يعد القيام بعملية البناء وتجنب هجوم الكبريتات في منطقة بها كبريتات في الأرض تحديًا حقيقيًا. يمكن تحقيق المقاومة ضد الكبريتات في الهياكل بوسائل مختلفة سيتم مناقشتها في هذه المقالة.
إن معرفة العوامل التي يجب مراعاتها أثناء التصميم والبناء أمر مهم جدًا للمهندسين لإنشاء هيكل دائم وآمن.
دعونا نناقش الأشياء الصغيرة ولكن من المهم الحصول على المعرفة ...
ما هي مصادر الكبريتات؟
يمكن أن توجد الكبريتات في التربة والمياه الجوفية. يمكن أن توجد بسبب الأسباب التالية.
- بشكل طبيعي
- نفايات من صناعة الكيماويات والتعدين
- النفايات الصناعية السائلة
- مياه البحر
يعد وجود الكبريتات في مياه البحر أمرًا شائعًا إلى حد ما ولا يتم ملاحظة الأشكال الأخرى من المصادر دائمًا.
كيفية التعرف على الكبريتات؟
تختلط الكبريتات في الماء حتى لو كان الماء مختلط بالتربة عندما يكون منسوب المياه الجوفية ملامسًا لمثل هذه التربة.
من الممارسات الشائعة إجراء فحص التربة قبل التصاميم الإنشائية للحصول على معلمات التربة وللحصول على نوع الأساس مع بيانات التصميم الجيوتقني.
ومع ذلك، كما لوحظ، في بعض الأحيان، لا يميل المهندسون إلى اختبار المياه الجوفية للتأكد من عدم وجود مواد ضارة تؤثر على متانة الخرسانة على الرغم من أنه اختبار مهم للغاية يجب القيام به.
ما هو هجوم الكبريتات؟
هجوم الكبريتات هو تفاعل أيونات الكبريتات مع الخرسانة وإنتاج تشكيل جديد داخل الخرسانة.
نتيجة لذلك، يتم إنشاء مزيج من التركيبات الكيميائية وتميل إلى زيادة الحجم الداخلي للخرسانة مما يؤدي إلى ضغوط داخلية.
مثل هذه التوسعات (زيادة الحجم) تسبب التصدع، وفقدان قوة الخرسانة، وفقدان خصائص المرونة، وما إلى ذلك.
علاوة على ذلك، يمكن تعريف هجوم الكبريتات على أنه طريقة أخرى لتدهور الخرسانة. يعتمد مستوى الضرر على محتوى الكبريتات التي يتعرض لها الهيكل.
بشكل أساسي، يمكن تحديد ثلاث مراحل من هجمات الكبريتات.
- تكوين إترينجيت
- تكوين الجبس
- تفاعل أيونات المغنيسيوم
تكوين إترينجيت
إنه مصطلح شائع تمامًا وهو تكوين الإيترينجيت المتأخر في الخرسانة بسبب ارتفاع درجة الحرارة إلى ما بعد 70 درجة مئوية (الحد العام) في عملية الإماهة.
نفس التكوين يكون مماثل عند هجوم الكبريتات أيضًا.
دعونا نحدد النقاط الرئيسية لتشكيل الإيترينجيت.
- تتفاعل أيونات الكبريتات التي يتم إدخالها في الخرسانة مع هيدرات ألومينات الكالسيوم وتشكل هيدرات سلفو-ألومينات الكالسيوم والتي تسمى أيضًا Ettringite ، 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O
- هذه المادة مشتتة ومتمددة.
- الحجم الصلب أكبر من الحجم الأصلي.
- تنمو على شكل بلورات حلقية لا تعد ولا تحصى - على شكل إبرة.
تكوين الجبس
- قد تتفاعل أيونات الكبريتات (SO42-) مع هيدروكسيد الكالسيوم Ca (OH) 2 ويتكون الجبس، ويعرف الجبس أيضًا باسم ثنائي هيدرات كبريتات الكالسيوم CaSO4.2H2O.
- يزيد تكوين الجبس من الحجم الأصلي ونتيجة لذلك تتشقق وتفقد الخرسانة خصائص المرونة.
التفاعل مع أيونات المغنيسيوم
- سيكون هناك تفاعل إذا كانت أيونات المغنيسيوم مصحوبة بالكبريتات.
- تتفاعل أيونات المغنيسيوم مع هيدروكسيد الكالسيوم وتنتج البروسيت المعروف أيضًا باسم هيدروكسيد المغنيسيوم ، Mg (OH) 2 ، وهو منخفض الذوبان ويتراسب مما يؤدي إلى زيادة الحجم الصلب.
- بالإضافة إلى أن أيونات المغنيسيوم تتفاعل مع هيدرات سيليكات الكالسيوم وهي مادة الترابط الرئيسية في الخرسانة المتصلبة ويسبب فقدان الخصائص المرنة للخرسانة.
ماذا يحدث إذا هاجمت الكبريتات الخرسانة؟
- إزالة الكلس
إزالة الكلس هو تحلل سيليكات الكالسيوم المائي. إنها المادة التي تحافظ على الرابطة الرئيسية.
سيؤثر هذا التفاعل على الخصائص المرنة بشدة مما يؤدي إلى فقدان قوة العناصر الهيكلية.
- زيادة الحجم الداخلي
سيزداد الحجم الداخلي للخرسانة عندما تتفاعل الكبريتات لتكوين الإيترينجيت والجبس الذي يشكل البلورات. ستتولد إجهادات توسعية داخلية.
- تشقق الخرسانة
عندما يتجاوز الضغط الداخلي قوة الشد للخرسانة، تبدأ الخرسانة في التصدع. في البداية، قد لا تكون هذه الشقوق مرئية حتى تصل إلى مستوى السطح.
- تآكل حديد التسليح
يمكن أن يؤدي تطوير الشقوق حتى مستوى السطح إلى تعرض التسليح إلى البيئة الخارجية مما يتسبب في تآكل وصدأ حديد التسليح.
كيفية بناء هيكل دائم ومتين مقاوم للكبريتات
يمكن تصميم الهيكل لمقاومة هجمات الكبريتات. حيث لا يمكننا نقل الهيكل إلى مكان آخر وبدلاً من ذلك، مع تدابير السلامة اللازمة، يمكن القيام بالتصميم والبناء.
يمكن تحديد هذه الخطوات في هذه العملية.
- التصميم وفقًا لأحكام الكود
- تعديل الأسمنت
- حماية الهيكل خارجيًا
التصميم لمقاومة الكبريتات وفقًا لأحكام الكود
تهتم معايير البناء الحديثة بشكل أكبر بمتانة الهيكل. هناك أحكام خاصة لاختيار المواد وخاصة الأسمنت.
دعنا نتعرف على كيفية تحقيق مقاومة ضد الكبريتات بالأسمنت والماء.
- يحد المعيار البريطاني BS EN 1008: 2002 من محتوى الكبريتات في ماء الخلط للخرسانة إلى 2000 مجم / لتر.
يمكن التحقق من ذلك أثناء فحص التربة. يمكن اختبار الماء لمعرفة ما إذا كان ضمن الحد المسموح به.
- اختيار محتوى الأسمنت، رتبة الخرسانة، إلخ بناءً على حالة التعرض
يجب أن يتوافق الهيكل الذي تم بناؤه في بيئة كيميائية عدوانية مع العديد من متطلبات كود التصميم.
BS 8500-1: 2015 + A1: 2016 هو أحدث كود متاح لاختيار نوع الأسمنت وفقًا لمتطلبات المتانة.
- حدد البيئة الكيميائية العدوانية لفئة التعرض للخرسانة (فئة ACEC) من الجدول A2 اعتمادًا على محتوى الكبريتات المتاح وأي شيء آخر.
- يمكن تحديد الغطاء الخرساني للتسليح من الجدول A10 ويمكن استخدام نفس الجدول للعثور على فئة DC الخرسانة المصممة.
- يمكن الحصول على القيم المحددة لتكوين وخصائص الخرسانة لكل فئة DC من الجدول A12. يمكن اختيار الحد الأقصى لنسبة الماء إلى الأسمنت، والحد الأدنى من الأسمنت أو المحتوى المركب ، ونوع الأسمنت والجمع (كما هو محدد في الجدول A6) باستخدام الجدول A12.
- بالإضافة إلى ذلك، اعتمادًا على العمر التشغيلي وفئات التعرض الأخرى، الجدول A4 و A5 سيتم تطبيقه.
تعديل الأسمنت
- من جدول A6 من BS 8500-1: 2015 + A1: 2016 حدد أنواع مزيج الأسمنت والأسمنت. تم تحديد CEM I -SR 0 و CEM I -SR 3 و CEM IIB + SR و CEM IIIA + SR و CEM IIIB + SR كمزيج من الأسمنت المقاوم للكبريتات.
- في تركيبات الأسمنت هذه، يمكن تعديل المكونات الأساسية حسب الحاجة.
- يتم الاحتفاظ بـ ألومينات ثلاثي الكالسيوم (C3A) عند الحد الأدنى لتقليل مدى التفاعل مع أيونات الكبريتات.
حماية الهيكل خارجيًا
- كخطوة أولية، عندما يكون ذلك ممكنًا، يمكن وضع أساسات الهيكل فوق منسوب المياه الجوفية. سوف يتجنب / يقلل ذلك من ملامسة المياه الجوفية لسطح الخرسانة.
- يمكن توفير غشاء عازل للماء لتجنب تعرض الهيكل للبيئة الخارجية. بشكل عام، يتم منح العزل المائي لمدة تصل إلى 10 سنوات. عندما يتم بناء الهيكل لمدة 50 عامًا، قد لا يكون هذا الحل هو الأفضل للنظر فيه. ومع ذلك، سيكون هناك حماية معينة.
- تطبيق الطلاءات الخارجية.
- توفير طبقات التضحية. يمكن زيادة سماكة الخرسانة مما يسمح بامتصاص المواد الكيميائية لطبقة التضحية. قد لا تكون هذه الطريقة قابلة للتطبيق على بعض الإنشاءات مثل خوازيق الاحتكاك حيث يجب أن يكون السطح ذا نوعية جيدة لتحمل الحمل. ومع ذلك، في مواقع أخرى مثل الأساسات العادية، يمكن تطبيق هذه الطريقة.