معالجة وإصلاح تآكل الخرسانة وصدأ حديد التسليح وتدعيم الأعمدة بألياف الكربون CFRP

في الغالبية العظمى من الحالات، لا يتطلب الأمر إزالة العنصر الإنشائي بالكامل إذا تم التدخل في الوقت المناسب. إذا أظهر الفحص الهندسي أن سيخ الحديد ما زال يحتفظ بأكثر من 80% من مقطعه الفعال الأصلي، فإن بروتوكول المعالجة المعتمد يقتضي تفريغ الخرسانة المتضررة حول السيخ بمسافة 20 ملم، وسنفرته ميكانيكياً حتى المعدن الأبيض، ودهانه ببرايمر إيبوكسي غني بالزنك، ثم إعادة ملء المقطع بمونة بوليمرية خالية من الانكماش. أما إذا تجاوز التآكل 20%، فيتم زرع أسياخ حديد تعويضية بإيبوكسي إنشائي معتمد وفق كود البناء السعودي SBC 304 دون الحاجة لهدم العمود أو الجسر.

السبب المباشر هو ظاهرة كربنة الخرسانة (Carbonation) أو نفاذ أيونات الكلوريدات الناتجة عن الرطوبة والأملاح. عند تفاعل ثاني أكسيد الكربون مع هيدروكسيد الكالسيوم داخل الخرسانة، تنخفض درجة القلوية (pH) من 12.5 إلى أقل من 9، مما يدمر الغشاء الخامل الذي يحمي الحديد طبيعياً. عندما يتأكسد الحديد ويصدأ، يتمدد حجمه بمقدار 4 إلى 6 أضعاف حجمه الأصلي، مولداً ضغطاً داخلياً هائلاً يفوق مقاومة الخرسانة للشد، فيؤدي ذلك إلى تشقق الغطاء الخرساني وانفصاله وسقوطه.

يتم استخدام شرائح وأقمشة ألياف الكربون (CFRP) عندما تظهر الحسابات الإنشائية عجزاً في قدرة العمود أو الكمرة على تحمل الأحمال التصميمية الحالية، سواء نتيجة فقدان جزء من مقطع حديد التسليح بسبب الصدأ، أو عند الرغبة في زيادة الأحمال التشغيلية للمبنى (مثل إضافة طابق أو تغيير استخدام العقار). تمتاز ألياف الكربون بقوة شد تفوق الفولاذ بـ 7 إلى 10 أضعاف، وتتميز بخفة وزنها وسماكتها المليمترية التي لا تقلص المساحات المعمارية لمواقف السيارات أو الغرف.

المونة الإسمنتية التقليدية تعاني من انكماش جفافي مرتفع (Drying Shrinkage) يؤدي لظهور شروخ شعرية دقيقة تفصل المونة الجديدة عن الخرسانة القديمة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الإسمنت العادي لا يحتوي على بوليمرات مانعة للنفاذية ولا يمنع تجدد الرطوبة. الأسلوب الهندسي المعتمد يشترط استخدام مونة إسمنتية بوليمرية معدلة (Polymer-Modified Mortar) غير قابلة للانكماش وذات قوة التصاق تتجاوز 2.5 ميجا باسكال، مع ضرورة تطبيق مادة رابطة إيبوكسية أو بوليمرية (Bonding Agent) بين السطحين.

التعشيش الخرساني (Honeycombing) هو وجود فجوات وحصويات غير مغلفة بالمونة نتيجة ضعف الدمك أو تسرب روبة الإسمنت من الشدة الخشبية. وتتم معالجته هندسياً بإزالة كافة الحصويات الضعيفة السائبة ميكانيكياً، وتنظيف الفجوة بالهواء المضغوط، ثم دهان مادة الربط، وتعبئة الفراغ بمونة جراوت إسمنتي عالي السيولة وغير قابل للانكماش (Non-shrink Grout) أو مونة إيبوكسية، مع المعالجة بالرطوبة لضمان عدم حدوث شروخ فاصلة.

في معظم المشاريع التي تشمل معالجة الأعمدة المفردة، الأسقف الجزئية، أو الكمرات المعزولة، يتم تنفيذ العمل دون الحاجة لإخلاء المبنى؛ حيث نعتمد على تركيب أبراج إسناد هيدروليكية مؤقتة لتفريغ الأحمال بأمان، واستخدام معدات تكسير دقيقة ومنخفضة الاهتزاز مع شفاطات غبار متطورة. الإخلاء المؤقت يقتصر فقط على الحالات الإنشائية الحرجة التي تتضمن تآكلاً متزامناً لأكثر من 40% من أعمدة الطابق الأرضي الحاملة للمبنى.

تخضع أعمال الترميم لعدة اختبارات فنية موثقة: اختبار الكربنة باستخدام كاشف الفينولفثالين لتحديد عمق تغلغل الحموضة، اختبار قوة التصاق المونة المرممة بالخرسانة القديمة (Pull-off Adhesion Test)، فحص صلابة الخرسانة باستخدام مطرقة شميدت (Schmidt Hammer)، ومسح بالموجات فوق الصوتية (UPV) للتحقق من خلو المقطع من أي فراغات هوائية داخلية، مع تسليم العميل تقريراً هندسياً مصوراً كاملاً.

تستغرق معالجة العمود الخرساني الواحد عادةً ما بين 3 إلى 5 أيام عمل وفق تسلسل زمني هندسي لا يقبل الاستعجال: يوم لتركيب الدعامات المؤقتة وتكسير الخرسانة التالفة وتجهيز الحديد، ويوم للمعالجة الكاثودية وبرايمر الزنك وزرع الحديد التكميلي، ويوم لتطبيق مادة الربط وصب المونة البوليمرية وإحكام القالب، ويومان للمعالجة الرطبة وتطبيق الطلاء الواقي الكربوني المانع للنفاذية.

يعمل برايمر الزنك بنظام الحماية الكاثودية التضحوية (Sacrificial Anode)؛ حيث يتمتع الزنك بجهد كهروكيميائي أكثر نشاطاً من الحديد. في حال تسربت رطوبة أو أملاح في المستقبل، يتأكسد الزنك ويضحي بنفسه لحماية الفولاذ الإنشائي من الصدأ، مما يوفر خط دفاع كيميائي فعال يمنع انتفاخ الحديد وتصدع المونة لسنوات طويلة.

تتحدد التكلفة بناءً على نتائج المعاينة الميدانية وتشمل: حجم ومساحة الخرسانة المتضررة بالمتر المربع أو المكعب، نسبة تآكل حديد التسليح والحاجة لإضافة فولاذ تعويضي وزرع كيميائي، الحاجة لتركيب أنظمة إسناد مؤقتة هيدروليكية، الحاجة لتدعيم إضافي بألياف الكربون CFRP، وسهولة الوصول لموقع العنصر (ارتفاعات عالية، أسقف معلقة، أو خزانات مغلقة).