تآكل الخرسانة

مقدمة :
من الراجح حدوث تآكل الخرسانة فى المنشآت الساحلية و المباني الخاصة بالصناعات الكيميائية و فى الأساسات المعرضة للمياه الجوفية ذات هجومية عالية.
و المعدل الحقيقي لصدأ الخرسانة فى المنشآت لم يكن بعيد الحدوث.نظرا لأن شدة عملية الصدأ فى الطبيعة تعتمد على عدة عوامل لم يتم فهمها ضمنيا بشكل كاف. ويحدث التضرر للخرسانة فى وسط هجومي رطب أو مبتل ؛ من مسامية و تشظية ويمكن ملاحظتهما من على سطح الخرسانة .
.والأداء الهجومي للشدة الكافية و الزمن ربما يؤدى فى آخر الأمر إلى تدهور الخرسانة، أى بمعنى آخر أن تكون فى حالة تآين أو يحدث التضرر فى حالة المحلول كما فى المياه الجوفية أو المخلفات من الصناعة أو مياه البحر التى يكون لها منفذ إلى سطح الخرسانة فى شكل غاز رطب

حساب درجة التآكل الخرسانى

يمكن حساب الدرجة التى وصل إليها التآكل الخرسانى عن طريق الفحص البصرى و بمعايير كمية متعددة ، منها :


1-الفحص البصرى لعينة الاختبار
2-حساب التغيرات الكيميائية فى العينة
3-حساب التغيرات فى المقاومة
4-حساب التغيرات فى الطول و الحجم
5-على أسس التغير فى معامل المرونة
6- حساب معامل الانتشار
7-بطرق حسابية

المظاهر العامة للتآكل الخرسانى

إن التأثير التدميرى للمياه الهجومية على الخرسانة يعتمد على العوامل الآتية :

1-نوع الأسمنت المستخدم و خواصه الكيميائية و الفيزيائية
2-جودة الركام المستخدم و خواصه الفيزيائية و تدرجه
3-الطريقة المستخدمة لإعداد الخرسانة ونسبة م /س و نسبة الأسمنت
و و ضع الخرسانة أي مقدار دمكها وعمرها
4-حالة السطح المعرض للمياه الهجومية(مقدار نعومته ونسبة تشبعه بالكربون(
5-تركيب و تركيز المياه الهجومية ، بالإضافة إلى كيفية تأثيرها على المنشأ الخرسانى

امتداد التآكل الخرسانى نتج بالتأثير إلى حد بعيد من عوامل فيزيائية قليلة التى ربما تزيد من حدة تدهور الخرسانة و أيضا من تعجيله .

ونذكر من هذه العوامل على سبيل المثال :
6-الحركة ،وعلى وجه الخصوص ركود المياه الجوفية
7-درجة الحرارة
8-خاصية الأنابيب الشعرية فى الخرسانة
9-الأكسدة
10-أبعاد المنشأ الخرسانى
11-تبخر سطح الخرسانة
12-ضغط المياه الغير متوازن

7.3معدل التآكل الخرسانى
و بتقييم هذه العلاقات فلقد وجد أنه من المفيد أن نحسب أيضا بالطرق الكمية معدلات التآكل فى مراحله المتعددة .
وطبقا لكثير من الآراء ،تمت ملاحظة أن تحسين مقاومة الخرسانة عند معالجتها فى مياه عذبة .
وفقا لذلك فالاختلاف في المقاومة يعبر عنه كنسبة مئوية بقيمة مطلقة مناسبة لوصف التآكل الذي يمكن أن التعبير عنه بيانيا عكسيا مع فترة التخزين إذا افترضنا أن التآكل يتبع اتجاه خطى ،
فمعدل التآكل يعبر عنه بالميل للخط المستقيم (أ) نتائج الاختبار منفردة .فى الربع من الزاوية 0-90 يمكن أن يقسم كالآتي :
بطئ جدا
بطئ
سريع
سريع جدا
لحظي
وبالتالي فهذا الميل الخطى يعرض إمكانية جيدة لمقارنة معدلات التآكل.

7.4 الاختبارات المعملية للتآكل
إن الحساب بطرق الاختبار القادرة على إنتاج معلومات موثوق بها عن الأسمنت المقاوم للكبريتات يبقى على المهمات المستقبلية للاستقصاء و البحث .
إن الاختبارات التى تدوم لأسابيع أو شهور تظهر بصعوبة لتجهز نتائج مناسبة للتقويم .ويتم حساب المعلومات العاجلة بعد الرطوبة النسبية طبقا
لأن عملية الهجوم الكيميائي تتقدم إلى معدل أعلى ، إذا أتيحت فرصة أكبر لمعامل الهجوم أن يخترق إلى داخل العينة .
إن العينات المصنعة من الأسمنت النقي نادرا ما تستخدم لدراسة ظاهرة التآكل و أغلب عينات الخرسانة قد صنعت من مونة ضعيفة أو بخلط الخرسانة،
وكلما كانت مسامية العينات المشابهة أكبر كان معامل الربط للخلطة أقل.إن شكل عينة الاختبار أيضا ذو معنى و دلالة .فكلما كانت مساحة السطح أكير فى حجم ما معطى ، كلما كان معدل التأثيرات الضارة التى تظهرها نتائج الاختبار أكبر.
و بناء على ذلك ، فان عينات الشد و الأشكال المنشورية تكون ملائمة أكثر بشكل واضح لدراسة المقاومة لتأثير الكيماويات أكثر من المكعبات المستخدمة لحساب مقاومة الضغط .
إن فترات الملاحظة يجب أن تزداد على المستخدمة بالانتشار فى الحاضر نظرا لأنه وجد أن فترة التخزين التى تستمر من سنة إلى سنتين تكون قصيرة جدا لحساب حتى بداية حدوث التآكل ، وهى المدة التى تكون فيها أهمية لنتائج الاختبار
و لذلك الغرض فانه يجب أن يتم معالجة عينات الاختبار تحت ظروف قياسية أو تحت الماء و لا يجب تعريضها للهواء الجوى قبل التخزين المبدئي أو فى زمن مقداره 7 أيام فقط.
وبناء على ذلك ، فكل الاختبارات التى تهدف إلى حساب سلوك الخرسانة تحت ظروف هجومية بمساعدة (الطرق الاختبارية السريعة ) التى تضمن استخدام عينات عالية المسامية وتم تحضيرها إما بأخذ خرسانة ضعيفة القوام جدا أو بنسبة م /س عالية فيها وركام فقير التدرج
فتكون ضرورية للقيمة النسبية فقط و رما تؤدى بسهولة إلى استنتاجات خاطئة .
و من الممكن أيضا استخدام العينات الصغيرة للاختبار . و ما أظهرته الدراسات المقارنة ، فهذه العينات سريعة التأثر بالتآكل أكثر من العينات الأكبر .
و تآكل الخرسانة فى المنشأ الفعلي يحدث تحت ظروف مماثلة بمعدل بطئ يمكن إدراكه .
ولهذا السبب ، يمكن أن يكون تقدم سار إذا كان يمكن استنتاج معدل التحول لحساب معدل التآكل فى المنشآت الخرسانية الأكبر .
ومعامل التحول هذا يجب أن يسمح بسحب الاستنتاجات الصحيحة من نتائج اختبارات المعمل أثناء الفترة التى فيها يتم تدمير المنشآت الخرسانية .
ولاستنتاج معامل تحويل مشابه فستكون اختبارات التآكل ضرورية على عدد كبير من عينات الاختبار بأبعاد مختلفة ، وستكون مشابهة للتي أجريت لحساب مقاومة الضغط والشد لعينات أخرى بحجم مختلف .
وفى حالة العينات الصغيرة فان معدل التحول سوف يكون أعلى منه عند استخدام عينات بحجم أكبر وكثافة عالية .و بالرغم من صعوبة تحويل معدلات التآكل التى حصلنا عليها من اختبار المعمل ، فهذه هى الطريقة التى بها يتم حساب المقاومة للتآكل بدقة وطريقة موثوقة .
و لهذا الغرض فان الاختبارات المتوازية يجب أن تجرى على عينة سريعة التأثر بالتآكل و بأحجام مختلفة بكثافة مختلفة و أوساط هجومية مختلفة ويجب أن تجرى الملاحظات الواسعة فى المنشآت على مدى أبعد .
وهذا الاقتراح و التقديم طويل و صعب ولكن فهو الوحيد الممكن إجراءه للحصول على النهاية المرجوة أى أنه القادر على التقييم على أسس نتائج اختبارات معدل التآكل فى الخرسانة معبرا عنها بتركيب الخرسانة الخاصة و المياه المهاجمة .وبتشابه نتائج عينات المعمل مع المنشآت الموجودة يمكن معرفة تصرف الخرسانة .

إن الشرط الأساسي لنتائج اختبار التآكل المتماسكة و القابلة للمقارنة بها هو أن يتضمن كل تقرير البيانات الآتية:

1-نوع الأسمنت المستخدم و طريقة صناعته
2-النسبة المئوية للمعادن الموجودة فى الأسمنت
3-جودة وحجم الركام المستخدم(المقاس الاعتباري الأكبر )
4-أبعاد عينة الاختبار
5-كثافة العينة
6-طريقة المعالجة
7-مدة غمر العينة داخل الوسط الهجومي
8-طريقة التخزين (الماء الراكد-الغمر الكلى....الخ )
9-فترة تخزينها (التعرض )
10-نتائج الاختبار

و لا يوجد قيم صحيح متاح إذا لم تكن كل البيانات بالأعلى متاحة.
إن الأسمنت يمكن تصنيفه بوضوح إلى 3 مجوعات طبقا لمقاومته للكبريتات الى :
ا-الأسمنت عالي المقاومة للكبريتات
ب-الأسمنت متوسط المقاومة للكبريتات
ج-الأسمنت الغير ملائم استخدامه في محيط مهاجم من الكبريتات

و إلى حد بعيد فان التقسيمات الفرعية داخل هذه المجموعات غير ضرورية بقدر أن التطبيق المادي مطلوب .
إن الظروف المحيطة بالخرسانة التي فى اتصال مع المواد المهاجمة تكون أكثر تنوعا بكثير مثل (الماء الراكد- المياه الجارية-المياه تحت ضغط ...الخ)من الأسمنت داخل هذه المجموعة .
وفى هذه الطريقة من الممكن الحصول على معلومات خاصة بسلوك المنشآت الكبيرة من نتائج الاختبار من العينات الصغيرة .

7.5العوامل المؤثرة على الهجوم على الأساسات الخرسانية :

إن المحاليل المائية للكبريتات تهاجم أسمنت معين فى الخرسانة فردود الأفعال الكيميائية الحادثة تعتمد على نوع الكبريتات الموجودة وطبيعة الأسمنت .
إن معدل الهجوم يعتمد بصورة كبيرة على النفاذية فى الخرسانة و العوامل المؤثرة على الهجوم هى :
1-كمية وطبيعة الكبريتات الموجودة
2-مستوى جدول المياه والتغير الموسمي لها
3-شكل المنشأ
4-نوع وجودة الخرسانة
إذا كان لا يمكن منع وصول الظروف الكبريتية من المنشأ فان الحل الوحيد ضد الهجوم يوجد فى التحكم فى العامل الرابع
فلا يمكن التأكيد بقوة على أن الخرسانة المدمجة جيدا و ذات نفاذية قليلة يجب استخدامها.




أ-تأثير المواد الكبريتية
إن المحاليل الكبريتية الحمضية و المحاليل الكبريتية الغير حمضية غالبا ما تؤثر، كمثال ( قرب قمم المناجم-المستنقعات-مكان وجود البيريت فى التربة والذي يتأكسد ببطء.
وتوجد الكبريتات أحيانا فى المواد مثل الطين الحجري الذي يستخدم فى ملء أرضيات الخرسانة المتصلدة والرطوبة الخارجة من الأرض تحمل الأملاح للجانب السفلى من الخرسانة والتي تهاجمها وتؤدى إلى تمدد وتشقق الأرضية والمنشآت المحيطة بها.
إن الدبشة القرميدية و خاصة مع الجص اللاصق والرماد وبعض مواد الصناعة يكونون معا مصادر محتملة الضرر بسبب مهاجمة الكبريتات لها.
ويعبر عن قابلية ذوبان الأملاح بالجرام من ثالث أكسيد الكبريت لكل لتر من المحلول النوعي إلى حد كبير مع الأخذ فى الاعتبار أن كبريتات الكالسيوم بنسبة1.2 جرام (ثالث أكسيد الكبريت) لكل لتر بالمقارنة مع حوالي 150 و 200 من قيمة كبريتات الماغنيسيوم و كبريتات الصوديوم على الترتيب .
و المياه الجوفية المحتوية على ثالث أكسيد الكبريت تعطى دلالة على أن أحد أو كلا الكبريتيين الأخرين ربما يكون موجود .

حركة المياه الجوفية
تستطيع الكبريتات فقط الاستمرار لكى تصل للخرسانة بواسطة حركة محاليلها فى المياه و بالتالي فان الخرسانة الكلية و الدائمة فوق مستوى سطح المياه تكون بعيدة الاحتمال لأن تكون مهاجمة.
و بالرغم من أن الخاصية الشعرية فى الطبقات التحتية من التربة لكن ربما تسبب النزوح للأملاح إلى المنطقة التى أعلى منسوب سطح المياه.
وحركة المياه أيا كانت تحت هذا السطح ربما تعيد ملئ الكبريتات المستبعدة بواسطة رد الفعل مع الخرسانة و بهذه الطريقة تحميها من التآكل .
و هذه التحركات قد تكون رأسية أو أفقية حسب اعتمادها على التغيرات الموسمية قبل سقوط الأمطار و طبيعة المواقع الجيولوجية و البيئة المحيطة .
ومحتوى الكبريت القليل فى التربة لا يؤثر على إمكانية مهاجمة الكبريتات لأن المياه الجوفية ربما تتدفق من المناطق القريبة خصوصا إذا كانت التربة مضطربة.
شكل المنشآت
مع إتاحة نفس جودة الخرسانة والظروف المهيئة للتآكل الخرسانى .فان أشكال ضخمة من البناء -كما هو متوقع-ستتدهور بشكل أقل سرعة من القطاعات الرفيعة.
وهناك اعتبارات خاصة يجب أن تطبق على الخوازيق. نظرا لأنه إذا تعرض سطح غلاف الخرسانة للهجوم فسوف يحدث تغيرات فى الاحتكاك
على جذع الخازوق.والسابق صبها لها ميزات على التى تم صبها فى الموقع لأنه من السهل التحكم فى جودة الخرسانة التى تم دمكها بطريقة معينة .
نظرا لأن و ضعها أقل اختلافا . وفى الأجزاء السفلية للمنشآت مثل الحوائط الساندة و البرابخ فان الخرسانة ربما عليها أن تقاوم ضغط مياه جانبي على جانب واحد فقط .
اختراق المياه و تركيز الأملاح و على الجانب الأخر اذا كان تبخير المياه يحدث من الجانب الأخر .وبالتشابه ، فان الخرسانة المدفونة جزئيا قد تسحب محاليل الكبريتات من أسفل بسبب الخاصية الشعرية والتبخير فى المناطق المعرضة للهواء الجوى.
ومن النظرة الأولى للأنابيب الخرسانية السابقة صبها من الممكن تعرضها للهجوم أكثر من أي خرسانة أخرى .لأنها رفيعة القطاع وربما معرضة لضغط المياه من جانب واحد فقط.
وعلى عكس ذلك فان كفاءة الخرسانة تكون عالية عادة فى الحقيقة لكى تكون مستوفاة الشروط (Bs556)وتجهيز الأسمنت المناسب للاستخدام وتلك هي أفضل وقاية ضد التآكل.
( لتآكل الداخلي فى أنابيب الخرسانة بواسطة أملاح الكبريتات فى النفايات قد تم مناقشته فى إخطار رقم 6 لسنة 1959 عن طريق معمل بحث تلوث المياه )

نوع و جودة الخرسانة :
الخرسانة منخفضة النفاذية تكون أساسية لمقاومة مهاجمة الكبريتات لذلك لابد أن تكون الخرسانة جيدة الدمك . و الخلطة يجب أن تكون مصممة ذو قابلية تشغيل عالية كافية لكى يسمح للدمك الجيد أن يملك نسبة م/س ليست أكبر من المشار إليها لظروف التربة المحددة.
عندما توجد الكبريتات لابد أن يكون الخليط مصمم على أن يكون محتوى الأسمنت ليس أقل من نسبة م:س و ليست أكثر من القيم المصنفة فى جدول (10)المناسبة لظروف التصميم و نوع الأسمنت .
للموقع المحدد ومحتوى الأسمنت ربما يكون أكبر من أقل تصنيف فى الجدول للحصول على قابلية التشغيل المطلوبة داخل حدود نسبة (م:س) العظمى .
و هذا التحديد يكون لخوازيق الخرسانة فى الموقع عندما يكون الاعتبارات المجتازة لتكملة الاتحاد مضمونة ولسلامة المنشأ الخرسانى فى هذه الحالة لابد أن يصمم الخليط لإنتاج قابلية للتشغيل عالية وخرسانة متماسكة .

تعتبر إضافة الخرسانة(كإضافة الهواء المحبوس أو تقليل الماء ) من العوامل التى تعطى بعض التحسينات المحددة لمقاومة الكبريتات .
تعمل الإضافات المساعدة على تحسين التشغيلية وعلى تحسين الدمك و تسمح باستخدام نسبة لأقل من نسبة م : سو لكن التى تحتوى على كلوريد الكالسيوم تكون غير مطلوبة .
وكل الوحدات سابقة الصب التى تستخدم الأسمنت المقاوم للكبريتات تتطلب اهتمام أثناء فترة الشك الابتدائي وذلك للحصول على أقل نفاذية وسطح قوى .

أنواع الأسمنت
في الخرسانة المعدة سابقاً من الاسمنت البورتلاندي سريع التصلد هناك تفاعل واحد يحدث في محاليل الكبريتات مع الهيدرات المكون من ثلاثي ألومنيات الكالسيوم الموجودة في الاسمنت وأثناء الهيدرة يخرج أكسيد الكالسيوم .وهذه التفاعلات تؤدي في النهاية إلى تمدد الاسمنت وتشقق الخرسانة .
المقاومة اللازمة لمهاجمة الكبريتات تحدث عندما يكون ثلاثي ألومينات الكالسيوم في محتوى الاسمنت أقل . الاسمنت البورتلاندي العادي يحتوي عادة على نسبة مئوية من ثلاثي ألومنيات الكالسيوم ولكن في الاسمنت البورتلاندي مقاوم للكبريتات (Bs4248) التي تكون الكبريتات فوق معدل التركيز والتي عموماً في المياه الجوفية.
وتوضح النتائج العملية أنه عند غمر عينات من الخرسانة المتكونة من الاسمنت عالي الكبريتات في محلول كبريتات الماغنسيوم القوى أكثر من (3.5 % منso3) فإنها تفقد قوتها أسرع من الخرسانة المتكونة من الاسمنت البورتلاندي المقاوم للكبريتات .
وعند الغمر في محلول كبريتات الصوديوم يختلف الدليل الجاري ولكن في حالة الاتزان المقاومة المتغيرة تظهر لتكون معكوسة.
تعتمد مقاومة الاسمنت للكبريتات على التدريج الحبيبي الناتج من خبث الأفران العالية (Bs140) لا يحدد حد أدنى لمحتوى الخبث وهذا الاسمنت يصنف أيضاً بالاسمنت البورتلاندي العادي (Bs4248) .
في الاسمنت البورتلاندي الناتج منخفض الحرارة تتعين الحد الأدنى لمحتوى الخبث وهو 50% من الاسمنت، والتي من المحتمل أن تكون نسبته أقل من المطلوبة لأي تغير أساسي في مقاومة الكبريتات على الاسمنت البورتلاندي العادي .
وبمعرفة نتائج الاختبارات طويلة المدى المتاحة هناك القليل من البيانات من إنجلترا (uk) التي تعتمد على دقة الاحتياطات .
الإضافة البوزولانية تحسن من مقاومة خرسانة الاسمنت البورتلاندي العادي للكبريتات.
تصنيف المواقع ومتطلبات الخرسانة
طبقاً لغرض التصنيف تقسيم المباني إلى خمسة أقسام معتمدة على محتوى الكبريتات في كل من التربة والمياه الجوفية ونوع الاسمنت المطلوب والحد الأدنى لمحتوى الاسمنت لكل من هذه الأقسام يعطي في جدول (10) ، ومن المهم أن تتذكر أن الاختلاف بين الأقسام غالباً ما يؤخذ عشوائي وهذه المتطلبات تعتمد على الخبرة الحالية .


تعيين وتحليل التربة والمياه الجوفية
كل المعلومات المؤثرة على الموقع يجب أن تفحص لتقدير الحاجة لإجراء التحاليل المجراة على التربة ويجب أن تتضمن المعلومات تقدير لمحتوى الكبريتات لأي عينة مياه جوفية مأخوذة أثناء فحص الموقع .
أكبر خطر في تصنيف المواقع على أساس تحليل الآبار يكمن في صعوبة الحصول على نماذج غير مخففة من المياه السطحية. النماذج المناسبة من التربة يمكن الحصول عليها من اختبار الجسات من أجل الأغراض الهندسية . المفروض أن تؤخذ كل ( 1-2م) وهناك تغيراً ملحوظاً يوجد في طبقات القشرة الأرضية .
الاعتبارات الاقتصادية ستتحكم في عدد النماذج المحللة من التربة عندما تكون تكلفة التحاليل منخفضة مقارنة بتحضيرها وحجم أو مقدار العينة نحصل عليه بتحليل العينات منفصلة ، إذا احتجنا لتوفير التكاليف تجمع العينات وهذا يحدث فقط للعينات التي لها نفس العم قفي ثقوب مختلفة عن ما تكون أنواع طبقات القشرة الأرضية متشابهة محتوى الكبريتات في الآبار يمكن حسابه بأي طريقة تحليل مناسبة .
التركيزات في العمود الرابع من الجدول (10) عادة يعبر عنها كأجزاء من ثالث أكسيد الكبريت بأجزاء من مائة ألف من الماء ولهذا فإن الرسومات التحليلية تعبر عنها بالجرامات من ثالث أكسيد الكبريت ( اللتر ) يجب يضربها في 100.
المحتوى الكلي للكبريتات في التربة يمكن الحصول عليه بإستخلاص حمض الهيدروكلوريك المخفف الساخن ويعبر عنه بالنسبة المئوية لثالث أكسيد الكبريت مقسوماً على وزن التربة الجافة .
إذا كانت الكبريتات الموجودة في التربة غائبة أو سائدة على أملاح الكالسيوم سيكون قابليتها للذوبان ناتجة عن المحتوى الكلي لكبريتات تعطى تصنيف صارم للموقع في الحالات التي يكون فيها المحتوى الكلي للكبريتات يصل إلى 50% من المفترض أن يكون ذوبان الكبريتات في الماء .
أملاح الكبريتات القابلة للذوبان المحسوبة يجب عادة إستخلاصها من التربة باستخدام ضعف وزن الماء ويعبر عنها بالجرامات من ثالث أكسيد الكبريت للتر من مستخلصات الماء . التصنيف على هذا الأساس يعطى من العمود الثالث بالجدول 10

تفسير النتائج التحليلية
نتائج كل التحاليل الكيميائية الفردية يجب أن تكون صالحة ومتاحة للمهندس لمساعدته على تحديد الاحتياطات والمواصفات اللازمة ، إذا كان تصنيف خاص بتحليل الآبار فيجب تسجيل أعلى التركيزات المساوية للكبريتات .
إذا كان التصنيف مصمم طبقاً للتحليل لعدد محدود من نماذج التربة والنتائج كثيرة جداً فمن المحتمل أن تستحق أخذ عينات أكثر للمساعدة في التحليل .
عندما يكون المتاح لدينا هو عدد كبير من النتائج فمن الأفضل تصنيف المواقع طبقاً لمتوسط أعلى من 20% من النواتج .
عندما تجمع نماذج التربة قبل التحليل فيجب أن يتم الاختيار بمزيد من الصرامة ومتوسط أعلى 10% من النتائج هو الذي يعطي أكثر النتائج صحة