عدم إجراء تحليل لتعزيز الصلب في ظروف ملموسة في ظروف متضاربة

Propagation of Corrosion: From Rust to Structural Damage

وبعد أن يبدأ التآكل، تبدأ مرحلة التكاثر، وتتراكم الصدأة في هذه المرحلة عند واجهة الصلب المكون من الفولاذ، وتولد الطبيعة التوسعية لمنتجات التآكل ضغوطا مشععة في الخرسانة المحيطة، وعندما تتجاوز هذه الضغوط القوة الضاربة للخرسانة، تحدث عمليات التصدع على طول خط التعزيز، وتوفر هذه الشقوق مساراً لزيادة سرعة حدوث الأكسجين،

كما يستمر التآكل، تتسع الشقوق وتمتد إلى السطح الخرساني، مما يؤدي إلى الإنزال والقطع، وتخفض المساحة المقطعية لتعزيز الصلب، وتقلل من قدرتها على تحمل الحمل، وفي نفس الوقت، تضعف فقدان الرابط بين الفولاذ والخرسانة من العمل المركب، وتخفض من حدة توتر الأعضاء الهيكلية وقوامها.

وفي الحالات الخطيرة، يمكن للتآكل المحلي أن يقلل من تداخل الفولاذ بنسبة 50 في المائة أو أكثر، مما يؤدي إلى فقدان القدرة على الصمود وإمكانات كسر الرشوة في إطار حمولات الخدمات، وهذا الانتقال من سلوك الموصل إلى الرشوة خطير للغاية لأنه لا يوفر سوى القليل من الإنذار قبل الفشل.

العوامل المؤثرة في الكوروزيون والفشل

ظروف التعرض البيئي

وتواجه الهياكل في البيئات البحرية أعلى خطر للتآكل بسبب الكلوريدات المحمولة جوا، والاتصال المباشر بالمياه المالحة، والتدوير المائي، وتخلق أملاح التحلل المستخدمة في الطرق السريعة والجسور ظروفا عدوانية مماثلة في المناخات الأكثر برودة، كما أن البيئات الصناعية التي تحتوي على أبخرة حمض أو مركبات سلفر تتسارع أيضا في التدهور.

وينظم التدرج والرطوبة النسبية معدل التآكل عند البدء، إذ تضاعف تقريبا معدلات التآكل لكل 10 درجات مئوية من الحرارة، شريطة توافر الرطوبة، وتنشأ أشد الظروف عدوانية عند الرطوبة النسبية بين 70 في المائة و 95 في المائة، حيث تحتوي شبكة البخار الخرسانية على كمية كافية من الرطوبة لتستخدم ككهرباء بينما لا تزال تسمح بنشر الأكسجين.

التغطية الملموسة

ويحدد عمق التغطية مباشرة الوقت اللازم للوصول إلى الكلوريدات أو الكربونات، ويحدد مدونات البناء الأعماق الدنيا للغطاء استناداً إلى درجة التعرض، ولكن يمكن أن تقلل من مدى التسامح في البناء من القيمة الفعلية للتصميم. ] والقابلية للتغير في العمق هي أحد المساهمين الرئيسيين في التآكل السابق لأوانه. وحتى الانحرافات الصغيرة التي تتراوح بين 5 و10 مم يمكن أن تقلل من الوقت اللازم لبدء التآكل.

كما أن الجودة الملموسة، التي تقاس بالقابلية للتشعب والتفشي، تتسم بنفس القدر من الأهمية، إذ أن انخفاض معدلات المياه إلى الترسب، والعلاج السليم، واستخدام المواد الجازولينية، يقلل من معدل حدوث جرعات الكلوريد، ويسمح ضعف الخرسانة التي تتسم بارتفاع القدرة على التغلُّب السريع من العوامل العدوانية، بصرف النظر عن عمق الغلاف.

Steel Metallurgy and Surface Condition

وتواجه تعزيزات الصلب الكربوني القياسية مقاومة للتآكل نتيجة للفيلم السلبي الذي تم تشكيله في الخرسانة، ولكن تركيبه يوفر حماية محدودة بمجرد حدوث التخريب، وتزيد عناصر المحار مثل الكروم والنيكل والموليبدينوم من مقاومة التآكل عن طريق تثبيت الفيلم السلبي، وهو المبدأ الذي يقوم عليه تعزيز الصلب اللاصق.

ويمكن أن تتدخل الملوثات السطحية مثل مقياس المطاحن أو النفط أو منتجات التآكل المتبقية في تشكيل طبقة سلبية موحدة، مما يخلق مواقع تفضيلية لبدء التآكل، وقد يكون للتدعيم المسبق، إن لم يكن قد نظف، ضررا بأداء التآكل.

التعبئة والتتبع الهيكليين

فالثكنات في الخرسانة، سواء من التحميل الهيكلي أو الآثار الحرارية أو الانكماش البلاستيكي، توفر مسارات مباشرة لكلوريد والرطوبة للوصول إلى الفولاذ، وثبات العجلات والترددات هي بارامترات حاسمة، وعادة ما تحد المواد من استخدامات الشقق إلى 0.1 إلى 0.3 ملم تبعاً لظروف التعرض، ولكن حتى الشقوق الشائكة يمكن أن تبدأ في التآكل المحلي عند الطرف.

إن التحميل السيليكي يخلق شقوقاً بدينية تتطور بمرور الوقت، مما قد يتفاقم من بيئة التآكل، وعلى العكس من ذلك، فإن التشقق الناجم عن التآكل يقلل من التقاطع والتصلب الفعالين، ويغير الاستجابة الهيكلية ويحتمل أن يتسارع الضرر.

التخلف في استخدام الوسائل والتأثيرات الهيكلية

التعقب، التجسس، التطهير

أكثر طريقة فشل مرئية تنهار على طول خط التعزيزات، ويتبعها تصاعد الغطاء الخرساني، عادة ما يحدث عندما تتجاوز الضغوط المضغية التي تسببها التآكل قوة الخرسانة على مساحة كبيرة بما فيه الكفاية، وفي الأصفاد والأحزمة، كثيرا ما يتجلى ذلك في الإنزال بالتوازي مع طائرة التعزيز، مما يخلق صوتا مظلما عند التلاعب.

إن التباعد لا يقلل فحسب من نوعية الهيكل الجمالي بل يعرض أيضا تعزيز الهجوم البيئي المباشر، ويعجل بزيادة التآكل، وفي هياكل وقوف السيارات وأسطح الجسور، يشكل هبوط الخرسانة خطرا على سلامة المستخدمين أدناه.

Loss of Bond and Anchorage

:: الصلة بين الفولاذ وقوى النقل الخرسانية بين الجسدين، مما يتيح اتخاذ إجراءات مركبة، وتفصل منتجات الكوروزون عند الواجهة بين الفولاذ من الخرسانة، مما يقلل من المقاومة الاحتكاكية والربط الميكانيكي، وفي الحالات القصوى، تضيع السند تماما، وتنزلق التعزيزات داخل الخرسانة، مما يجعلها غير فعالة.

وتكتسي خسارة السندات أهمية بالغة في البقعة والزوارق، حيث يتوقف نقل القوة كليا على سلامة السندات، وقد يؤدي الفشل في هذه المواقع إلى انهيار هيكلي مفاجئ دون سابق إنذار واضح.

فقدان القدرة على العمل والاختلالات

يخفض الكوروزيون المساحة المقطعية من الفولاذ لكنه يغير أيضاً الخواص الميكانيكية للمعادن المتبقية، ويخلق صدى الإجهاد الذي يقلل من قدرة الفولاذ على الغلة والتزيين البلاستيكي، ويصبح الفولاذ أكثر رشوة تدريجياً، ويحدث الفشل في سلالات أقل مما يتوقع بالنسبة للقطع المتقاطعة المتبقية.

e fracture of corroded reinforcement is a critical safety concern] because it provides no ductile warning before failure. Structures designed to exhibit ductile behavior under overload conditions may fail sudden and catastrophically when reinforcement is corroded.

آليات التصفيق الهيكلي

إن النتيجة النهائية للتآكل غير المتحكم فيها هي الانهيار الهيكلي، إذ أن العديد من الإخفاقات الموثقة توضح هذا التقدم، وإن انهيار جسر بوينت بليسانت في عام 1967، وإن كان يعزى أساسا إلى كسر ضغط أحد الحجاب، قد أبرز ضعف مكونات الفولاذ في هياكل الجسور، وارتأى أن الأهم من ذلك هو الانهيار الخرساني المكثف في مرآب السيارات في الثمانينات والتسعينات إلى تآكل الحاد في عناصر الخرسانة.

وفي هياكل البناء، كثيرا ما يحدث الفشل الناجم عن التآكل في الاتصالات، وفي نهاية الشعاع، وفي قواعد الأعمدة التي يكون فيها تراكم الرطوبة والكلوريد أعلى مستوى، ويمكن أن يعقب ذلك حدوث انهيار تدريجي إذا ما أدى فقدان عضو حاسم إلى إعادة توزيع الحمولات على أعضاء آخرين متآكلين خارج قدرتهم.

تقييم التفتيش والتكييف

استقصاء التفتيش والتطهير الافتراضي

ولا يزال التفتيش البصري المنتظم هو أكثر أساليب التقييم سهولة، ويبحث المفتشون عن أنماط لصق الصدأ، وكسر الشقوق، والتقوية، وعمليات المسح التطهيري باستخدام السبر المطرقي أو سحب السلاسل لتحديد المناطق التي انفصلت فيها الخرسانة عن الصلب الأساسي.

وهذه الأساليب فعالة في الكشف عن التآكل المتطور ولكنها لا تستطيع تحديد التآكل الخفي قبل وقوع الضرر المرئي، وقد لا يزال هناك هيكل لا توجد فيه علامات واضحة، يربطه بشكل نشط بالأعماق التي لم تظهر بعد على السطح.

أساليب الاختبار الكيميائي

إن رسم خرائط نصف الخلايا المحتملة هو أسلوب يستخدم على نطاق واسع لتقييم نشاط التآكل في الخرسانة المعززة، ومن خلال قياس الفرق المحتمل بين الكهرومغناطيس المرجعي الموضع على سطح الخرسانة والصلب المحتوي على الرصاص، يمكن تحديد مناطق التآكل النشط، وتشير الاحتمالات الأكثر سلبية من 350 مللي في مقابل كهرباء النحاس/النحاس إلى احتمال كبير للتآكل النشط.

وتوفر قياسات مقاومة التكافل معلومات إضافية عن خطر التآكل، ويشير انخفاض القدرة على المقاومة إلى ارتفاع مستوى السلوك الأيوني في الحل الأهم، الذي يدعم التآكل السريع بدرجة أكبر، ويشير إلى أن المقاومة دون 100 أوم/م تشير عموما إلى خطر التآكل الشديد، في حين تشير القيم التي تزيد عن 500 أوم/م إلى انخفاض المخاطر.

ويمكن لمقاومة الاستقطاب الخطي والتصوير الكهروكيميائي أن يُحدِّد معدلات التآكل كمياً، وإن كانت هذه التقنيات تتطلب معدات وتفسير أكثر تخصصاً، فهي قيمة لتقييم فعالية عمليات الإصلاح ورصد التآكل بمرور الوقت.

الاختبارات المدمرة وتحليل المواد

وعند الحاجة إلى إجراء تقييم مفصل، يمكن تحليل العينات الأساسية وحانات التعزيز المستخرجة في المختبر، ويحدد تصنيف محتوى الكلوريد عمق تغلغل الكلوريد مقارنة بالتدعيم، ويقاس عمق الكربون باستخدام مؤشر الفينولتاليين على أسطح الكسور الخرسانية الجديدة، ويكشف الفحص المميتليغرافي للحانات المستخرجة عن عمق شديد، وخسارة في القطع، وعلامات الهيدروجين المحتملة.

وتوفر هذه الأساليب بيانات كمية لنموذج وتصميم حياة الخدمات ولكنها محلية ومدمرة، ويفضي الاختيار الاستراتيجي لمواقع أخذ العينات استنادا إلى اختبارات سابقة غير مدمرة إلى أقصى حد ممكن إلى المعلومات المكتسبة مع التقليل إلى أدنى حد من الضرر الذي يلحق بالهيكل.

التدابير الوقائية واستراتيجيات الإصلاح

الوقاية من المواد

وتقضي التعزيزات المقاومة للكوروسيون على طريقة الفشل الأولي، فالتعزيز اللاصدري للصلب الذي لا يطاق عادة الصفوف 304L أو 316L، يوفر مقاومة أعلى للتآكل الناجم عن الكلوريد، ويحدَّد للهياكل الحرجة في البيئات العدوانية، ويقابل ارتفاع التكلفة الأولية حياة خدمات ممتدة بشكل كبير وانخفاض الصيانة.

فالتعزيز المكثف للثورة يوفر حاجزا ماديا بين الفولاذ والبيئة الملموسة، غير أن تطويع العيوب عند قطع الأشجار أو الركود أو معالجة الضرر يمكن أن يضر بالأداء، فالتعزيزات التي تُستخدم في الزنك (المغلفة) توفر حماية حقيقية للصلب، رغم أن أداءها في الخرسانة العالية بالكلوريدات يتطلب تقييما دقيقا.

إن تعزيز البوليمر المقوى على التحرر من التآكل كلياً بالاستعاضة عن الفولاذ بالمواد غير المعدنية، وفي حين أن الجبهة لا تضاهي، فإن لها خصائص ميكانيكية مختلفة، بما في ذلك انخفاض مستوى المرونة والسلوك الساخر الذي يؤثر على التصميم الهيكلي.

التصميم والتنسيب

انخفاض نسب المياه إلى الخياطة، حيث تقل عادة عن 0.40 في حالة التعرض الشديد، وتخفض من القابلية للتأثر، وبطء التراجع في كلوريد، والمواد السماوية التكميلية مثل رماد الذبابة، والرق، وجهاز السيليكا الصمام، وزيادة القدرة الملزمة لكلوريد، وقد أضافت عوامل التآكل إلى الخليط الخرساني، مثل النيتريسيوم، وتأخير التآكل بفعل الكلوريد.