
4. بناءً على هجوم البيئة على الهيكل، يجب استخدام نوع مناسب من الأسمنت ومضافات الخرسانة ونسبة الماء إلى الأسمنت.
   
5. وضع جيد ودمك الخرسانة.
   
6. اتباع جدول إزالة القوالب حسب نوع البناء وفقًا للإرشادات الواردة في الرموز القياسية.
   
7. المعالجة المناسبة للخرسانة للفترة الزمنية المطلوبة.
   

مشاكل متانة الخرسانة المسلحة الرئيسية التي تسببها البيئة:

1- تآكل حديد التسليح في الخرسانة المسلحة بسبب البيئة:

يمكن التحكم في تآكل حديد التسليح عن طريق:

1. غطاء للتعزيز مطابق للكود البريطاني.
   
2. الحد الأدنى من محتوى الأسمنت بناءًا للكود البريطاني.
   
3. نسبة الماء إلى الأسمنت المناسبة.
   
4. الدمك والمعالجة المناسبين.
   
5. استخدام التعزيز المطلي بالإيبوكسي.
   

2- تدهور الخرسانة المسلحة بسبب البيئة:

بسبب الهجمات الكيميائية مثل الكبريتات الموجودة بالقرب من الغلاف الجوي للصناعات الكيماوية والتربة والمياه الجوفية، تتدهور الخرسانة حتى بدون حديد التسليح. تتعرض الخرسانة في مصارف المصنع أو المجاري أيضًا لمثل هذه البيئة وتتدهور بسبب عمل الكبريتات. للتغلّب على مشكلة تدهور الخرسانة، يجب اتباع النقاط التالية:

1. استخدام أنواع الأسمنت المناسبة مثل الأسمنت المقاوم للكبريتات أو الأسمنت الذي يحتوي على نسبة منخفضة من ثلاثي ألمونيات الكالسيوم.
   
2. استخدام الحد الأدنى من محتوى الأسمنت كما هو محدد في الكود.
   
3. استخدام نسبة الماء إلى الأسمنت المناسبة للخرسانة.
   
4. استخدام طبقة واقية على سطح الخرسانة المدفون تحت التربة.