كفاءة المنشآت الخرسانية
إستخدام ألياف الكربون فى تدعيم و رفع كفاءة المنشآت الخرسانية
لا شك ان التطور العلمى العظيم فى مجال الكيماويات أثّر بشكل كبير و مباشر على العديد من الصناعات لاسيما صناعة الانشاء و البناء و لا اعتقد ان مقالة واحدة او حتى كتاباً قد يستطيع ان يوضح الطفرات التى ادخلها التطور العلمى فى مجال الكيماويات على صناعة عظيمة كصناعة الإنشاء، لذا فسوف نكتفى فى هذه المقالة بالحديث عن تدعيم المنشات الخرسانية باستخدام الياف الكربون بشكل سريع و مبسط.
مع ازدياد عدد السكان و زيادة الطلب على المساكن و البناء أصبح العاملون فى مجال البناء يتخلون عن بعض أصول الصناعة لتقليل زمن البناء و بالتالى الإستفادة من الوقت فى تنفيذ عمليات أخرى و بالتالى زيادة الارباح التى تعود عليهم، علاوة على دخول العديد من غير المتخصصين الى المجال كنوع من انواع الاستثمار السريع و المربح و الذين يجهلون العديد من الأمور الهندسية و الفنية، فأصبحنا للأسف نعانى من سوء التنفيذ و انخفاض مستوى جودة المبانى و بالتالى انخفاض عمرها الافتراضى و زيادة الحاجة الى التدعيم و الترميم و الصيانة المستمرة.
الالياف الكربونية (Carbon fibers) هى بوليمرات من الياف الكربون بالرغم من طبيعتها التى تقترب الى حد كبير من طبيعة البلاستيك لدرجة انك قد لا تصدق ان هذا الشئ قد يحل محل الحديد فى أعمال التدعيم و هذا فى الواقع هو ما يخيف بعض المهندسين من استخدامها فى التدعيم إلا انها تتميز بمقاومة عالية جداً فى الشد قد تصل الى خمسة أضعاف مقاومة الحديد. أى ان شريحة من الياف الكربون لا يتعدى سمكها ملليمترات قليلة يمكن ان تحل محل قضيب من الحديد ذو سمك كبير فى مقاومة الشد لذا عادة ما تستخدم الياف الكربون فى التدعيم عند الرغبة فى الحفاظ على شكل المنشأ دون اى تشويهات حيث يمكن استخدامها و تغطيتها بطبقات التشطيب دون وجود أى اثر لاعمال التدعيم التى تمت، و نظراً لارتفاع تكلفتها عادة ما تسخدم فى المنشات الهامة، أو فى الحالات التى يصعب استخدام الحديد للتدعيم نظراً لضيق المساحة.
الخامات المستخدمة:-
الالياف الكربونية التى تستخدم فى مجال الانشاء لها صورتان تختلف أسمائها التجارية من شركة لأخرى.
1- شرائح الياف الكربون: و هى اشبه بمسطرة من البلاستيك لها لون الياف الكربون المميز (الرصاصى المائل الى البنى الغامق) و تأتى فى لفات ذات قطر كبير، و هى عادة ما تكون بمثابة التسليح الرئيسىي.
2- نسيج الياف الكربون: و هو عبارة عن نسيج من الياف الكربون و يقوم بوظيفة الكانات.
“هناك أشكال أخرى أو (قطع خاصة) على سبيل المثال قطع على شكل حرف L و هى عبارة عن شرائح كربون (النوع رقم 1) مصنعة على شكل معين لأغراض معينة و هى عادة غير متوفرة بكثرة لكن النوعين المذكورين هما الاساسيين.”
“بشكل عام يراعى عند النقل او التعامل مع الياف الكربون عدم ثنيها و انما تلف على اسطوانات دائرية، و ذلك لكى لا تتكسر الياف الكربون الدقيقة.”
3- مادة ايبوكسية لاصقة من مركبين لتثبيت الياف الكربون و يختلف الاسم التجارى للمواد حسب الشركة المصنعة.
4- رمل الكوارتز.
التصميم الانشائى:-
يتم تصميم الحلول الانشائية للتدعيم او رفع كفاءة المنشآت الخرسانية بواسطة مصممين متخصصين و أكواد مخصصة لذلك.
يحدد المصمم أماكن تركيب الالياف و عدد طبقاتها و أبعاد شرائح الياف الكربون و نسيج الياف الكربون.
التنفيذ فى الموقع:-
طريقة التنفيذ بشكل عام تكون بلصق شرائح الالياف الكربونية على السطح الخرسانى مباشرة وذلك عن طريق:
إزالة طبقات التشطيب القديمة و ازالة اى طبقات ضعيفة او مفككة من سطح الخرسانة حتى الوصول الى سطح خرسانى قوى، و ذلك عن طريق الصواريخ او السفح بالرمال كما يجب التأكد من ان مقاومة الالتصاق للسطح الخرسانى لا تقل عن 1.5 نيوتن/مم2 و ذلك باخراء اختبار مقاومة الالتصاق (Pull-off test) و عادة ما توفر الشركة المصنعة للالياف جهاز الاختبار مجاناً اثناء فترة الاختبار، و ان كانت القيمة اقل من ذلك ينبغى تكسير سطح الخرسانة حتى يتم الوصول الى سطح قوى يمكن التنفيذ عليه.
يتم تسوية السطح جيداً و الا يكون هناك فروق تتعدى ملليمترات طفيفة كما يجب أيضاً التاكد من تكسير سوك الأعمدة أو الكمرات و استخدام مونة من مادة ايبوكسية و رمل الكوارتز لجعل حوافها دائرية حتى لا تتكسر الياف الكربون عند تثبيتها مما يقلل من كفاءتها.
يتم فرد المادة الايبوكسية اللاصقة على السطح الخرسانى فى الاماكن التى سيتم تركيب الالياف عليها بناء على اللوحات الهندسية.
يتم بعد ذلك تركيب الالياف و تثبيتها بالضغط عليها برفق باستخدام رولة مطاطية.
يتم عمل طبقة من المادة الايبوكسية فوق الالياف و رشها برمل الكوارتز، لعمل سطح خشن يمكن تثبيت طبقات التشطيب عليه.
“يمكن استخدام اكثر من طبقة من الياف الكربون (من نسيج الالياف الكربونية عادةً) قد تصل الى سبعة طبقات فى بعض الأحيان و تستخدم طرق معينة للتنفيذ لا تختلف كثيراً عن الحالة العامة التى تحدثنا عنها فى هذا المقال، و يحدد ذلك المصمم.”
“يمكن البدء فى تنفيذ طبقات التشطيب بعد مرور 24 ساعة على تثبيت شرائح الياف الكربون.”
احتياطات اثناء التنفيذ:-
عادة ما تكون المادة الايبوكسية من مركبين يتم خلطهما بالموقع، اذا كان استهلاك المادة بطئ يراعى ان يتم خلط كميات بسيطة كل مرة لان الايبوكسيات عادةً ما يكون زمن الشك لها أقل من ساعة.
يراعى تركيب الالياف بعد تطبيق المادة الايبوكسية اللاصقة مباشرةً و ذلك لنفس السبب المذكور اعلاه.
يراعى لبس قفازات اثناء التنفيذ.
يراعى عدم اهدار الايبوكسى المستخدم و ذلك لارتفاع سعره.
مميزات استخدام الياف الكربون فى أعمال التدعيم:-
1- خفيفة الوزن.
2- قد تكون هى الحل الأمثل أو الوحيد فى بعض الحالات التى لا تتوفر فيها مساحة كافية لاستخدام قطاعات حديدية ضخمة.
3- لا تصدأ.
4- تنفيذها سريع.
5- يتم تغططيتها بطبقات التشطيب فلا تترك أثراً ظاهراً لأعمال التدعيم.
عيوب الياف الكربون:-
1- ليس لها مقاومة فى القص او فى الانحناء – لذا يجب وضعها فى الأماكن المعرضة للشد فقط.
2- مادة قصفة جداً – لذلك يراعى تكسير سوك الكمرات و الأعمدة و جعلها دائرية حتى لا تتكسر الألياف.
3- ليس لها اى مقاومة للحريق – يوجد دهانات معينة و أساليب حماية يمكن تطبيقها لزيادة مقاومتها للحريق و ذلك سيزيد من التكلفة.
4- تطبيقها مكلف مادياً.
5- يحتاج الى مهارة العمالة و الدقة فى الدقة فى النقل و التقطيع.
*هذا مختصر لتعريف الياف الكربون و الطريقة العامة للتنفيذ عند استخدامها فى أعمال التدعيم للمشآت الخرسانية، و يجب التنوية أن هناك العديد من الاشكال من الياف الكربون و العديد من طرق التنفيذ التى يتم استخدامها طبقاً لحالة التدعيم أو نسبة رفع الكفاءة المطلوبة
غلا
