التعرّف على أفضل طرق تقوية الخرسانة – دليل شامل لتدعيم المنشآت

مع مرور الزمن وتغيّر استخدام المنشآت، أو بسبب الأخطاء التصميمية، أو ازدياد الأحمال الواقعة عليها، أو العوامل البيئية الضارة، تصبح الحاجة إلى تقوية الخرسانة وتعزيزها أمراً لا مفرّ منه. يواجه المهندسون المدنيون اليوم تحدّيات كبيرة في مجال الحفاظ على سلامة المباني وتعزيزها. إنّ اختيار الطريقة المناسبة لتقوية الهيكل الخرساني لا يزيد فقط من عمره الافتراضي، بل يقلّل أيضاً من تكاليف الهدم وإعادة البناء.

في هذا المقال الشامل من موقع “ضمان”، نهدف إلى تعريفكم بأحدث وأكثر تقنيات التدعيم فاعلية. سواء كنتم مقاولين أم مهندسين مشرفين، فإنّ فهم هذه الطرق بدقة أمر أساسي لاتخاذ القرار الهندسي الصائب.

لماذا تعتبر تقوية المنشآت الخرسانية ضرورة؟

قبل الدخول في التفاصيل التقنية، لا بدّ أن نعلم ما هي العوامل التي تدفعنا إلى إجراء عمليات التدعيم. فكثير من الأبنية الخرسانية تُصاب بضعف بمرور الوقت، وإذا لم تتم معالجتها في الوقت المناسب فقد يؤدي ذلك إلى كوارث إنشائية.

1. تآكل حديد التسليح وتلف الخرسانة

يُعدّ نفاذ الرطوبة وأيونات الكلور إلى داخل الخرسانة أحد أكثر الأسباب شيوعاً للحاجة إلى الترميم، إذ يؤدي إلى صدأ التسليح وتشقق الخرسانة. كما أنّ استخدام الإضافات غير المناسبة أو عدم الالتزام بنسبة الماء إلى الإسمنت أثناء الصبّ يسرّع هذا التدهور. وللوقاية من ذلك في المشاريع الجديدة، يُنصح باستخدام الملدّنات عالية الجودة لتقليل نفاذية الخرسانة.

2. تغيّر الاستخدام وزيادة الأحمال

تخيّل مبنى صُمّم ليكون سكنياً ثم تحوّل إلى مستودع أو مكتبة؛ فإنّ الأحمال الحية في الاستخدام الجديد تفوق كثيراً الأحمال التصميمية الأصلية. في هذه الحالة، تحتاج عناصر الهيكل – مثل الأعمدة والعوارض – إلى تقوية إنشائية لتحمّل الأحمال الإضافية.

3. الأخطاء التنفيذية والتصميمية

في كثير من المشاريع، يتسبّب ضعف الإشراف بتنفيذ خرسانة منخفضة الجودة أو تسليح غير مطابق للمخططات. ومن أمثلة ذلك ظهور تعشيش أو انخفاض مقاومة الضغط. لذلك يصبح استخدام المونات الترميمية وأنظمة التقوية ضرورياً لمعالجة هذه العيوب. ويمكنكم الاستفادة من أنواع الجروت المتوفّرة في موقع ضمان للترميم السطحي والعميق.

4. تحديث الأكواد الزلزالية

تُعدّ إيران منطقة زلزالية نشطة، وتُحدّث الأكواد الإنشائية مثل “الستاندرد 2800” كل بضع سنوات لتصبح أكثر صرامة. لذا، فإنّ الأبنية التي أُنشئت قبل عشرين عاماً قد لا تكون آمنة وفقاً للمعايير الحالية، ما يستدعي تدعيماً زلزالياً إضافياً.

ما هي أبرز طرق تقوية الخرسانة؟

توجد طرق عديدة لتقوية الخرسانة، ولكل منها مزايا وعيوب. يعتمد اختيار الطريقة المناسبة على الميزانية، ومدة التنفيذ، والظروف البيئية، ونوع الضعف في المنشأ. فيما يلي أشهر الطرق المستخدمة، والتي سنفصّلها في الأقسام اللاحقة:

• التغليف الخرساني (Concrete Jacketing): زيادة أبعاد العوارض والأعمدة بصب طبقة جديدة من الخرسانة مع قوالب الأعمدة.
• التغليف الفولاذي (Steel Jacketing): إحاطة الخرسانة بصفائح فولاذية.
• أنظمة FRP (الألياف البوليمرية المسلحة): تقنية حديثة وخفيفة لتقوية الشدّ والانحناء.
• إضافة الجدران القصّية: لمقاومة الأحمال الجانبية الناتجة عن الزلازل.
• الشدّ اللاحق (Post-tensioning): تطبيق قوى ضغط للسيطرة على التشققات.

تقوية المنشآت بالتغليف الخرساني (Concrete Jacketing)

يُعدّ التغليف الخرساني من الطرق الكلاسيكية لزيادة مقاومة الأعمدة والعوارض للأحمال الرأسية والأفقية. إذ تُضاف طبقة من الخرسانة المسلحة (بحديد طولي وروابط مغلقة) حول العنصر القائم، مما يزيد من مقطعه العرضي.

مزايا التغليف الخرساني

يسهم التغليف الخرساني في زيادة صلابة المنشأ، وهو ما يساعد على التحكم في الانجرافات الجانبية أثناء الزلازل. ولأنّ المادة الجديدة متجانسة مع القديمة (كلتاهما خرسانة)، فإنّ سلوك المنشأ يصبح أكثر قابلية للتنبؤ. كما تحتفظ هذه الطريقة بمقاومة جيدة ضد الحريق.

خطوات التنفيذ والنقاط الأساسية

لتحقيق أداء فعّال للتغليف الخرساني، يجب تأمين ترابط تام بين “الخرسانة القديمة” و”الخرسانة الجديدة”.

1. تخشين السطح: يُقشّر أو يُخشّن سطح الخرسانة القديمة لزيادة التماسك الميكانيكي.
2. زرع الحديد: تُثقب الخرسانة القديمة لتثبيت التسليح الجديد بها. استخدام لاصق تثبيت الحديد عالي المقاومة ضروري لضمان نقل الأحمال بشكل صحيح. يقدم موقع ضمان أفضل أنواع هذه المواد اللاصقة.
3. تطبيق طبقة رابطة: قبل صبّ الخرسانة الجديدة يُنصح باستخدام مادة ربط لاتكسية أو لاصق خرسانة لزيادة الترابط الكيميائي.
4. الخرسانة الجديدة: نظراً لضيّق المسافات وكثافة التسليح، تُستخدم عادة الخرسانة ذات التشغيلية العالية أو الخرسانة ذاتية الدمك مع مضافات ملدّنة قوية.

التقوية بالتغليف الفولاذي (Steel Jacketing)

إذا كانت هناك قيود معمارية تمنع زيادة أبعاد الأعمدة، فقد يكون التغليف الفولاذي الخيار الأنسب. في هذه التقنية، تُثبت صفائح فولاذية أو زوايا معدنية حول العنصر الخرساني وتُوصَل به بإحكام.

متى نستخدم التغليف الفولاذي؟

يُعدّ هذا الأسلوب ممتازاً لزيادة المطيلية والمقاومة القصّية للأعمدة، لكنه أقل تأثيراً في رفع الصلابة مقارنة بالتغليف الخرساني. يتميّز بسرعة التنفيذ ووزنه الخفيف نسبياً. يُنفّذ عادة بطريقة التغليف الدائري (للاعمدة الدائرية) أو القفص المزود برباطات (للاعمدة المستطيلة).

تحدي التماس بين الفولاذ والخرسانة

أكبر تحدٍّ في التغليف الفولاذي هو ملء الفاصل الرفيع بين الصفيحة المعدنية وسطح الخرسانة. ترك هذا الفراغ يؤدي إلى انبعاج الصفيحة وعدم تحمّلها للأحمال. يُعالج ذلك بحقن راتنجات الإيبوكسي أو الجروتات البوليمرية. كما يجب حماية الصفائح الفولاذية من التآكل والحريق باستخدام الطلاءات المقاومة أو المونات العازلة.

مقارنة بين التغليف الخرساني والفولاذي: أيهما أفضل؟

الخاصية	التغليف الخرساني	التغليف الفولاذي
زيادة الأبعاد	كبيرة (تشغل مساحة)	قليلة (مناسبة معمارياً)
زيادة الصلابة	مرتفعة جداً	متوسطة
زيادة وزن المنشأ	كبيرة	قليلة
الحاجة إلى فنيين مختصين	متوسط (فريق تسليح)	مرتفع (فريق لحام محترف)
مقاومة الحريق	جيدة	ضعيفة (تحتاج تغطية عازلة)

يعتمد اختيار الطريقة المثلى كليّاً على ظروف المشروع. فإذا كان لديك مساحة كافية وتهدف إلى زيادة الصلابة، فالتغليف الخرساني هو الأنسب. أمّا إذا كانت الأولوية للسرعة وتقليل المساحة المشغولة، فالتغليف الفولاذي هو الخيار الأفضل.

في الجزء التالي من المقال، سنستعرض واحدة من أحدث التقنيات في العالم، وهي تدعيم المنشآت باستخدام ألياف الـ FRP، التي أحدثت ثورة في مجال تقوية الهياكل.

ما هو نظام FRP وكيف يعمل؟

FRP هو اختصار لعبارة Fiber Reinforced Polymer، أي البوليمر المسلّح بالألياف. ويتكوّن هذا النظام من عنصرين أساسيين:

1. الألياف (Fibers): وغالباً ما تكون من ألياف الكربون (CFRP) أو ألياف الزجاج (GFRP)، وتُعدّ العنصر المسؤول عن تحمّل قوى الشد.
2. الراتنج أو المصفوفة (Resin): ويكون عادةً من الإيبوكسي، ووظيفته تثبيت الألياف على سطح الخرسانة ونقل القوى فيما بينها.

تُثبت هذه الألياف على شكل أقمشة أو شرائط رفيعة على السطح الخارجي للكمرات والأعمدة والبلاطات الخرسانية، مما يؤدي إلى زيادة مقاومتها بشكل ملحوظ.

المعدات الأساسية في أعمال التدعيم

في جميع طرق التدعيم المذكورة، يلعب استخدام المعدات القياسية دوراً محورياً، ومن أهمها:

• قوالب الخرسانة المكشوفة للحصول على تشطيب نهائي عالي الجودة
• الدعامة السقفية U لتحمّل أحمال القوالب
• خلاطة الخرسانة لضمان تجانس الخلطة
• الالتزام بـ زمن معالجة الخرسانة للوصول إلى المقاومة النهائية

لماذا أصبح FRP بديلاً عن الطرق التقليدية؟ (المزايا)

• وزن خفيف جداً: على عكس التغليف الخرساني أو الفولاذي، لا يضيف نظام FRP أي حمل يُذكر على المنشأ.
• سماكة قليلة: السماكة النهائية للنظام لا تتجاوز بضعة مليمترات، ولا تؤثر على المساحات المعمارية.
• مقاومة عالية للتآكل: الألياف البوليمرية لا تصدأ، ما يجعلها مثالية للبيئات الرطبة أو العدوانية كمنشآت المعالجة والمنشآت البحرية.
• سهولة وسرعة التنفيذ: لا يتطلب تركيب FRP معدات ثقيلة ويمكن تنفيذه خلال وقت قصير.

مجالات استخدام FRP في المباني

يتميّز نظام FRP بمرونة عالية، ويمكن استخدامه لمعالجة أنواع مختلفة من المشكلات الإنشائية:

1. التقوية الانحنائية للكمرات والبلاطات

من خلال لصق شرائط FRP على الوجه السفلي (منطقة الشد) للكمرات أو البلاطات، يمكن زيادة قدرتها على تحمّل العزوم. وتُعدّ هذه الطريقة بديلاً مناسباً لزرع حديد تسليح إضافي أو تركيب مقاطع فولاذية أسفل السقف.

2. التقوية القصّية للكمرات

لمعالجة ضعف الكانات ومنع تشققات القص المائلة، يمكن تنفيذ ألياف FRP على شكل أطواق U أو تغليف كامل حول جانبي الكمرة.

3. حصر الأعمدة (Confinement)

يُعدّ تغليف الأعمدة بألياف FRP من أهم التطبيقات، حيث يؤدي إلى حصر خرسانة قلب العمود، مما يزيد من المطيلية وقدرة التحمل المحورية. وتُعتبر هذه التقنية أساسية في أعمال التدعيم الزلزالي لمنع الانهيار الهش للأعمدة.

نقاط تنفيذية مهمة عند تركيب FRP

يعتمد نجاح نظام FRP كلياً على جودة الالتصاق بين الألياف والخرسانة. فأي خلل في التنفيذ قد يؤدي إلى انفصال مبكر للألياف (Debonding).

• تحضير السطح: يجب أن يكون سطح الخرسانة نظيفاً وجافاً وخالياً من الغبار أو الزيوت، مع معالجة أي عدم استواء بالصنفرة.
• ترميم الخرسانة السفلية: في حال وجود تشققات أو تعشيش، يجب إصلاح الخرسانة أولاً باستخدام مونة ترميم مناسبة قبل تركيب FRP.
• جودة الراتنج: يجب خلط راتنج الإيبوكسي بدقة وفق تعليمات الشركة المصنعة، إذ إن نسبة الخلط بين الراتنج والمصلّب حسّاسة جداً.

على الرغم من المزايا العديدة لنظام FRP، فإن تكلفة المواد الأولية، وخاصة ألياف الكربون، مرتفعة نسبياً. إلا أنّ تقليل تكاليف التنفيذ، وعدم الحاجة إلى إيقاف تشغيل المنشأ، وطول العمر الافتراضي، غالباً ما يجعل هذا النظام ذا جدوى اقتصادية.

في القسم التالي، سنتناول طرقاً تكميلية وأكثر تخصصاً مثل الشدّ الخارجي وإضافة الجدران القصّية، والتي تُستخدم في المشاريع الكبيرة والتعديلات الجذرية على الهياكل.

إضافة الجدران القصّية (Shear Wall Addition)

عند الحديث عن مقاومة الزلازل، تُعدّ الجدران القصّية العنصر الأكثر فاعلية. فالعديد من المباني القديمة تعتمد على أنظمة إطارات بسيطة تفتقر إلى الصلابة الجانبية الكافية لمقاومة الزلازل القوية. وتُعتبر إضافة جدران قصّية جديدة الوسيلة الأكثر كفاءة للتحكم في الانجراف الجانبي للطوابق.

كيف يتم تنفيذ هذه الطريقة؟

عادةً ما يتم اختيار فتحات من هيكل المبنى لا تؤثر على الجوانب المعمارية، ثم تُملأ بجدران من الخرسانة المسلحة. ويجب ربط هذه الجدران الجديدة بشكل كامل مع الكمرات والأعمدة المحيطة بها.

• زرع حديد التسليح:
  يتم ربط شبكة تسليح الجدار الجديد بالأعمدة والكمرات القائمة من خلال زرع حديد التسليح. وتُعدّ جودة مادة اللصق المستخدمة في زرع الحديد عاملاً حاسماً، لأن كامل قوى الزلزال تنتقل إلى الجدار عبر هذه الوصلات.
• صبّ الخرسانة:
  يتم صب خرسانة الجدار عادةً باستخدام المضخات وعلى مراحل. ويُعدّ استخدام الملدّنات الخرسانية ضرورياً لضمان دمك مناسب للخرسانة بين قضبان التسليح.

المزايا: زيادة ملحوظة في صلابة ومقاومة المنشأ، وتقليل التشوهات.

العيوب: زيادة وزن المنشأ (ما يستدعي فحص الأساسات)، تغييرات معمارية وإغلاق بعض الفراغات المفتوحة، ارتفاع التكلفة وطول مدة التنفيذ.

الشدّ اللاحق الخارجي (External Post-Tensioning)

تُعدّ هذه الطريقة من أكثر التقنيات ذكاءً لمعالجة ترخيم الكمرات (الهبوط) وإغلاق الشقوق القائمة. في الشدّ اللاحق الخارجي، يتم وضع الكابلات أو التندونات الفولاذية عالية المقاومة خارج العنصر الخرساني ثم شدّها.

آلية العمل

عند شدّ الكابلات وتثبيتها عند طرفي الكمرة أو البلاطة، يتم إدخال قوة ضغط كبيرة إلى الخرسانة. هذه القوة الضاغطة تقاوم الأحمال الثقالية التي تُحدث شدّاً في أسفل الكمرة. وبعبارة أخرى، تقوم هذه الطريقة بتطبيق «قوة معاكسة» على المنشأ لمعادلة تأثير الأحمال.

الاستخدامات

• ترميم الجسور والكمرات ذات البحور الكبيرة: فعّالة جداً في تقليل الترخيم والاهتزاز في البحور الطويلة.
• إزالة الأعمدة المعيقة: في بعض مشاريع إعادة التأهيل، يمكن من خلال شدّ الكمرات زيادة قدرتها إلى حد يسمح بإزالة العمود الوسطي.

لحماية كابلات الشدّ اللاحق من التآكل والعوامل الجوية، يتم عادةً وضعها داخل أغماد من البولي إيثيلين وملؤها بجروت إسمنتي أو شحوم خاصة. ويضمن استخدام الجروتات عالية المقاومة والمتوسعة المتوفرة في موقع ضمان الامتلاء الكامل للأغماد ونقل القوى بشكل صحيح.

الروابط أو الدعامات الفولاذية (Steel Bracing)

تُعدّ الدعامات الفولاذية (المتقاربة أو المتباعدة) خياراً بديلاً للجدران القصّية الخرسانية في الإطارات الخرسانية.

• الميزة الرئيسية: وزن أقل بكثير مقارنة بالجدار الخرساني وسرعة تنفيذ أعلى.
• التحدّي: إن ربط الصفائح الفولاذية للدعامات بالإطار الخرساني عملية دقيقة وحساسة، وتتطلب تفاصيل إنشائية دقيقة وزرع مسامير تثبيت قوية.

اختيار الاستراتيجية المناسبة

يعتمد الاختيار بين إضافة جدار قصّي أو استخدام الشدّ اللاحق على الهدف المطلوب. فإذا كان الهدف هو التحكم في الزلازل، فإن الجدران القصّية والدعامات هي الخيار الأفضل. أمّا إذا كانت المشكلة هي الترخيم الزائد للكمرات أو ضعف القدرة على تحمّل الأحمال الثقالية، فإن الشدّ اللاحق الخارجي يُعدّ حلاً هندسياً أكثر ملاءمة.

في القسم الختامي من المقال، سنتناول النقاط الأساسية للصيانة بعد أعمال التدعيم، إضافةً إلى الخلاصة النهائية، لضمان أن يكون استثماركم في تقوية المنشأ ذا مردود طويل الأمد.

الدور الحيوي للمواد الكيميائية في تدعيم الخرسانة

لا يهم أي طريقة تدعيم تختارون؛ فنجاح المشروع يعتمد بشكل مباشر على جودة المواد الكيميائية والإضافات المستخدمة لربط «المنشأ القديم» بـ«المواد الجديدة». إن أي نظام تدعيم قوي يعتمد على مادة ربط ضعيفة هو نظام محكوم عليه بالفشل.

1. أهمية الجروتات

في طرق مثل الجاكيت الفولاذي أو تركيب صفائح القاعدة، يجب ملء الفراغات أسفل العناصر بمادة غير منكمشة وذات مقاومة ضغط عالية جداً. إن استخدام الجروتات التقليدية قد يؤدي إلى تشكّل فراغات هوائية وعدم انتقال القوى بشكل سليم. لذلك يُنصح باختيار جروتات إسمنتية أو إيبوكسية قياسية من موقع ضمان، والمصممة لتحمّل الأحمال الثقيلة.

2. المواد اللاصقة الإنشائية: الروابط غير المرئية

في زرع حديد التسليح للجاكيت الخرساني أو إضافة الجدران القصّية، تلعب مواد اللصق دوراً محورياً. وكذلك في أنظمة FRP، يجب أن يتمتع راتنج تشريب الألياف بلزوجة وزمن شكّ مناسبين. إن استخدام مواد لاصقة منتهية الصلاحية أو غير معتمدة قد يعرّض كامل مشروع التدعيم للخطر.

3. حماية الأسطح المرمّمة

بعد الانتهاء من أعمال التدعيم، يجب حماية أسطح الخرسانة والفولاذ من العوامل البيئية. إن استخدام الطلاءات والمواد الواقية (Coatings) يمكن أن يزيد العمر الافتراضي للمنشأ المدعّم لعشرات السنين.

الفحص والمراقبة الدورية (Monitoring)

لا ينبغي الاعتقاد بأن العمل ينتهي بعد التدعيم. فالمنشآت التي تم تدعيمها، ولا سيما تلك المعززة بأنظمة حساسة مثل FRP أو كابلات الشدّ اللاحق، تحتاج إلى فحوصات دورية منتظمة.

• فحص الشقوق: هل ظهرت شقوق جديدة في مناطق التدعيم؟
• التحقق من الوصلات: هل تعرّضت الصفائح الفولاذية أو ألياف FRP لانفصال أو انتفاخ؟
• التآكل: هل توجد أي علامات صدأ في الجاكيتات الفولاذية أو مراسي الكابلات؟

الخلاصة: أيّ الطرق أنسب لكم؟

لنقم بمراجعة سريعة:

1. الجاكيت الخرساني: لزيادة الصلابة والمقاومة معاً، عند عدم وجود قيود على المساحة.
2. الجاكيت الفولاذي: لزيادة المطيلية وسرعة التنفيذ، عند وجود قيود معمارية.
3. FRP: للتدعيم السريع والخفيف ومن دون تغيير معماري، إضافةً إلى مقاومة التآكل.
4. الجدران القصّية: لإصلاح شامل للنظام الإنشائي في مواجهة الزلازل.
5. الشدّ اللاحق: لمعالجة الترخيم وزيادة القدرة التحميلية للكمرات ذات البحور الكبيرة.

إن تدعيم المنشآت علم دقيق وحسّاس. لا ينبغي أبداً اختيار طريقة التدعيم دون استشارة مهندسين إنشائيين ومتخصصين ذوي خبرة. إن التكلفة التي تُدفع اليوم مقابل الاستشارة وشراء مواد عالية الجودة من جهات موثوقة مثل شركة ضمان، هي استثمار في السلامة وراحة البال على المدى الطويل.