اعزائي مهندسين العرب ... شكرا لكم يا روعة .. يا قمة .. استفدت كثيرا من هذا الموقع واعتقد انه ان لي ان افيد بعض الشي ..
ابدأ بموضوع لم اجد الكثير تطرق اليه

هندسة مدنية – صدأ حديد التسليح
مفاهيم , وتحقيقات وترميم
من المشاريع التي اباشر الاشراف عليها حاليا , دراسة كوبري الشاحنات الخرساني واعداد خطة اصلاح للصدأ المستفحل فيها
المقدمة
الخرسانة المسلحة مادة بناء سهلة متعددة الاغراض واقتصادية, يمكن تشكيلها للعديد من الاشكال والتشطيبات ,عادة هي مادة معمرة , وتخدم بصورة جيدة في فترة عمرها الافتراضي , في بعض الاحيان تفشل الخرسانة في اداء مهامها بالصورة المطلوبة نتيجة للتصميم الغير محكم أو التنفيذ الغير جيد أو لتعرضها لظروف جوية اقسى من اعتبارات التصميم أو خليط من هذه العوامل .
إن الصدأ في المنشاءت الخرسانية يشكل تحديا من اكبر التحديات لنا معشر المهندسين المدنيين , حيث اصبحت هناك العديد من المنشاءات الهرمة والتي بدأت بالتداعي , في الشرق الاوسط وبالذات دول الخليج الضروف القاسية والمناخ الحار البحري والمياه الجوفية المالحة ادت لتقليل حياة المنشاءات الخرسانية , لا تتعدى الخمس وعشرون سنه في حين تصل للمأة سنه في كثير من مناطق العالم .
وفي فورة العمران بالسودان فان عوامل كقلة جودة الخرسانة وقلة سماكة الغطاء الخرساني قد تؤدي لمشاكل ( تكربن ) الخرسانة Carbonation
أصبح الصدأ جزأ من الواقع منذ بدأ الانسان بحفر واستخراج خامات المعادن من الجبال وجوف الارض والصحارى , ومن ثم قام باذابتها وتنقيتها لينتج المعادن المختلفة التي نقوم باستخدامها في بصورة واسعة في مجالات التعمير المختلفة , حالما ينتهى الانسان من تنقية المعادن المختلفة تبدأ الطبيعة بعكس العملية وتقوم المواد المعدنية النقية بالتفاعل مع المواد غير المعدنية في البيئة وتشكل الأكسيدات، كبريتات، كبريتيد، كلوريدات الى اخره , وتصبح مواد ذات خصائص فيويائية وكيميائية مختلفم من المواد الاصلية المنقاة ,
تصرف مليارات الدولارات سنويا على الانابيب والجسور حينما تفشل نتيجة تشكل الصدأ فيها ولعل التفسير الاخير لسقوط مكوك الفضاء الامريكي في عام 86 م هو تشكل صدأ في الجناح الايسر " صدأ فشل في رصده اضعف الجناح الايسر لمكوك الفضاء كولومبيا , ربما يكون هو حلقة الوصل المفقودة في التحقيقات " (هوستن) عالم فضاء فبراير 2003
لكن الصدأ في المنشاءات الخرسانية عملية في غاية البطئ وعادة من السهل الكشف عليها قبل ان تحدث مأسي وكوارث ووفيات , على كل حال فان الحقيقة الثابتة هى ان الصدا في المنشاءات الخرسانية يعتبره الكثيرون اكبر مشكلة تواجه الدول الصناعية , ان منشاءتنا من جسور ومرافق عامة ومداخن مصانع ومصانع تشيخ وتكبر وتصدأ , بعضها يمكن استبداله وبعضها الاخر سيسبب مشكلة كبير لو اوقف استعماله لعل اوضح مثال محطات الطاقة وكيف تصبح العديد من الانشطة الحيوية متعلقة بها .
في دول الشرق الاوسط ادى استخدام المياه المالحة في الخلطات الخرسانية وكان الاعتقاد السائد في الستينات ان الاملاح تستهلك بالكامل في التفاعل مع معجون الاسمنت ولكن تبين ان ذلك كان خطأ مكلفا , في مطلع عام 200 عملت في مشاريع صيانه لمعسكرات قوات نظامية في الشرق الاوسط وكان تهالك الخرسانات مستفحلا في الكثير من الماني التي لم يتجاوز عمرها ال30 سنه حينها.
الشرق الاوسط عموما منطقة متوسطة الحرارة في حين تعاني الكثير من الدول الغربية والاروبية من تكون الجيلد على الشوارع وتعمل على اذابته بنثر الملح عليه وعندما يذوب الثلخ يكون ماءا مالحا يشكل عاملا من اكبر العوامل لصدأ الحديد , " الحماية السالبة القطب Cathodic Protection" تم استحداثها لاول مرة عام 1970 في الولايات الامريكية المتحدة ,
في الفصلين القادمين بعد المقدمة ابحر في اساسيات الصدأ في حديد التسليح في محاولة للتعمق بدأ من نقطة عامة بدون الحاجة لتذكر الكثير من اصول الكيمياء

2.الفصل الثاني : صدأ الحديد في الخرسانة المسلحة Corrosion of steel in concrete


يغطي هذا المبحث اساسيات الصدا وكيف تسري على الخرسانات , لماذا يصدأ الحديد في الخرسانة , لعل السؤال الاصح هو لم لا يصدأ الحديد المستعمل في تسليح الخرسانة , ندرك من خبراتنا اليومية ان الحديد المطوع والمقسى يصدأ اذا وضع في جو رطب ويتوفر فيه الاوكسجين , وبالرغم من ان الخرسانة بها الكثير من المسامات والرطوبة فان حديد التسليح غالبا ما لا يصدأ فيها , الاجابة هي قاعدية الخرسانة , القاعدية هي النقيض للحامضية , المعادن تصدا في الاوساط الحامضة في حين انها تحمى منه في الاوساط القاعدية او القلوية , حينما نطلق على الخرسانة صفة القلوية فما نعنيه هو انها تحتوي على مسامات مجهرية في غاية الصغر وتحتوي هذه المسامات على تركيز عالي من مواد قابلة للذوبان مثل اكسيد الكالسيوم , اكسيد الصوديوم واكسيد البوتاسيوم , هذه الاكسيدات تشكل هيدوكسيدات حينما تذاب في الماء ولها قاعدية عالية جدا ويكون الاس الهيدوجيني لها 12- 13 ph .


أن المياه المسامية وحركة الغازات والايونات في مسامات الخرسانة لها دور كبير في دراسة منشاء ما وسهولة تاثره بالصدأ كما سافصل في الفصل الثالث .


الوسط القاعدي الذي توفر الهيدوركسيدات يشكل طبقة حماية لسطح حديد التسليح تسمى Passive layer . وهي عبارة عن طبقة رقيقة منيعة ضد الاختراق تصين نفسها اليا , وتعزل الحديد من الاوكسجن اللازم لتفعيل عملية الصدأ , هناك جدل في هل نعتر هذه الطبقة Passive layer ام لا , ومنبع الجدل كون الطبقة مكونة من معادن من الخرسانة ومعادن من الحديد ذاته وكما ان الطبقة الحامية في الخرسانة المسلحة اسمك من بقية الطبقات الحامية " باسف لاير" وسواء اعتبر " باسف لاير " ام لا فانها تقوم بنفس مهمة الطبقات الحامية وعليه سادعوها في مبحثي هذا ب Passive layer .


قام المهندسون والمختصون ببذل الكثير من الجهد في محاولة اكتشاف طرق لحماية الحديد من الصدأ بتغطيته ب طبقات حماية فقامو باستخدام معادن كالزنك ومركبات كيميائية كالاكلريكات-- acrylics والايبوكسي- epoxies- لتشكيل طبقة حماية لحديد التسليح .


إن ما يحلم به مهندسو الصدأ هو الحصول على تلك الطبقة الحامية " باسيف لاير" والتى تكون وتحمي وتصين نفسها شرط المحافظة على قاعدية الوسط , هذه الطبقة افضل بمراحل عديدة من استخدام طلاء المعادن او الابيوكسي , لان الطلاء لا يحمي نفسه ويكفى ان يتضرر السطح كي يفقد مفعوله الحامي ويسمح للصدأ بالتكون في مناطق الضرر, على كل حال فان الحصول على طيقة حماية " باسيف لاير" دائمة ليس بالامر الممكن دائما , هناك عمليتان يمكن ان تقلل قاعدية الخرسانة والتالي تلغى طبقة الحماية , احدهما هو " التكربن " والاخر هو هجوم الكلوريد , سيتم تفصيل كل منهما لاحقا ,


الان لنرى ماذا يحدث عندما تفقد الخرسانة طبقة الحماية Depassivation


طيب اواصل في البوست القادم

مشكور بارك الله بك
وننتظر منك الجديد ان شاء الله

تابع الفصل الثاني : صدأ الحديد في الخرسانة المسلحة
2.1 – عملية التاكل
حالما تكسر الطبقة الحامية يبدأ الصدأ بالظهور والتفاعل الكميائي واحد سواء حدث التاكل بسبب الكلوريد او بسبب الكربون , هناك العديد من الطرق لتكون الصدا , في مبحثي هذا اعتمد بعض المعادلات المبسطة , تبدأ العملية بذوبان جزئ الحديد في الماء وفقدانه لزوج الكترونات مكونا ايون حديد ثنائي القطبية الموجبة

Fe0 = Fe2+ + 2e-

الاكترونات المنبعثة من هذا التفاعل تسعي للاستقرار وتبحث عن عناصر تتحد معها فتجد الماء والاكسجين وتتحد لتكون ايون الهيدوكسيد السالب الحر والذي يزيد من قاعدية الوسط

2e- + H2O + 1/2O2 = 2OH-

, هذه المرحلة هي مرحلة الصدأ ذلك اللون البني القاتم الذي نراه على حديد التسليح , ان المرحلة الاولى من عمليى التاكل لا تؤدي لتكون الشقوق وتصدع الخرسانة , هناك مراحل تاليه تؤدي لذلك , لكن هذا الجزء من التفاعل مهم للمبحث لانه الاساس الذي ساعتمد عليه في كثير من طرق الحماية المزمع شرحها .
المرحلة الثانية هي اتحاد ايوني الهيدروكسيد السالب مع كاتيون الحديد الموجب ليتكون هيدروكسيد الحديد الثنائي

Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2


هيدروكسيد الحديد الثنائي يشكل طبقة تكسو الحديد النقي وهي ذات أس هيدروجيني 9.5 تقريبا ولونها الاساسي ابيض الا انها تتحول للون الاخضر المسود نظرا للاكسدة الاولية التى تطرأ عليها تتفاعل اربع ذرات هيدروكسيد الحديد الثنائي مع ذرتي الماء وجزئ أوكسجين ليتكون هيدروكسيد الحديد الثلاثي


Fe(OH)2 + O2 + 2H2O -> 4Fe(OH)3

هيدروكسيد الحديد الثلاثي المائي يتراوح لونه ما بين البرتقالي و البني المحمر ويشكل الصدأ اغلب الصدأ المعروف حيث تتحد ذرتا هيدروكسيد الحديد الثلاثي لتكونا ذرة هيدروكسيد الحديد الثلاثي مشبع

Fe(OH)3 =Fe2O3.H2O + 2H2O

يبلغ حجم هيدروكسيد الحديد الثلاثي غير المشبع حوالي ضعفي حجم الحديد الذي يستبدله وعندما يشبع يزادا حجما وهشاشة , هذا يؤدي لزيادة سطح التلامس بين الحديد والخرسانة من 2 – 10 مرات , في هذه المرحلة تتشقق الخرسانة وتتكسر بصورة ملحوظة وتكشف عن مادة طبقية هشة كما اوضحنا عاليه , تكسر الخرسانة وتشققها سيتم التفصيل فيها لاحقا , ان حركة الالكترونات من توليدها واستهلاكها في كل من القطب الموجب والسالب يستفاد منها في Half Cell Potential Measurement كما تعد الاساس الذي بنيت عليه ال Cathodic Protection . ساقوم بالتفصيل المناسب لكل منهما في الفصول القادمة ان شاء الله .