أحد الحلول الجديدة لتقوية و تحسين خطوط الأنابيب الخرسانية ، استخدام الطلاءات المصنوعة من مركبات البوليمر المدعمة بألياف FRP . يمكن اعتبار التآكل من أكثر العوامل صعوبة وتحديًا في فشل أنابيب المياه والصرف الصحي الخرسانية . منتجات بوليمرات المدعمة بالألياف (FRP) ، و التي تتميز بميزات مثل مقاومة التآكل الجيدة و سهولة التركيب و الخفة ، تلعب دورًا رئيسيًا في تقليل الأضرار التي تلحق بخطوط الأنابيب الخرسانية .

في الأساس ، تستخدم الأنابيب الخرسانية المسلحة لنقل المياه من خارج المدينة إلى داخل المدينة . الضغط الذي يمكن أن تتحمله هذه الأنابيب أثناء التشغيل هو من 6 إلى 35 ضغط جوي . من بين المزايا إمكانية التصنيع لمختلف الضغوط ، والإنتاج المحلي ، ومقاومة الأحمال الداخلية والخارجية ، من عيوبها وزنها و هشاشتها في النقل و صعوبة في التركيب . نظرًا لأهمية هذه الهياكل كشرايين حيوية للخدمة ، فإن الضرر الذي يلحق بها سيكون مكلفًا.

استخدام بوليمرات المدعمة بالألياف (FRP) في تحسين الهياكل المختلفة نما بشكل ملحوظ في السنوات الأخيرة ، والسبب الرئيسي هو الحاجة إلى زيادة عمر الخدمة وترقية البنية التحتية في جميع أنحاء العالم . يتم تعريف أنظمة FRP في أن الألياف والراتنجات تستخدم لصنع طبقات متعددة مركبة ، حيث يتم استخدام الراتنجات لربط الطبقات المركبة بالسطح المطلوب وتستخدم الطلاءات لحماية المواد المركبة . تتوفر هذه المواد في مجموعة متنوعة من الأشكال والأحجام من صفائح متعددة الطبقات إلى الألواح الجافة التي يمكن لفها على أشكال هيكلية مختلفة قبل إضافة الراتنج .

في الماضي ، كانت هناك أدلة تقنية محدودة للغاية في هذا المجال ، ولكن يوجد اليوم عدد كبير من الدراسات العلمية في المجلدات و المؤتمرات التي تناقش استخدام FRP في تدعيم المباني . يشهد هذا النمو المتزايد من خلال نهج وأهمية هذه التكنولوجيا الجديدة بعد التوسع في الحاجة والاهتمام بالتدعيم باستخدام المواد المركبة ومن أجل تطبيق المعرفة التقنية .  أدى شرح طرق التحليل ومراعاة معاملات السلامة في التصميم مع الاعتبارات الاقتصادية إلى تطوير التعليمات واللوائح المحاسبية والتنفيذية في هذا المجال.

تلف الأنابيب الخرسانية

عادة ما تكون الأنابيب الخرسانية مقاومة للمواد الطبيعية في مياه الصرف الصحي المنزلية . في حالات مثل استخدام الأنابيب الخرسانية كقناة لمياه النهر ، قد يكون الأنبوب الخرساني حساسًا لبعض المواد في مياه النهر . إذا كان الأنبوب الخرساني بالقرب من الماء أو التربة المحتوية على كبريتات أو أحماض أو كبريتيد الهيدروجين ، فقد يتضرر بسبب الهجمات الكيميائية . غالبًا ما يتم إنتاج كبريتيد الهيدروجين في مياه الصرف الصحي الملوثة (مثل الغازات الملوثة) التي لها مسار طويل . في هذه الحالة ، تكسر البكتيريا اللاهوائية المواد العضوية وتطلق كبريتيد الهيدروجين . يتراكم كبريتيد الهيدروجين المنطلق في الجزء العلوي من المقطع العرضي للأنبوب ومن هذه المنطقة يتعرض الأنبوب للهجوم الكيميائي . في النهاية ، في هذه المنطقة ، يتم تحويل المواد المتراكمة إلى حمض الكبريتيك عن طريق البكتيريا الهوائية . بسبب الهجمات الكيميائية ، يتلف التصاق الأسمنت و يتفاتت . يعتمد تركيز المادة الضارة على وقت التخزين ودرجة الحرارة. ومع ذلك ، عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة أو يكون طول المجاري طويلًا ، فمن المرجح أن تحدث هذه المشاكل .

في أنابيب المياه والصرف الصحي المصنوعة من الخرسانة أو الحديد أو الفولاذ ، يمكن لحمض الكبريتيك أن يتآكل أو يتلف أنابيب الصرف الصحي في أماكن مختلفة ، وخاصة في تاج الأنبوب . يزداد هذا النوع من التلف والتآكل في أنابيب المياه و الصرف الصحي الخرسانية بسبب الحرارة و أيضًا في الحالات التي يكون فيها المنحدر خط النقل منخفضًا فيزداد تأثيره المدمر .

يمكن اعتبار التآكل من أكثر العوامل صعوبة وتحديًا في فشل أنابيب المياه والصرف الصحي الخرسانية . بعض أسباب التآكل هي:

• الكلور : إذا كانت الأيونات السالبة (الأنيونات) موجودة على سطح الفولاذ ، فمن الممكن أن تفقد عنصر المدعم أو تقلل من قوتها حتى في الخرسانة السليمة . الأنيون الوحيد الذي له مثل هذا التأثير المدمر على أنابيب الخرسانية و أنابيب الصرف الصحي هو أيون الكلور . شركة أفزير لديها حلولًا مناسبة لتقوية أنابيب المياه والصرف الصحي الخرسانية ضد تآكل الكلور .
• التربة المحتوية على كبريتات : التربة التي تحتوي على تركيزات عالية من الكالسيوم و الصوديوم وكبريتات المغنيسيوم تسمى التربة الكبريتية . هذا العامل مدمر عندما يتم دفن جزء من الأنبوب في التربة وجزء آخر يتعرض للهواء الطلق . لطالما كانت الكبريتات أحد الأسباب الرئيسية لتلف و تآكل أنابيب الخرسانية وأنابيب الصرف الصحي .
• التربة الحمضية: لا يحدث هذا النوع من التآكل في الأنابيب الخرسانية و الأنابيب الصرف الصحي إلا في التربة غير الطبيعية مثل التربة التي تحتوي على ملوثات مثل الخبث و النفايات الصناعية و المعدنية .
• تأكل أنابيب الصرف الصحي الخرسانية بسبب ثاني أكسيد الكربون (الكربنة) : يمكن أن يتفاعل ثاني أكسيد الكربون أو الرطوبة مع الملاط أو الخرسانة لإنتاج كربونات الكالسيوم. عادة ما يقتصر هذا النوع من تآكل أنابيب المياه و الصرف الصحي الخرسانية على تكوين طبقة سطحية غير خطيرة ؛ ومع ذلك ، في بعض الظروف الخاصة حيث يمكن أن تتغلغل كربونات الكالسيوم ، هناك خطر تآكل حديد التسليح .

النوع الرئيسي والأهم من الهجوم البيولوجي على الخرسانة هو هجوم بكتيريا الكبريت في مياه الصرف الصحي. عادة في مياه الصرف الصحي المنزلية ، هذه البكتيريا ليس لها تأثير سيء على الخرسانة. في ظروف معينة ، مثل عندما يكون تركيز المياه العادمة مرتفعًا ، يكون معدل التدفق منخفضًا ودرجة الحرارة مرتفعة ، في أكسدة المركبات المعدنية والعضوية ، يتحول الكبريت إلى حمض الكبريتيك عن طريق البكتيريا الهوائية ، مما يؤدي إلى تآكل سطح الخرسانة ، خاصة بين خط الماء والجدار. في النفايات السائلة التي يُعتقد أنها تحتوي على نسبة عالية من أملاح الكبريتات (حوالي 150 جزءًا في المليون) ، يجب اتخاذ جميع الاحتياطات اللازمة لمنع هجوم الكبريتات. في مثل هذه الحالات ، من الأفضل استخدام الإسمنت من النوع الثالث الأقل ألومينات الكالسيوم (حوالي 8٪) لعمل أنابيب خرسانية . بالإضافة إلى ذلك ، لتقليل تغلغل السوائل ، يجب أن يكون لأنابيب الصرف الصحي الخرسانية نفاذية منخفضة ، أي يجب أن تحتوي خرسانة الأنابيب على أسمنت عالي ، ونسبة منخفضة من الماء إلى الأسمنت ، و تكون كثيفة و موحدة .

تظهر التشققات عندما تتجاوز إجهادات الشد في الخرسانة قدرتها على الشد . العديد من الآليات التي تسبب الإجهاد:

• تشققات التشوه : هذه العوامل تسبب إجهاد الشد فقط عندما تكون الخرسانة محدودة . يمكن أن يكون هذا التقييد موضعيًا أو في منطقة كبيرة عندما يكون الانقباض في أحد الأعضاء مقيدًا بسبب الارتباط بعضو آخر . عندما يقاوم هيكل أو عضو من الهيكل الإنفعالات الإضافيًا ، تحدث ضغوط ، مما يؤدي إلى حدوث تشققات ، وكلما كان الهيكل أكثر إحكامًا ، زادت الشقوق .
• شروخ الانكماش اللدن و انزلاق اللدن : غالبًا ما تحدث شقوق انكماش اللدن في الألواح ، وقد يحدث انكماش اللدن أو شقوق انزلاقية في المفاصل العميقة ، وكلاهما يتسبب في ذوبان الخرسانة. يعد الانكماش اللدن أحد خصائص الخرسانة الطازجة التي تنشأ عن الضغوط الشعرية في المياه المسامية .

هناك حالة خاصة من الشقوق تتعلق بشقوق هبوط الأفقية و قد تحدث عندما تكون مسافات التسليح قصيرة . تسبب هذه التشققات حدوث فشل في الفولاذ . في المواقف غير المناسبة ، قد يتسبب بالفشل في غطاء الأرضية ، مما قد يؤدي إلى تقشر الغطاء . تتميز آلية الفشل في هذه الحالة بطابع تمدد مماثل للتجميد في الخرسانة وصدأ الفولاذ ، مما قد يتسبب في تقشر الطلاء فجأة في أجزاء مهمة من الهيكل ، مما يعرض للخطر استخدام الهيكل.

• شقوق بعد التحميل : وتشمل هذه التشققات الناتجة عن الانحناء و القص و الشد . في نقطة التي تكون فيها طول التثبيت التسليح في الاتجاه العمودي لضغوط الشد ، ستكون الشقوق تحت حمل الخدمة بشكل أساسي (أقل من 0.5 مم). هذا صحيح حتى في حالة عدم اتخاذ أي إجراء للسيطرة على الشقوق ، بشرط ألا تعمل القضبان تحت عبء الخدمة. النقاط القصوى حيث قد يكون هناك عدد من الشقوق هي نقاط الضغط الأقصى.
• شروخ ناتجة عن تمدد المواد الخرسانية : على سبيل المثال ، يمكن ذكر تآكل الفولاذ في الخرسانة.
• التشققات بسبب الظروف الخارجية : تطبيق الحمل أو التشوه الناتج عن هبوط المختلفة الأساسات على الخرسانة أمثلة على هذه الشروخ . إن تشكل التشققات في الخرسانة يختلف باختلاف العوامل المؤدية له، وهذه العوامل قد تكون إنشائية أو استثمارية.تعاني العناصر الإنشائية (الأعمدة، الجوائز …) في المنشآت الهندسية من عيوب يعود سببها بشكل أساسي إلى سوء في التنفيذ،أو في نوعية ومواصفات مواد البناء، أو سوء في استثمار هذه المنشآت وعدم صيانتها.وتعـَد التشققات من أهم الدلائل التي تساعد المهندس على تحديد سبب التصدعات والعيوب.حيث تحدث التشققات الخرسانية لأسباب عديدة ومختلفة وقد تكون هذه التشققات على درجة من الخطورة قد تؤثر في عمر المبنى

باختصار حول أنواع الأضرار والتآكل في أنابيب المياه والصرف الصحي الخرسانية ، يمكن ذكر ما يلي :

الأضرار البيولوجية والتآكل للخرسانة (كبريتات ، تجويف ، حمض ، إلخ.)

• الأضرار و التشقق في الخرسانة المسلحة
• تآكل عنصر التسليح
• شقوق
• كسر
• الاهتراء
• الفشل نتيجة دورة التجميد و الذوبان

طرق المختلفة لتقوية الأنابيب الخرسانية باستخدام FRP

أنظمة خطوط الأنابيب معرضة بشكل كبير للمخاطر مثل الزلازل بسبب اتساعها و تعقيدها ، فضلاً عن درجة تعقيدها ، و كأحد الشرايين الحيوية في تقليل أو زيادة يلعب الفشل و الضعف بسبب مخاطر الزلازل دورًا رئيسيًا . خطوط الأنابيب الخرسانية ليست استثناء من هذه القاعدة. لذلك ، فإن اختيار الطريقة الصحيحة والدقيقة والمناسبة لإصلاح وتقوية أنابيب المياه والصرف الصحي الخرسانية لها أهمية خاصة .

أهم طرق تدعيم و تقوية أنابيب المياه و صرف الصحي الخرسانية هي :

حقن اليوريثان في الشقوق

حقن الايبوكسي

تقوية و تدعيم توسيع الوصلات

تدعيم بطلاء الايبوكسي

بوليمر المدعم بالألياف

تكلفة إصلاح وتقوية وتقوية الأنابيب الخرسانية بمساعدة مواد البوليمر المركبة FRP

استخدام ألواح الصلب الخارجية ، و الأغطية الصلبة أو الطلاءات الخرسانية ، و التقوية الخارجية باستخدام الأسلاك والحديد هي من التقنيات التقليدية المستخدمة لتوفير قوة أكبر ، والقضاء على عيوب التصميم ، و تصحيح مشاكل التآكل ، أو تحسين متطلبات الأداء . نظرًا للحاجة إلى المعدات الثقيلة ، فإن تكلفة استخدام هذه التقنيات عالية وفي معظم الحالات لا توفر عمر خدمة طويل . نظرًا لأن المواد المركبة خفيفة جدًا ، فإن عملية تركيب المواد المركبة على الهيكل وفي هذه الحالة خطوط الأنابيب سهلة للغاية وفي معظم الحالات ، لا يلزم المعدات الثقيلة . أيضًا ، لأن كثافة مواد FRP أقل من أربعة إلى ستة أضعاف كثافة الفولاذ. نتيجة لذلك ، سنرى انخفاضًا في الكثافة ، وسهولة النقل ، وانخفاضًا في تكاليف النقل ، وبالطبع انخفاض في تكلفة التدعيم .

على الرغم من أن الألياف والراتنجات المستخدمة في أنظمة FRP أغلى من المواد التقليدية الأخرى مثل الخرسانة والصلب ، فإن التكلفة النهائية ترجع إلى سهولة البناء وتوفير الوقت ، وتقليل تكاليف العمالة وتركيب أنظمة FRP .

للحصول على معلومات شاملة عن سعر وتكلفة الطرق المختلفة لتقوية أنابيب المياه والصرف الصحي الخرسانية باستخدام مركب البوليمر FRP ، يكفي الاتصال بخبراء الشركة أفزير .