أنواع الهجمات الكيميائية على الهياكل الخرسانية

ما هي أنواع الهجمات الكيميائية على الهياكل الخرسانية؟

عادةً ما تحتوي مواد الخرسانة التقليدية على الأسمنت البورتلاندي والركام الخشن والناعم والإضافات المعدنية أو الكيميائية والمياه. على الرغم من أن خاصية الالتصاق وقوة الخرسانة يتم الحصول عليها من الأسمنت البورتلاندي وترطيبه الكيميائي، إلا أن وجود مواد كيميائية مختلفة في الأسمنت البورتلاندي قد يسبب مشاكل ضارة خلال عمر خدمة الهياكل الخرسانية. كما يمكن أيضًا أن تساهم المواد العدوانية من مصادر خارجية مثل مزيلات الغبار والكبريتات والمغنيسيوم وما إلى ذلك في تدهور الهياكل الخرسانية عندما تخترق الخرسانة.

لذلك، لا يلزم حظر نشر المواد الكيميائية العدوانية الخارجية فحسب، بل يجب أيضًا النظر في احتمال حدوث أي تفاعل ضار بين مكونات المواد الخرسانية من قبل فريق التصميم. حيث تعتمد متانة الهياكل الخرسانية المسلحة على سلوكها فيما يتعلّق بالظروف المناخية والبيئية الموجودة في البيئات التي يتم بناؤها فيها. غالبًا ما تخضع هذه الهياكل الخرسانية لعملية دائمة من التدهور الفيزيائي والكيميائي نتيجة للعدوان الخارجي. في هذا السياق، تعرض هذه المقالة الأسباب الكيميائية المختلفة لتدهور الخرسانة مثل الكربنة والتفاعل القلوي وتفاعلات الكبريتات.

كما تم تطوير تقنيات تشخيص وإصلاح الخرسانة المصابة. عندما يكون الهيكل الخرساني عرضة للإجراءات الكيميائية، تتأثر متانته. قد تتسبب المواد الكيميائية في تشقق الخرسانة وتغيير الحجم وتدهور الهيكل. يتناقص عمر الهيكل ويمكن أن يؤدي إلى فشل الهياكل. فيما يلي سيتم شرح الأنواع مختلفة من الهجمات الكيميائية وتأثيراتها على الهياكل الخرسانية:

1. هجوم الكبريتات.
   
2. هجوم الكلوريد.
   
3. تفاعل القلوي الكلي.
   
4. الكربنة.
   
5. الهجوم بالحمض.
   
6. هجوم الاملاح.
   

1- هجوم الكبريتات على الخرسانة:

تحتوي معظم أنواع التربة على كبريتات على شكل كالسيوم ومغنيسيوم وصوديوم وأمونيوم وبوتاسيوم. تحدث في التربة أو المياه الجوفية. عندما يتم بناء هيكل خرساني على هذه الأنواع من التربة، فقد يهاجمون الخرسانة. بشكل عام، لا تهاجم الكبريتات في الحالة الصلبة الخرسانة بشدة ولكن عندما تكون في صورة سائلة فإنّها تمر في فراغات الخرسانة وتتفاعل مع منتجات الأسمنت المائي. تسبب كبريتات الكالسيوم الحد الأدنى من الضرر بسبب انخفاض قابليتها للذوبان بينما تسبب كبريتات المغنيسيوم أقصى ضرر.

تهاجم معظم الكبريتات هيدروكسيد الكالسيوم وَألومينات الكالسيوم المائي الموجودة في الخرسانة وتؤدي إلى تغيير حجم عجينة الأسمنت في الخرسانة. ومن ثم يحدث تدهور في الهيكل الخرساني. إلى جانب هيدروكسيد الكالسيوم، تتفاعل كبريتات المغنيسيوم أيضًا مع سيليكات الكالسيوم الرطبة وتجعل الخرسانة في كتلة مسحوق.

1- الاحتياطات اللازمة من هجوم الكبريتات على الخرسانة:

تتأثر الخرسانة ذات نسبة الأسمنت المنخفضة في الماء بشكل أقل بكبريتات المغنيسيوم بينما تتأثر الخرسانة ذات نسبة الأسمنت العالية بالماء بشدة. كما يجب استخدام الأسمنت البورتلاندي المقاوم للكبريتات حيث توجد الكبريتات في التربة أو الماء أو الغلاف الجوي وتتلامس مع الخرسانة. ويمكن أيضًا استخدام الأسمنت عالي الكبريت، المصنوع من خبث الأفران العالية، على الرغم من عدم توفره على نطاق واسع. بحيث يمكن لهذا الأسمنت مقاومة أعلى تركيزات من الكبريتات.

2- هجوم الكلوريد على الخرسانة:

يعتبر هجوم الكلوريد على الخرسانة أحد الجوانب المهمة لِمتانة الخرسانة. حيث يؤثر بشكل أساسي على تقوية الخرسانة ويسبب التآكل. ويمكن إدخال الكلوريدات في الخرسانة إمّا أثناء البناء أو بعده على النحو التالي.
قبل البناء، يمكن إدخال الكلوريدات في مواد مضافة تحتوي على كلوريد الكالسيوم، من خلال استخدام المياه الملوثة بالملح أو الركام البحري المغسول بشكل غير صحيح. بعد البناء، يمكن للكلوريدات الموجودة في الملح أو مياه البحر، في رذاذ البحر المنقولة جواً ومن أملاح إزالة الجليد، حيث أن مهاجمة الخرسانة القابلة للنفاذ مسببة تآكل التعزيز. ويتفاعل الكلوريد في وجود الماء والأكسجين مع طبقة قلوية محمية حول التعزيز ويزيلها.

3- هجوم التفاعل القلوي الكلي على الخرسانة:

تفاعل الركام القلوي هو تفاعل كيميائي بين القلويات في الأسمنت ومحتوى السيليكا في الركام. ومن ثم يمكن أن يطلق عليه أيضًا تفاعل (Alkali Silica). عندما يحدث هذا التفاعل، تتشكّل مادة هلامية تمتص الماء ويزداد حجم الخرسانة. هذا الحجم المتزايد يؤدي إلى تكسير وتفكك الخرسانة. ينص الاستخدام الإنشائي للخرسانة وقواعد الممارسة للتصميم والبناء على أن تفاعل الركام القلوي يحدث فقط عندما يكون ما يلي موجودًا معًا:

1. الخرسانة ذات مستوى الرطوبة العالية.
   
2. عندما يحتوي الاسمنت على نسبة عالية من القلويات فيه.
   
3. تتجمع مع المكونات القلوية التفاعلية.
   

1- الاحتياطات اللازمة من التفاعل القلوي الكلي على الخرسانة:

يوصي الكود باتخاذ الاحتياطات التالية في حالة وجود عدم يقين:

1. تقليل تشبع الخرسانة.
   
2. استخدام الأسمنت البورتلاندي القلوي المنخفض.
   
3. استخدام مواد اسمنتية بديلة مثل خبث أفران الصهر أو مسحوق رماد الوقود. معظم الركام العادي يتصرف بشكل مرض.
   

4- هجوم الكربنة على الخرسانة:

عندما يخترق ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي الخرسانة وَيتفاعل مع هيدروكسيد الكالسيوم لتكوين كربونات الكالسيوم، فإنّ هذه العملية تسمّى الكربنة. وبشكل عام، تشكل الخرسانة ذات المحتوى القلوي العالي طبقة واقية حول التسليح. ولكن عندما يتحول ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الكربونيك المخفف، فإنّه يقلّل القلوية نتيجة تآكل التعزيز. تبلغ قيمة الأُس الهيدروجيني لِلخرسانة الكربونية 8.3 بينما يبدأ التَخميل عند قيمة الأُس الهيدروجيني 9.5. يبلغ عُمق الكربنة في الخرسانة جيدة الكثافة حوالي 3 ملم في مرحلة مبكّرة وقد يزيد إلى 6-10 ملم بعد 30-40 سنة. قد يصل عُمق الكربنة في الخرسانة الرديئة إلى 50 ملم بعد 6-8 سنوات.

يعتمد معدل الكربنة على العوامل التالية:

1. عمر الخرسانة.
   
2. عمق الغطاء الخرساني.
   
3. كثافة الخرسانة.
   
4. محتوى الأسمنت.
   
5. نسبة الماء إلى الأسمنت.
   
6. وجود تشققات في الخرسانة.
   

يتم تحديد عمق الكربنة باستخدام محلول الفينول فثالين في الكحول المخفف. عند تطبيق المحلول، تصبح المناطق الخالية من الكربونات وردية اللون ويطلق على الجزء غير الملون المتبقي المنطقة المتأثرة بالكربون.

5- هجوم الاحماض على الخرسانة:

يمكن للأحماض مهاجمة الخرسانة بسهولة لأن الخرسانة ليست مقاومة تمامًا للأحماض. بعض الأحماض مثل حمض الأكساليك وأحماض الفوسفوريك ليست ضارة بالخرسانة. يتأثر الركام الجيري أكثر بالأحماض بينما يكون الركام السليكي مقاومة جيدة. يعتمد مستوى الضرر تمامًا على الرقم الهيدروجيني للمحلول الحمضي. يكون الضرر شديدًا جدًا إذا كانت قيمة الأُس الهيدروجيني منخفضة جدًا. إذا وصلوا إلى التعزيز من خلال الشقوق أو المسام، فسوف يتسببون في تآكل القضبان وسيحدث تشقق الخرسانة.

1- منع هجوم الاحماض على الخرسانة:

لمنع الهجوم الحمضي، يلزم استخدام خرسانة كثيفة جيدة مع غطاء مناسب ويجب استخدام الأسمنت المقاوم للكبريتات.

6- هجوم الاملاح على الخرسانة:

يحدث هجوم الملح عندما يتعرض السطح الخارجي للهيكل الخرساني للماء الذي يحتوي على الملح. بمجرد أن يتبخر الماء، يبقى الملح على سطح الخرسانة ويسبب الضغط والتلف. يمكن أن يؤدي وضع مادة مانعة للتسرب على سطح الخرسانة واستخدام الخرسانة عالية الجودة إلى تخفيف هجوم الملح.