الاسم: ياسر النجار
الأستاذ المشرف: د.محمد مصطفى محمود

تشققات الخرسانة هي ظاهرة شائعة بسبب قوة الشد المنخفضة نسبياً؛ تؤثر هذه الشقوق على متانة الخرسانة لأنها توفر طريقًا سهلاً لنقل السوائل والغازات التي يحتمل أن تحتوي على مواد ضارة، إذا نمت الشقوق الصغيرة و وصلت إلى حديد التسليح؛ فلن تتم مهاجمة الخرسانة نفسها فحسب بل سيتآكل حديد التسليح. لذلك، من المهم التحكم في عرض الشقوق و المعالجة في أقرب وقت ممكن؛ نظرًا لأن التكاليف المترتبة على صيانة وإصلاح الهياكل الخرسانية مرتفعة عادةً. لذا يُركز هذا البحث على تطوير الخرسانة ذاتية المعالجة .إن المعالجة الذاتية للشقوق في الخرسانة من شأنها أن تسهم في إطالة عمر خدمة الهياكل الخرسانية ويجعل المادة ليست أكثر دواماً فحسب بل أكثر استدامة أيضاً. (1)

صورة توضيحية عن مراحل نمو الشق الخرساني. (2)

العمليات الطبيعية للخرسانة

يمكن للعديد من العمليات الطبيعية إصلاح الشقوق الخرسانية جزئيًا ، يمكن أن تؤدي أربع عمليات تالية إلى منع  التصدعات:

 – تشكيل كربونات الكالسيوم أو هيدروكسيد الكالسيوم (calcium carbonate or calcium hydroxide).

 – الشوائب الموجودة بالماء .

 – ترطيب الأسمنت غير المتفاعل أو المواد الأسمنتية.

 – تضخم المواد الأسمنتية المائية في جوانب  الشقوق (swelling of calcium silicate hydrate gel).

في كثير من الحالات، يمكن أن تحدث أكثر من واحدة من هذه العمليات أو جميعها  في وقت واحد. في الواقع، يمكن لمعظم هذه الآليات ملء مدخل بعض التشققات جزئيًا ولا يمكنها ملء الشقوق تمامًا.

لكن سيكون هذا مفيدًا لمنع تطور التشققات أو منع الاختراق العميق للمواد الكيميائية الضارة مثل الأحماض. (3)

صورة توضيحية عن  إضافة فائض طفيف من هيدروكسيد الكالسيوم إلى الخرسانة، فإنه يؤدي عملية إصلاح ذاتي المنشأ في شقوق صغيرة. (4)

تطوير المعالجة الذاتية

إنَ الهدف النهائي هو تطوير المواد الخرسانية التي تُراقب وتُنظم وتتكيف وتُصلح باستمرار دون أي تدخل خارجي. هذه الخرسانة ذاتية الشفاء سوف تنقذ الأرواح والموارد، وتقلل إلى حد كبير انبعاثات الكربون في دورة الحياة. يكمن مجال البحث الجديد والواعد في دمج الإضافات المعدنية والكيميائية النانونية في الخرسانة. قد يضيف هذا خصائص جديدة، مثل الأداء الميكانيكي المحسّن والمتانة، أو التنظيف الذاتي. يشعر بعض الباحثين بالإثارة من احتمال إضافة الجرافين (Graphene)  إلى الخرسانة، مما قد يؤدي إلى توفير هذه الخصائص الجديدة وحتى التخلص من مشكلة تآكل حديد التسليح، وهي أكبر وأغلى مشكلة تدهور في الخرسانة .

توصل الباحثون في جامعة غينت (Ghent University) في بلجيكا إلى عدة خيارات تحقق للخرسانة الشفاء الذاتي، الإصلاح البكتيري أحد تلك الخيارات. مثل بازيليس (Basilisk) ، قام الباحثون في جامعة غينت بوضع البكتيريا في كبسولات دقيقة أو مجهرية، حيث قد تبقى على قيد الحياة لمئات السنين، في حين أنها لن تدوم طويلاً عند إدخالها في خليط الخرسانة مباشرةً .

 لكنهم يبحثون أيضا في استخدام هذه الهلاميات المائية بحيث تنتفخ هذه المواد عندما تدخل المياه إلى الخرسانة؛ فتغلق الشقوق جزئياً بعد ذلك سوف يوفر الجل السائل إلى المصفوفة المحيطة المعالجة الداخلية، ويعطيها مزيد من الترطيب وترسيب كربونات الكالسيوم. بهذه الطريقة، قد تغلق الشقوق تمامًا.

 بدلاً من ذلك، يمكن استخدام البوليمرات المغلفة  (encapsulated polymers) في الخرسانة ذاتية الشفاء. عندما يظهر شق، تنكسر الكبسولات ويصدر المحتوى، وبسبب الخاصية الشعرية، سوف يتدفق المحلول إلى الشق. بعد التفاعل، ترتبط جهتي الشق معاً وبذلك يُعالج الشرخ الموجود.

 ومن بين البوليمرات المستخدمة:

 البولي يوريثا (Polyurethane) ، ميثيل ميثاكريلات(methyl methacrylate) ، عوامل طاردة للماء والبوليمرات المرنة، وهذا يعتمد على الهدف الأساسي المتمثل في إصلاح التصدعات: الحد من نفاذية المياه، استعادة القوة، المنظر الجمالي أو الختم الفعال للتصدع.

ويمكن أيضاً الحصول على شكل من أشكال الخرسانة ذاتية الشفاء من خلال إضافة خبث الرماد المتطاير (fly-ash) أو خبث الفرن العالي (blast-furnace slag)  إلى خليط الخرسانة. (5)

الهوامش

1-Ghent University
2-The helpful Engineer
3-Bio based press
4-Reasearch grate
5-Ghent University
6-bio based press

المراجع

Ghent University –

https://www.ugent.be/ea/structural-engineering/en/research/magnel/research/research3/selfhealing?fbclid=IwAR2c-UhlROYIOrF_zCdVbcprNmXL9lP-NxNtJsEgbHPyobO48U-PfRg7w8c

-The helpful Engineer

http://thehelpfulengineer.com/index.php/2010/10/carbonation-of-concrete-corrosion/

-bio based press

https://www.biobasedpress.eu/2018/02/self-healing-concrete/

-Reasearch gate

https://www.researchgate.net/publication/260988558_A_Review_of_Self-healing_Concrete_Research_Development