Clear Sky Science
شروحات قائمة على الأدلة وخفيفة المصطلحات

Clear Sky Science · ar

تقنيات متكاملة من التعزيز القريب من السطح وملفات GFRP المغموسة في ECC/UHPC لتقوية الأعمدة الخرسانية الضعيفة

· العودة إلى الفهرس

لماذا تهم الأعمدة الخرسانية الآمنة

تفقد العديد من المباني الخرسانية القديمة قوتها تدريجيًا بينما يصدأ الحديد المخبأ داخل أعمدتها بصمت. يمكن لهذا التلف البطيء أن يقلص الحمل الذي يمكن للمنشأة تحمله بأمان ويضعف قدرتها على الصمود أمام الزلازل أو الأحداث الشديدة الأخرى. تستكشف هذه الدراسة نهجًا جديدًا لمنح هذه الأعمدة الضعيفة حياة ثانية باستخدام أغطية خارجية رفيعة وعالية القوة وقضبان تقوية إضافية موضوعة مباشرة تحت السطح.

كيف تضعف الأعمدة بصمت

تعد الأعمدة الخرسانية المسلحة «عظام» المبنى الرأسية، حاملة للأدوار والأسقف أعلاه. مع مرور الوقت، يمكن للرطوبة والأملاح أن تتلف قضبان الفولاذ داخلها بالتآكل. ومع صدأ الفولاذ، ينحف، ويتمدد، ويتسبب في تشققات بالخرسانة المحيطة ويضعف الالتصاق بين الفولاذ والخرسانة. يفقد العمود عندئذٍ القوة والصلابة والقدرة على التشوه دون انهيار مفاجئ. توجد طرق إصلاح تقليدية، لكنها قد تكون ضخمة التكلفة أو غير فعالة بما يكفي للأعضاء المتضررة بشدة.

أغلفة جديدة وقضبان مخفية

درس الباحثون طريقة إصلاح مُدمجة تضيف القوة داخل العمود وخارجه. أولًا، قطعوا أخاديد سطحية على طول سطح العمود ولصقوا بها قضبان تقوية إضافية، إما فولاذية تقليدية أو قضبان ألياف زجاجية مقاومة للتآكل. تُعرف هذه الطريقة بالتقوية المركبة القريبة من السطح. ثم غَلَّفوا العمود بغلاف خارجي رقيق مصنوع من مواد أسمنتية خاصة أقوى وأكثر متانة بكثير من الخرسانة العادية. أحد الأنواع، المسمى المركب الأسمنتي المهندَس، يحتوي على ألياف دقيقة تتحكم في التشققات؛ والآخر، الخرسانة فائقة الأداء، أقوى حتى ويتضمن ألياف فولاذية. تم تضمين شبكة خفيفة من ألياف الزجاج داخل هذه الأغطية للمساعدة في تثبيت كل مكونات الغلاف.

Figure 1. ترقيات لأعمدة خرسانية متضررة باستخدام أغطية رفيعة عالية القوة وقضبان مضافة لاستعادة القوة والمتانة.
Figure 1. ترقيات لأعمدة خرسانية متضررة باستخدام أغطية رفيعة عالية القوة وقضبان مضافة لاستعادة القوة والمتانة.

اختبار الأعمدة المُقواة

لمعرفة مدى فاعلية هذا النظام، بنى الفريق واختبر أحد عشر عمودًا دائريًا قصيرًا في المختبر. كان أحدها عمودًا مرجعيًا سليمًا، في حين أُضعِف آخر عمدًا لمحاكاة التآكل باستخدام قضبان فولاذية أصغر. أما الباقون فكانوا أعمدة مُضعفة تم إصلاحها بطرق مختلفة: إما بأغطية خارجية فقط من المواد الغنية بالألياف، أو بجمع بين قضبان قريبة من السطح والأغطية، مستخدمين قضبان فولاذية أو ألياف زجاجية وطبقة أو طبقتين من الشبكة. ثم ضُغِطت جميع الأعمدة من أعلى إلى أسفل حتى الفشل بينما سجلت الأدوات كمية الحمل التي تحملتها ومقدار قصرها.

ما الذي حدث تحت الأحمال الثقيلة

فشل العمود المتضرر دون إصلاح بطريقة هشة، مع انبعاج قضبانها الداخلية وهبوط حاد في القوة. أدى إضافة غلاف من المركب الأسمنتي المهندَس مع الشبكة فقط إلى مكاسب متواضعة في السعة وفشل أكثر تدريجيّة. عندما جُمعت قضبان فولاذية قريبة من السطح مع هذه الأغطية، حملت الأعمدة من 25 إلى 32 في المئة حملاً أكثر من العمود المتضرر وامتصت ما يصل إلى نحو أربعة أضعاف الطاقة قبل الانهيار. أدى استبدال المادة الخارجية بخرسانة فائقة الأداء إلى نتائج أفضل، فرفعت سعة الحمل بنسبة 35 إلى 44 في المئة وامتصاص الطاقة بما يصل إلى نحو 4.7 مرة. جاءت أفضل النتائج من قضبان ألياف زجاجية قريبة من السطح مقترنة بأغطية من الخرسانة فائقة الأداء، التي زادت القوة بحوالي 49 في المئة بينما حافظت على دكتيلية جيدة.

Figure 2. تعمل القضبان القريبة من السطح والأغلفة الغنية بالألياف معًا لحَيْزِ العمود الخرساني وزيادة مقاومته للحمل.
Figure 2. تعمل القضبان القريبة من السطح والأغلفة الغنية بالألياف معًا لحَيْزِ العمود الخرساني وزيادة مقاومته للحمل.

نماذج حاسوبية ورؤى تصميمية

بنَى الفريق أيضًا نماذج حاسوبية مفصلة للأعمدة لمحاكاة تداخل المواد والتنبؤ بالتشققات والسحق وفصل الالتصاق عند الواجهات. طابقت هذه النماذج عن كثب القوى المقاسة والإزاحات وأنماط التلف المرصودة، مما يعزز الثقة في إمكانية استخدام النهج لاستكشاف تصاميم أخرى. أظهرت دراسة رقمية إضافية أن استخدام قضبان فولاذية داخلية أكبر يزيد من قوة العمود، لكن العائد يتناقص مع زيادة قطر القضيب، مما يشير إلى وجود نطاق فعال بدلًا من قاعدة «كلما زاد كان أفضل» البسيطة.

ماذا يعني هذا للهياكل القائمة

للمهندسين ومالكي المباني، تشير النتائج إلى أن أغطية رقيقة من مواد أسمنتية متقدمة، مرافقة بتقوية قريبة من السطح، يمكن أن تستعيد أو حتى تزيد من قوة ومتانة الأعمدة الخرسانية المتدهورة دون تكبير كبير للأبعاد. برهنت الأغطية فائقة الأداء، خاصة عند اقترانها بقضبان ألياف زجاجية، على فاعلية كبيرة في حجز نواة الخرسانة وتأخير الانهيار المفاجئ. من الناحية العملية، يقدم هذا الأسلوب المدمج مسارًا واعدًا لتمديد العمر الآمن للمباني والبنى التحتية القديمة باستخدام ترقيات رفيعة ودائمة نسبيًا.

الاستشهاد: Elsamak, G., Bahrami, A., Emara, M. et al. Integrated NSM and GFRP-reinforced ECC/UHPC techniques for strengthening deficient RC columns. Sci Rep 16, 16440 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52870-4

الكلمات المفتاحية: أعمدة خرسانية, تقوية هيكلية, تلف التآكل, خرسانة عالية الأداء, تقنيات الترميم