كان تعزيز الفولاذ اختراعًا ثوريًا في القرن التاسع عشر. توفر قضبان الفولاذ القوة، مما يسمح بهياكل طويلة معلقة وألواح أرق وأقل دعماً. وبما أن كمية أقل من الخرسانة مطلوبة لصب هذه الألواح، فإن أوقات البناء تنخفض بشكل كبير. لكن هل تعرف إلى أي مدى يدوم الخرسانة المسلحة؟
توقع المهندسون في أوائل القرن العشرين أن تدوم هياكل الخرسانة المسلحة لفترة طويلة جدًا، ربما 1000 سنة. في الواقع، فإن عمرها يتراوح بين 50-100 سنة، وأحيانًا أقل.
ما هي الخرسانة المسلحة؟
الخرسانة مادة مركبة، مصفوفة من الأسمنت مدعمة بالركام، تعمل جيدًا في الضغط ولكن ليس في الشد. يمكن حل هذه المشكلة بصب الخرسانة السائلة حول قضبان فولاذية صلبة مربوطة معًا لتشكيل قفص.
عندما تتصلب الخرسانة حول القضبان، نحصل على مادة مركبة جديدة تسمى الخرسانة المسلحة، وتعرف أيضًا بالخرسانة الأسمنتية المسلحة أو RCC، والتي تعمل جيدًا في الشد أو الضغط: الخرسانة تقاوم الضغط، مما يوفر قوة ضغط. وعلى النقيض من ذلك، يقاوم الفولاذ الانحناء والتمدد، مما يوفر قوة شد. في جوهرها، تستخدم الخرسانة المسلحة مادة مركبة داخل أخرى: الخرسانة تعمل كمصفوفة، بينما توفر قضبان أو أسلاك الفولاذ التعزيز.
قضبان الفولاذ، المعروفة أيضًا باسم حديد التسليح أو اختصارًا rebar، عادةً ما تُصنع من خيوط ملتوية ذات نتوءات أو حواف تثبتها بقوة داخل الخرسانة دون انزلاق.
نظريًا، يمكننا استخدام أي مادة لتقوية الخرسانة. يُستخدم الفولاذ عادةً لأنه يتمدد ويتقلص تقريبًا بنفس مقدار الخرسانة في الحرارة والبرودة، مما يعني أنه لن يتسبب في تشقق الخرسانة المحيطة به كما قد يحدث مع مادة أخرى إذا تمددت أكثر أو أقل. تُستخدم مواد أخرى، مثل بعض أنواع البلاستيك، أحيانًا. (المصدر: Explain That Stuff)
الشقوق في الخرسانة
الشقوق هي آخر ما تريد رؤيته في مبنى أو جسر خرساني، خاصةً إذا كان حديثًا نسبيًا. ولكن، إذا كانت هياكل الخرسانة تعود إلى العصور الرومانية، فكيف يمكن لبعض الجسور الخرسانية، ناطحات السحاب، والهياكل الأخرى التي بُنيت قبل بضعة عقود فقط، في أواخر القرن العشرين، أن تتدهور بالفعل؟
هناك عدة تفسيرات محتملة. الخرسانة الرومانية القديمة، من نوع البوزولان المصنوعة من الرماد البركاني، تتشقق أقل من أشكال الخرسانة الحديثة، وكانت تُستخدم أساسًا في الضغط، لذا حتى إذا تشكلت شقوق، فإن احتمال انتشارها كان أقل. نظرًا لأن الخرسانة المسلحة تُستخدم غالبًا في الشد، فإنها تحتوي على حديد تسليح. ومع ذلك، كما رأينا، يمكن أن تتشقق ما لم تُجرَ عليها عملية شد مسبق.
يفشل الخرسانة الحديثة بسبب حالة تُعرف عاميةً بـ«سرطان الخرسانة» أو «مرض الخرسانة»، والتي تشمل ثلاث قضايا مترابطة. أولاً، تتفاعل القلويات في الأسمنت مع السيليكا في الركام المستخدم لصنع الخرسانة. هذا يسبب نمو بلورات جديدة ببطء شديد داخل الخرسانة، حيث تحتل مساحة أكبر من البلورات الأصلية، مما يؤدي إلى تشقق الخرسانة من الداخل إلى الخارج أو تقشرها عن السطح، مما يسمح بدخول الماء من الخارج.
أي ماء يدخل إلى هيكل، مثل جسر طريق سريع، قد يكون قلوياً بسبب الأملاح المستخدمة لمعالجة الطريق في الشتاء. المشكلة الثانية هي أن الماء الذي يتسرب سيتلامس في النهاية مع قضبان التسليح الفولاذية داخل الخرسانة، مما يسبب صدأً وتآكلاً لها، وقد يتوسع مسبّباً ضعفاً هيكلياً مميتاً.
البقع البنية القذرة على الخرسانة التي تُسمى سرطان غالباً ما تكون ناتجة عن ماء ملوث بالصدأ يتسرب عبر الشقوق. المشكلة الثالثة هي أن الماء المتسرب داخل الخرسانة عبر الشقوق يمكن أن يتجمد في الشتاء، مما يجعله يتمدد ويسبب أضراراً جديدة تسمح بدخول المزيد من الماء، مما يؤدي إلى حلقة مفرغة من الانحلال والتدهور. (المصدر: Explain That Stuff)
الصورة من iStock
