آثار تعرض الخرسانة لمياه البحر

الهياكل الخرسانية المعرضة لمياه البحر:

تغطي المحيطات حوالي 80 في المائة من سطح الأرض. لذلك، يتعرض عدد كبير من الهياكل الخرسانية لمياه البحر ذات الملوحة العالية إمّا بشكل مباشر أو غير مباشر عندما تحمل الرياح رذاذ مياه البحر على بعد أميال قليلة من الساحل. ونتيجة لذلك، تتعرض العديد من الهياكل البحرية الساحلية والبعيدة عن الشاطئ لعمل مستمر من عمليات التدهور الفيزيائي والكيميائي.
حيث أصبح هذا التحدي المتمثل في بناء وصيانة الهياكل الخرسانية الدائمة في المناطق الساحلية منذ فترة طويلة مشكلة خطيرة للأشخاص الذين يعيشون في هذه المناطق، وهذا يوفر فرصة ممتازة لفهم مدى تعقيد مشاكل المتانة الخرسانية في هذه المناطق.

الخرسانة هي واحدة من مواد البناء الرئيسية المستخدمة في البناء الحديث. حيث تعد بإنّها مادة بناء مركبة مكونة من الأسمنت والمواد الأسمنتية الأخرى مثل الرماد المتطاير وخبث الأسمنت والركام (بشكل عام عبارة عن ركام خشن مصنوع من الحصى أو الصخور المكسرة مثل الحجر الجيري أو الجرانيت، بالإضافة إلى الركام الناعم مثل الرمل) والماء والمضافات الكيميائية. كما تستخدم الخرسانة لأغراض عديدة في البناء مثل تشييد المباني والسدود والأساسات والطرق السريعة وهياكل وقوف السيارات والأنابيب والأعمدة وغيرها.

إنّ استخدام منصات الحفر البحرية الخرسانية وخزانات النفط آخذ في الازدياد بالفعل. بحيث تستخدم الأرصفة الخرسانية والأسطح وكسر المياه والجدران الاستنادية على نطاق واسع في بناء الموانئ والأرصفة. كما يتم النظر في المنصات البحرية العائمة المصنوعة من الخرسانة لتحديد مواقع المطارات ومحطات الطاقة ومرافق التخلص من النفايات من أجل تخفيف الأرض من ضغوط الازدحام الحضري والتلوث.

يمكن القول أن مياه البحر تحتوي على محلول يحتوي على عدد كبير من العناصر بنسب مختلفة. تحتوي مياه البحر بشكل أساسي على بعض المكونات الكيميائية مثل أيونات الكلوريد والمغنيسيوم والكالسيوم والبوتاسيوم. معظم مياه البحر موحدة إلى حد ما في التركيب الكيميائي، والتي تتميز بوجود حوالي 3.5 في المائة من الأملاح الذائبة بالوزن. التركيزات الأيونية للصوديوم والكلور هي الأعلى، في المحيط الأطلسي عادة 11000 و 20000 مجم لكل لتر على التوالي.

تكوين مياه البحر المؤثرة على الهياكل الخرسانية:

تتعرض الهياكل الخرسانية المبنية في الظروف البحرية دائمًا لمياه البحر إمّا بشكل مباشر أو غير مباشر. دائمًا ما تكون الهياكل الساحلية والبحرية على اتصال بمياه البحر وهناك عدد من عمليات التدهور الفيزيائية والكيميائية التي تحدث. لذلك، تتطلب الهياكل الخرسانية التي تتأثر بمياه البحر اهتمامًا خاصًا. إنّ 71% من سطح الأرض مغطى بالمسطحات المائية وحوالي 96.5% مغطى بمياه البحر فقط. لذلك، فإنّ عددًا كبيرًا من الهياكل الخرسانية تتأثر بالخرسانة إمّا عن طريق الاتصال المباشر أو بشكل غير مباشر بواسطة الرياح الحاملة لرذاذ مياه البحر.

تحتوي مياه البحر أيضًا على أيون المغنيسيوم والكبريتات حوالي 1400 و 2700 مجم لكل لتر على التوالي. كما يتقلب الأُس الهيدروجيني لمياه البحر بين 7.5 و 8.4. ويتم أخذ متوسط ​​الرقم الهيدروجيني حوالي 8.2. كما تحتوي مياه البحر أيضًا على كمية من ثاني أكسيد الكربون. وفي حالة إذابة تركيز أعلى من ثاني أكسيد الكربون في مياه البحر، فقد ينخفض ​​الرقم الهيدروجيني عن 7.5. يمنح الجدول التالي تركيز الأيونات الرئيسي في بعض بحار العالم الشهيرة.

الجدول 1: تركيز الأيونات الرئيسية في بعض بحار العالم الشهيرة.

بحار العالم / الأيونات الكبرى	صوديوم (مجم/لتر)	المغنيسيوم (مجم/لتر)	كلوريد (مجم/لتر)	كبريتات (مجم/لتر)	المواد الصلبة الذائبة (مجم/لتر)	نسبة المواد الصلبة الذائبة
البحر الاسود	4900	640	9500	1362	17085	3.90
بحر مرمرة	8100	1035	14390	2034	26409	2.52
البحرالابيض المتوسط	12400	1500	21270	2596	38795	1.72
بحر الشمال	12200	1110	16550	2220	33060	2.02
البحر الأطلسي	11100	1210	20000	2180	35370	1.88
بحر البلطيق	2190	260	3960	580	7110	9.37
الخليج العربي	20700	2300	36900	5120	66650	1.00
البحر الاحمر	11350	1867	22660	3050	40960	1.63

جدول تركيز الأيونات الرئيسية في بعض بحار العالم الشهيرة.

ما هو تأثير مياه البحر على الهياكل الخرسانية؟

تتفاعل مكونات مياه البحر كيميائيًا مع مكونات الخرسانة الأسمنتية ممّا يؤدي إلى تلف الهيكل الخرساني بعدة طرق. كما تتفاعل كبريتات المغنيسيوم الموجودة في مياه البحر مع هيدروكسيد الكالسيوم للأسمنت وتشكل كبريتات الكالسيوم وكذلك ترسيب هيدروكسيد المغنيسيوم. وتتفاعل كبريتات المغنيسيوم أيضًا مع ألومينات الكالسيوم المائي وتشكل ألومينات كبريتات الكالسيوم، حيث أن هذه التشكيلات النهائية هي الأسباب الرئيسية للهجوم الكيميائي على الهياكل الخرسانية. ويرجع تدهور الهياكل الخرسانية بسبب مياه البحر إلى الترشيح بدلاً من توسع الخرسانة.

يؤثر النضح على الهياكل الخرسانية الصغيرة أكثر من التوسع بينما تتأثر الهياكل الخرسانية الكبيرة بالرشح وكذلك التمدد. حيث تهاجم الكبريتات الخرسانة وتتسبب في التمدد ولكن بسبب وجود الكلوريدات في مياه البحر، فإنّ انتفاخ الخرسانة يؤخَّر. وبالتالي، يحدث تآكل وفقدان الخرسانة دون إظهار الكثير من التوسع. كما فقد محتوى الجير الموجود في الخرسانة أيضًا بسبب الترشيح، فإنّ كل من هيدروكسيد الكالسيوم وكبريتات الكالسيوم قابلان للذوبان في مياه البحر ممّا يؤدي إلى زيادة نشاط الترشيح.

درجة الحرارة هي أيضًا عامل هجوم كيميائي، فَارتفاع درجة الحرارة سيكون الهجوم الكيميائي أكثر. إنّ الخرسانة ليست منيعة 100%، حيث أنه عندما تدخل مياه البحر في مسام الخرسانة وتصل إلى التسليح، يحدث التآكل وسوف يؤثر على متانة الهيكل. حالة أخرى هي أن الخرسانة تضررت بسبب التآكل. قد تحمل مياه البحر الرمل والطمي خاصة في الطرف الضحل للبحر ويحدث تآكل سطح الخرسانة عند ملامسته بالقوة. الهجوم على الخرسانة لأي من هذه الأسباب يميل إلى زيادة النفاذية.

لن يؤدي هذا فقط إلى جعل المادة أكثر عرضة بشكل تدريجي لمزيد من الإجراءات من قِبل نفس العامل المدمر ولكن أيضًا لأنواع أخرى من الهجوم. وبالتالي، يتم العثور على متاهات من المواد الكيميائية المتشابكة وكذلك حالات التدهور الفيزيائية في العمل عندما يكون الهيكل الخرساني المعرض لمياه البحر في مرحلة متقدمة من التدهور. لذلك، يجب أن تلبّي الهياكل الخرسانية البحرية متطلبات التصميم على المدى الطويل خلال اتباع إجراءات دقيقة في كل من مرحلتي التصميم والبناء.

يُعد اختيار المواد المناسبة والتصميم الجيد للمزيج والتفاصيل المناسبة للتعزيز وتقنية البناء المناسبة وبرنامج التحكم الصارم من العوامل الأساسية لإنتاج هياكل خرسانية بحرية متينة. فمن المسلم به على نطاق واسع أن الخرسانة التي تتعرض لمياه البحر يجب أن تكون عالية الجودة أولاً وقبل كل شيء، وأن أي خليط يساهم في جعل الخرسانة أقل نفاذية سيكون مفيدًا في الخرسانة المعرضة لمياه البحر.

الجوانب النظرية عند بناء الهيكل الخرساني المعرض لمياه البحر:

إذا تم بناء الهيكل الخرساني في مياه البحر، فإنّ المنطقة الأكثر تضررًا من الهيكل تكون أعلى بكثير من علامة المياه المرتفعة. بحيث تتأثر المنطقة الواقعة بين انخفاض منسوب المياه وارتفاع منسوب المياه بشكل أقل بينما تكون المنطقة المغمورة باستمرار تحت مياه البحر أقل تأثرًا.

السبب وراء ذلك هو أنه عندما تلامس مياه البحر بالقوة المنطقة الواقعة فوق علامة الماء المرتفعة بسبب حركة الأمواج، يتم ترسيب بعض المياه المالحة في المسام الخرسانية. عندما تجف هذه المنطقة، سيتبلور الماء إلى جزيئات ملح ويحدث اضطراب في الخرسانة. وبالمثل، عندما يُسمح للماء في المسام الخرسانية بالتجميد في المناخات الباردة، فإنّ الخرسانة ستتوسع وتفقد متانتها.

كيف يتم تحسين متانة الخرسانة المعرضة لمياه البحر؟

لتحسين متانة الهيكل الخرساني المعرض للظروف البحرية، يجب اتباع ما يلي:

• يفضل استخدام الأسمنت الذي يحتوي على نسبة منخفضة من ثلاثي ألمونيات الكالسيوم لصنع الخرسانة.
  
• القيام بإعداد الخرسانة الغنية مع نسبة أسمنت منخفضة الماء ممّا يجعل الخرسانة منيعة. ومن ثم، تكون المسام في الخرسانة صغيرة جدًا ولا يمكنها الاحتفاظ بمياه البحر ممّا يؤدي إلى منع التمدد عن طريق تجميد الماء وتبلور الملح في المسام.
  
• جعل الخرسانة ذات نسبة أسمنت مائية منخفضة. لجعلها قابلة للتطبيق في البناء، يمكن إضافة مواد مضافة لتقليل الماء إلى الخرسانة التي أوصت بها متطلبات كود البناء للخرسانة الإنشائية والتعليق.
  
• يجب ألا تحتوي المواد المضافة على الكلوريد بأي شكل من الأشكال وإلا يحدث تآكل في التعزيز.
  
• يجب توفير غطاء كافٍ لتقوية الهيكل الخرساني لتعزيز المتانة. يوصى بغطاء لقضبان التسليح المأخوذ من دليل تصميم وبناء الهياكل البحرية الواجهة البحرية والخرسانة الساحلية الموضح في الجدول أدناه:
  

الجدول 2: الغطاء الموصى به لقضبان التسليح من دليل تصميم وبناء الهياكل البحرية.

المنطقة	غطاء فوق حديد التسليح (بالبوصة)	تغطية قنوات ما بعد الشد (بالبوصة)
منطقة الغلاف الجوي لا تتعرض لرش الشرائح	2	3
منطقة الغلاف الجوي التي تعرض لرذاذ الملح	2.5	3.5
المنطقة المغمورة	2	3
غطاء الركائب	0.5 بوصة أقل من الحالة أعلاه	0.5 بوصة أقل من الحالة أعلاه

جدول الغطاء الموصى به لقضبان التسليح.

• يساعد الضغط الجيد وفواصل البناء جيدة الصنع في الهيكل الهيكل الخرساني على مقاومة التمدد الناتج عن مياه البحر.
  
• استخدام المواد البوزولانية في تحضير الخرسانة مفيد ضد الماء المالح.
  
• تحسين المتانة، خلال استخدام عناصر الخرسانة المعالجة بالبخار عالي الضغط لبناء الهيكل في الظروف البحرية.
  
• يجب غسل الركام المستخدم في صناعة الخرسانة جيدًا بالماء العذب لتقليل تركيز أيون الكلوريد فيه.