تقوية مفاصل البلاطة–العمود المسلحة المتآكلة باستخدام ألياف مركبة رقيقة هجينة تحت قص الطعن

لماذا يمكن أن تفشل أرضيات الخرسانة القديمة فجأة

تعتمد العديد من مواقف السيارات والمستودعات والمباني الشاهقة على أرضيات خرسانية مسطحة مدعومة مباشرة بأعمدة. هذا التصميم يوفر المساحة والمواد، لكنه يخفي نقطة ضعف خطيرة: فشل هش يُسمى قص الطعن، حيث قد تخترق البلاطة المحيطة بالعمود فجأة مع تحذير ضئيل. عندما يصدأ الفولاذ داخل الخرسانة، يتزايد هذا الخطر. تستعرض الدراسة الملخّصة هنا طريقة جديدة لتقوية هذه المفاصل الضعيفة باستخدام شرائط مركبة رقيقة وخفيفة مصنوعة من ألياف زجاجية وكربونية.

نقطة ضعف مخفية في المباني اليومية

تتميز أنظمة البلاطة المسطحة–العمود بشيوعها لأنها تلغي الحاجة إلى العوارض وتتيح فضاءات مفتوحة ومرنة. المقابل هو أن المنطقة التي يلتقي فيها كل عمود بالبلاطة تتعرض لقوى مركّزة شديدة. إذا لم تستطع الخرسانة والحديد المقاوم أن تقاوم هذه القوى، فقد تفشل البلاطة فجأة حول العمود على شكل قطعة مخروطية. أظهرت الزلازل والانهيارات غير المتوقعة في مواقف السيارات مدى كارثية هذا الفشل «الطَاعِن». الإجراءات التقليدية للسلامة، مثل زيادة الحديد، أو ألواح إسقاط، أو تكثيف مناطق البلاطة، تزيد الوزن والتكلفة وتعقيد التنفيذ، وغالباً ما تغيب في المباني القديمة. وتفاقم المشكلة هو أن أملاح نزع التجمد والبيئات القاسية تؤدي ببطء إلى تآكل الحديد الداخلي، مما يقلل من المتانة ويجعل قص الطعن أكثر احتمالاً.

ما الذي يفعله التآكل بمفاصل الخرسانة

عند تآكل حِدَيدة التسليح، تتوسع وتُشقق الخرسانة المحيطة بها. تضعف هذه العملية عدة آليات تساعد عادةً على مقاومة قص الطعن: الالتحام الخشن بين أسطح الخرسانة المتشققة، وعملية «المسمار» (dowel) للحديد العابرة للشقوق، والالتصاق بين الفولاذ والخرسانة. حتى الصدأ المعتدل يمكن أن يحوّل سلوك البلاطة من فشل قابل للانحناء إلى انكسار طاعن مفاجئ. أبحاث سابقة تناولت التآكل أو التقوية بمعزل غالباً، وركّزت في العادة على العوارض أو الأعمدة بدلاً من المفصل الحاسم بين البلاطة والعمود. العمل الحالي يستهدف هذا المفصل بالتحديد، ويبحث أداء تخطيطات تقوية مختلفة عندما يكون الفولاذ متضرراً بالفعل.

اختبار شرائط هجينة رقيقة على مفاصل متضررة

بنَى الباحثون أحد عشر نموذجاً مصغرًا لمفاصل داخلية بين البلاطة والعمود، كل منها يمثل عموداً داخلياً نموذجياً في أرضية بلاطة مسطحة. ترك بعض العينات سليمة، بينما تعرضت أخرى لتآكل متعمد بنحو 15% فقدان كتلة في حِدَيدة التسليح باستخدام طريقة كهروكيميائية مسرِّعة في محلول ملحي. ثم لصقوا شرائط مركبة رقيقة — مصنوعة من ألياف زجاجية (GFRP)، أو ألياف كربونية (CFRP)، أو هجينة من الاثنين — بأسفل البلاطة حول العمود. رتّبوا الشرائط بأنماط مختلفة، مع اهتمام خاص بتخطيط مائل مصمم ليعبر الشقوق الشعاعية التي تتشكل أثناء الطعن. حُمّلت البلاطات لأسفل عبر العمود حتى الفشل، بينما قاس الفريق قدرة التحميل، ومقدار الانحراف، وانتشار الشقوق.

كيف آدَت استراتيجية التقوية الجديدة

حدّ التآكل وحده من قدرة القص الطاعن بنحو ثلث تقريباً وضاعف تقريباً الانحراف عند الفشل مقارنةً بمفصل غير متضرر. عكس إضافة الشرائط المركبة جزءاً كبيراً من هذا الفقدان. أنظمة الألياف الزجاجية زادت مقاومة الطعن بنحو 30–51% مقارنةً بالمجموعة المتآكلة الضابطة، وأنظمة الألياف الكربونية بنحو 40–60%، والشرائط الهجينة زجاج–كربون بنحو 57–77%. أظهرت المفاصل المقواة سلوكاً أكثر صلابة قبل التشقق، وتأخّر في تشكل الشقوق، واستجابة تحميل–انحراف أكثر استقراراً. مع ذلك، الفائدة لم تكن تتزايد بلا حدود: بعد نحو طبقتين أو سمك مركب إجمالي حوالي 0.6–1.2 مم، أعطت المادة الزائدة مكاسب قوة ضئيلة لأن الشرائط بدأت تقشّر عن الخرسانة (فصل التماس) قبل أن تُستَخدم بالكامل. باستخدام محاكاة حاسوبية متقدمة معايرة ضد التجارب، استكشف المؤلفون العديد من المتغيرات في سمك الشريط، وعدد الطبقات، والموقع، ومستوى التآكل. وجدوا أن الشرائط الهجينة المائلة المزاحة بمقدار 50 مم عن واجهة العمود أعطت أفضل توازن بين القوة المضافة والتحكم في التشقق للهندسة المختبرة.

حدود تقوية الهياكل المأكولة بشدة

تُظهر الدراسة أيضاً أن هناك حدّا عمليا لفائدة التقوية عندما يصبح التآكل شديداً. في مفاصل محاكاة بمستويات تآكل تتراوح بين 5% و30%، انخفضت الفائدة النسبية للتقوية الهجينة المثالية من نحو 51% سعة إضافية عند تآكل خفيف إلى نحو 25% عند أعلى مستوى فحُص. مع ازدياد فقدان الفولاذ وتدهور الخرسانة المحيطة، تصبح الاستجابة محكومة بشكل متزايد بالقص الطاعن الهش وفصل شرائط المركب. عند تلك النقطة، يقدّم إضافة المزيد من المركب فائدة ضئيلة دون تحسين الالتصاق أو معالجة التدهور الأساسي.

ماذا يعني هذا للمباني الواقعية

بالنسبة للمهندسين المسؤولين عن مواقف السيارات القديمة أو مباني البلاطة المسطحة، تشير النتائج إلى أن شرائط هجينة زجاج–كربون رقيقة وموزعة استراتيجياً قد تكون حلّاً عملياً لتقوية جزئية واستعادة السلامة في مفاصل البلاطة–العمود المتآكلة بشكل متوسط. النظام خفيف الوزن، يُطبق خارجياً، ولا يتطلب تكثيف البلاطة أو إضافة تجهيزات فولاذية ثقيلة. مع ذلك، نجاحه يعتمد بشدة على الالتصاق الجيد، وتفصيل دقيق لتخطيط الشرائط، ومستويات تآكل لم تبلغ حدّها المتطرف بعد. باختصار، هذه التقنية يمكن أن توفر سعة وصلابة إضافية قيّمة للمفاصل المعرضة للخطر، لكنها ليست علاجاً شاملاً: التآكل الشديد ما يزال يتطلب إصلاحاً أوسع أو استبدالاً، ويجب تقييم كل مبنى ضمن حدود الظروف المختبرة في هذا البحث.

الاستشهاد: Gomaa, A.M., Ahmed, M.A., Khafaga, S.A. et al. Strengthening of corroded RC slab–column joints using thin-ply hybrid FRP under punching shear. Sci Rep 16, 6526 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36610-2

الكلمات المفتاحية: قص الطعن, بلاطات الخرسانة المسلحة, التآكل, تقوية بالألياف المركبة, مفاصل البلاطة–العمود