ديمومة المنشآت الخرسانية في سورية: إطار تصميمي قائم على الأداء وفق نموذج AOSD

النقلِ وتغلغلِ الأيونات. وعليه، فإنّ التحكّمَ بخصائصِ النقلِ داخلَ الخرسانةِ وضمانَ جودةِ التنفيذِ والمعالجةَ يُعدّ حجرَ الأساسِ في الحدّ من تغلغلِ العواملِ العدوانيّةِ وتحقيقِ الديمومةِ المُستهدفة.

وفي البيئةِ السوريّة، وبفعلِ التنوّعِ المناخيّ والجيومورفولوجي، تبرزُ مجموعةٌ من آليّاتِ التدهورِ الحاكمةِ التي تشكّلُ الخطرَ الرئيسيّ على ديمومةِ المنشآتِ الخرسانيّة، ويمكنُ تصنيفها وتحليلها على النحوِ الآتي:

1. الكَربنةُ (Carbonation) ^{3}

تنشأُ الكَربنةُ عنْ تفاعلِ ثاني أكسيد الكربون (CO₂) المُتغلغلِ منَ الجوّ مَع هيدروكسيدِ الكالسيوم في عجينةِ الإسمنتِ المُتصلّبة، ممّا يؤدّي إلى انخفاضِ قلويّةِ الخرسانةِ وفقدانِ الوسطِ القلويّ المسؤولِ عن حمايةِ حديدِ التسليح. ومع وصولِ جبهةِ الكربنةِ إلى مستوى التسليحِ تبدأُ عمليّةُ التآكل، والتي تترافقُ غالباً مع تشققاتٍ طوليّةٍ موازيّةٍ لمواضعِ القضبان، يعقبها تقشّر الغطاءِ الخرسانيِ وتراجعُ في أداءِ العنصرِ الإنشائي.

2. 2. تغلغلُ الكلوريدات (Chloride Ingress) ^{4}

يُعدّ تغلغلُ الكلوريداتِ من أخطرِ آليّاتِ التدهورِ في الخرسانةِ المسلّحة، لا سيّما في البيئاتِ الساحليّةِ والرطبة. حيثُ تتغلغلُ أيوناتِ الكلوريد عبرَ الغطاءِ الخرسانيّ وتصلُ إلى التسليحِ مسبّبةً تدميرَ طبقةِ التخميلِ الواقية، وبدءَ تآكلٍ موضعيّ سريعٍ. ويَظهر هذا التدهورُ على شكلِ بقعِ صدأٍ وتشقّقاتٍ وانفصالٍ تدريجيّ للغطاءِ الخرساني.

3. هجومُ الكبريتات (Sulfate Attack) وتشكّلُ الإترنجايت المتأخر ^{5}و{6}

ينشأُ هجومُ الكبريتاتِ نتيجةَ تفاعلِ أيوناتِ الكبريتاتِ سواءً الوافدةِ منَ التربةِ والمياهِ الجوفيّة، أو الناتجةِ عنْ تفاعلاتٍ داخليةٍ مَع مكوّناتِ عجينةِ الإسمنتِ المتصلّبة. يؤدّي هذا التفاعلُ إلى تولّدِ مركّباتٍ تمدّديّةٍ وعلى رأسِها الجبس والإترنجايت، وتولّدُ هذهِ المركّباتُ ضغوطاً داخليّةٍ تُسبّبُ تشقّقاتٍ شبكيةٍ (Map Cracking) وانتفاخاتٍ سطحيّة. وتدهوراً تدريجيّاً في البنيةِ الخرسانيّة.

4. تفاعلُ القلوياتِ مَع السيليكا (ASR) ^{7}

يحدثُ هذا التفاعلُ عندَ وجودِ مكوّناتٍ سيليسيّةٍ تفاعليّةٍ في الركامِ تتفاعلُ مَع قلويّةِ عجينةِ الإسمنتِ المتصلّبة، ممّا يؤدّي إلى تشكّلِ هلامٍ متمدّدٍ يمتصُّ الماءَ ويُسبّبُ تشقّقاتٍ شبكيّةٍ وانتفاخاتٍ موضعيّة. وترتبطُ هذهِ الآليّةُ أساساً بخصائصِ الموادِّ المُستخدمَة، إلّا أنّ تأثيرَها يزدادُ في البيئاتِ الرطبَة.

5. دورُ التجمّدِ والذوبانِ (Freeze–Thaw Damage) ^{8}

ينشأُ هذا النوعُ منَ التدهورِ نتيجةَ تجمّدِ الماءِ داخلَ المساماتِ الشعريّةِ للخرسانة، ممّا يولدُ ضغوطاً داخليّةٍ متكرّرةٍ تُسبّبُ تشقّقاتٍ دقيقةٍ وتقشّراً سطحيّاً تدريجيّاً. وتزدادُ خطورةُ هذهِ الآليّةِ في الخرسانةِ مرتفعةِ النفاذيّةِ أوْ عاليةِ الإشباع.

6. الظواهرُ الفيزيائيّةُ والتقلّصُ كعواملٍ مؤثّرةٍ في الديمومة ^{9}

تلعبُ الظواهرُ الفيزيائيّةُ دوراً مهمّاً في التأثيرِ على ديمومةِ الخرسانة، وتشملُ هذهِ الظواهرُ الإجهاداتِ الحراريةِ وأنماطَ التقلّصِ المختلفَة، كالتقلّصِ اللّدنِ والتقلّصِ الجافِّ، إضافةً إلى التقلّصِ الذاتيّ.

 وتؤدّي الفروقاتُ الحراريّةُ وفقدانُ الرطوبةِ السريعُ إلى نشوءِ إجهاداتٍ وتشقّقاتٍ مبكّرةٍ تسهّلُ تغلغلَ العواملِ العدوانيةِ وتسرعُ آليّاتِ التدهورِ اللاحقة.

أنظمةُ التعرّضِ البيئيّ في سوريّة (Syrian Exposure Classes – SEC) ^{10}و{11}

بعدَ تحليلِ آليّاتِ التدهورِ الحاكمةِ وتحديدِ العواملِ المؤثّرةِ في استجابةِ الخرسانَة، تبرزُ الحاجةُ إلى تبويبِ البيئاتِ السوريّةِ ضمنَ أنظمةِ تعرّضٍ مرجعيّة. يهدفُ هذا التصنيفُ إلى توصيفِ أنماطِ التعرّضِ البيئيّ وتحديدِ المخاطرِ الأكثرِ احتمالاً لكلّ نطاقٍ جغرافيّ، بِما يمثّلُ خطوةً تمهيديّةً تربطُ الواقعَ الجغرافيّ والجيومورفولوجي بآليّاتِ التدهورِ المسيطرة.

وتنسجمُ هذهِ المقاربةُ مَع التباينِ المناخيّ الواضحِ في سوريّة وفقَ تصنيفِ كوبن–غيغر للمناخِ

(Köppen–Geiger Climate Classification)، حيثُ يمكنُ تمييزَ نطاقاتٍ مناخيّةٍ رئيسيّةٍ تشملُ المناخَ المتوسطيّ الرطبِ نسبيّاً على الساحل، والمناخَ شبهِ الجافِّ في المناطقِ الداخليّة، والمناخَ الجافَّ في الباديةِ والمناطقِ الشرقيّة، وهيَ نطاقاتٌ تنعكسُ بصورةٍ مباشرةٍ على خصائصِ الرطوبةِ ودرجاتِ الحرارةِ ومعدّلاتِ التبخّر، وبالتالي على طبيعةِ آليّاتِ التدهورِ المسيطرةِ في الخرسانةِ وتطورّها الزمني.

وفي هذا الإطار، تُصنّفُ البيئاتُ السوريةُ ضمنَ سبعةِ أنظمةِ تعرّضٍ رئيسيّةٍ على النحوِ المُقترحِ في الجدولِ -1- الذي يبيّنُ الربطَ المنهجيّ بينَ أنظمةِ التعرّضِ البيئيّ في سوريّة (SEC) والآليّاتِ الحاكمةِ لتدهورِ الخرسانةِ ضمنَ كلِّ نظام، بوصفهِ إطاراً مرجعيّاً تمهيديّاً للعرضِ التحليليّ اللاحق.

وعلى سبيلِ المثالِ، تجدرُ الإشارةُ أنَّ الكربنةَ قدْ تحدثُ بدرجاتٍ متفاوتةٍ ضمنَ مختلفِ أنظمةِ التعرّضِ البيئيّ، إلّا أنّها تُعدّ الآليّةَ المسيطرةَ بصورةٍ خاصّةٍ في البيئاتِ الداخليّةِ الجافّة.

ولا تمثّلُ هذهِ الأنظمةُ حدوداً مناخيّةً صارمة، وإنّما نطاقاتِ تعرّضٍ مهيمنةٍ قَد تتداخلُ فيما بينَها تبعاً للظروفِ المحليّةِ وطبيعةِ المَنشأ. ويستندُ هذا التصنيفُ مِن الناحيةِ المفاهيميّةِ إلى فلسفةِ أنظمةِ التعرّضِ البيئيّ المعتمدةِ في المواصفاتِ الدوليّةِ مثل EN 206، مَع إعادةِ تكييفِها بما يتلاءمُ مَع الخصوصيّةِ المناخيّةِ والجيومورفولوجيّةِ للبيئةِ السوريّة. يمثّلُ هذا التصنيفُ إطارًا تحليليًّا أوليًّا يهدفُ إلى تنظيمِ البيئاتِ السوريّةِ لأغراضِ التصميمِ القائمِ على الأداء، ولا يشكّلُ مواصفةً وطنيّةً مُلزمة.

الجدول -1- تصنيف البيئات السوريّة

تفسيرُ آليّاتِ التدهورِ ضمنَ البيئاتِ السوريّة

لا يقتصرُ تأثيرُ البيئةِ في تحديدِ نوعِ التدهورِ فَحسب، بلْ يمتدُّ ليؤثّرَ في سرعةِ تطوّرهِ وآليّةِ انتشارِه داخلَ الخرسانة، وهوَ ما يشكّلُ حجرَ الأساسِ في منهجيّةِ التصميمِ القائمِ على الأداء. ويمكنُ تفصيلُ عملِ هذهِ الآليّاتِ ضمنَ أنظمةِ التعرّضِ السوريّة (SEC) كَما يلي:

SEC‑1 (البيئةُ الساحليّة): تتميّزُ هذهِ البيئةُ بارتفاعِ الرطوبةِ الجويّةِ وتركيزِ الأملاحِ العالي، ولا سِيّما أيوناتِ الكلوريد (Cl^–)، حيثُ تتغلغلُ هذهِ الأيوناتُ عبرَ المسامِ والتشقّقات. وبمجردِ وصولِها إلى التسليح، يتمُّ تدميرُ طبقةِ التخميلِ الواقيَة، ليبدأَ تآكلٌ موضعيٍّ سريعُ التطوّر. ممّا يؤدّي إلى ظهورِ تشقّقاتٍ طوليّةٍ وتقشّرٍ مبكّرٍ للغطاءِ الخرساني.

SEC‑2 (البيئةُ الداخليّةُ الجافّة): تتّسمُ هذهِ البيئةُ بانخفاضِ الرطوبةِ النسبيّة، ما يُسهّل انتقالَ وتغلغلَ ثاني أكسيدِ الكربونِ داخلَ الشبكةِ المساميّةِ المتّصلةِ للخرسانة، ممّا يخفّضُ قلويةَ الخرسانةِ فتتآكلُ ويفقدُ التسليحُ حمايتَه الطبيعيّة.

SEC‑3 (بيئةُ البادية): تتّصفُ هذهِ البيئةُ بانتشارِ التربِ الغنيةِ بالكبريتات، تزامناً مَع درجاتِ حرارةٍ مرتفعةٍ وتبايناتٍ حراريّةٍ يوميّةٍ كبيرة. الأمرُ الذي يسهّلُ هجومَ الكبريتاتِ وتشكيلَ مركّباتٍ تمدّديّةٍ تسرّعُ تشقّقَ البنيةِ وتفكّكَها بتأثيرٍ محفّزٍ مِن الحرارة. ويُعدّ هجومَ الكبريتاتِ الآليّةَ الكيميائيّةَ المسيطرةَ في هذا النظام، في حين تلعبُ الحرارةُ العاليةُ دوراً مسرِّعاً لتفاعلاتِ التدهور. ويؤدّي ذلكَ إلى تشكّلِ مركّباتٍ تمدّديّةٍ داخلَ المصفوفةِ الخرسانيّة، تُضعفُ البنيةَ الداخليةَ وتسرّعُ عملياتِ التشقّقِ والتفكّكِ التدريجي.

SEC‑4 (بيئةُ الجزيرة): تتميّزُ بتداخلِ عدةِ عواملٍ بيئيّةٍ عدوانيّة، من بينِها وجودُ الأملاحِ في التربةِ والمياهِ الجوفيّة، إلى جانبِ دوراتٍ متعاقبةٍ من الرطوبةِ والجفاف. ويؤدّي هذا التناوبُ إلى تفعيلِ آليّاتِ تدهورٍ متداخلةٍ ومترابطَة، تشملُ هجومَ الكبريتاتِ والكلوريداتِ بالتزامنِ مَع تأثيراتٍ فيزيائيّةٍ ناتجةٍ عنِ التمدّدِ والانكِماش، ما يجعلُ سلوكَ الخرسانةِ أكثرَ تعقيداً وحساسيّةً لخصائصِ البنيةِ المساميّة.

SEC‑5 (البيئةُ الجبليّة): تخضعُ المنشآتُ الخرسانيّة في هذا النظامِ إلى دوراتٍ متكررةٍ من التجمّدِ والذوبان، والتي تُعدّ الآليّةَ الفيزيائيّةَ الحاكمةَ للتدهور. ويؤدّي تمدّدُ الماءِ داخلَ المسامِ عندَ التجمّدِ إلى نشوءِ ضغوطٍ داخليّةٍ دقيقةٍ تتراكمُ مَع الزمَن، مسبّبةً تشقّقاتٍ بنيويّةٍ وتقشّراً سطحيّاً، وتراجُعاً تدريجيّاً في الخواصّ الميكانيكيّةِ للخرسانَة.

SEC‑6 (البيئةُ الصناعيّة): تتعرّضُ الخرسانةُ في هذا النظامِ إلى ملوثاتٍ غازيّةٍ عدوانيّةٍ ناتجةٍ عنِ النشاطِ الصناعي، مثل ثاني أكسيدِ الكبريتِ وأكاسيدِ النيتروجين وثاني أكسيدِ الكربون. وبوجودِ الرطوبةِ تؤدّي هذهِ الغازاتُ إلى ذوبانِها وتكوّنِ بيئاتٍ سطحيّةٍ ذاتِ طابعٍ حمضيّ ضعيفٍ نتيجةَ ذوبانِ الغازاتِ العدوانيّة. ويُسهمُ ذلكَ في تدهورٍ كيميائيّ سطحيّ لعجينةِ الإسمنتِ المتصلّبة. إضافةً إلى تسارعِ عمليّةِ الكربنةِ نتيجةَ زيادةِ نفاذيّةِ الغطاءِ الخرسانيّ وتغيّرِ خصائصِهِ الوقائيّة. كما تُسهم هذهِ الظروفُ في تنشيطِ تفاعلاتٍ كيميائيّةٍ سطحيّةٍ خفيفةٍ تُسرّع من تدهورِ البنيةِ السطحيّةِ وتزيدُ مِن نفاذيّةِ الخرسانة، ممّا ينعكسُ سلباً على متانتِها طويلةِ الأمد.

SEC‑7 (البيئاتُ الانتقاليّة): تتداخلُ في هذا النظامِ أكثرُ من سمَةٍ بيئيّة، كما تشهدُ شروطُ التعرّضِ تحوّلاً ديناميكيّاً مَع الزمن. وفي هذهِ البيئات، لا تسودُ آليّةُ تدهورٍ واحدة، بلْ يظهرُ نظامٌ تفاعليّ مركّبٌ تتغيّرُ فيهِ الآليّاتُ المسيطرةُ بحسبِ شدّةِ التعرُّض، وتطوّرِ التشقّقات، وتغيّر خصائصِ النقلِ داخلَ الخرسانة.

يبيّنُ التحليلُ السابقُ أنّ آليّاتَ التدهورِ في الخرسانةِ لا تعملُ بمعزلٍ عنِ البيئةِ المحيطَة، بلْ تتحدّدُ طبيعتها وحدّتها وفقَ نظامِ التعرُّضِ السائِد. وعلى الرغمِ منْ أنّ معظمَ هذهِ الآليّاتِ قدْ تظهرُ بدرجاتٍ متفاوتةٍ في أكثرِ منْ بيئَة، إلّا أنّ كلّ نظامِ تعرّضٍ يفعّلُ آليّةً أو مجموعةَ آليّاتٍ مهيمنةً تتحكّمُ في سلوكِ الخرسانةِ وأدائها على المدى الطويل.

ويعكسُ هذا التباينُ البيئيُّ بوضوحٍ أنّ الاعتمادَ على مقاومةِ الضغطِ وحدهُ لمْ يعدْ كافياً لضمانِ ديمومةِ المنشآت؛ إذْ إنّ لكلّ بيئةٍ مخاطرَ مسيطرةً ومتطلّباتِ أداءٍ تخصّصيّةٍ تتجاوزُ المؤشراتِ الميكانيكيّةَ التقليديّة. ومنْ هذا المُنطلق، لا يُنظرُ إلى تصنيفِ أنظمةِ التعرّضِ (SEC) بوصفِه حصرًا صارمًا، بلْ كإطارٍ تحليليّ يحدّدُ المخاطرَ المحتملةَ ويمهّدُ للانتقالِ إلى مقاربةٍ تصميميّةٍ قائمةٍ على الأداءِ تربطُ بينَ ظروفِ التعرّضِ والسلوكِ المتوقّع، وهوَ الجوهرُ الذي يسعى نموذجُ AOSD إلى تحقيقِه.

يُترجمُ نموذجُ AOSD أنظمةَ التعرّضِ إلى متغيّراتٍ تصميميّةٍ قابلةٍ للقياس، حيثُ يتمّ الحدّ من الكربنةِ عبرَ تقليلِ النفاذيّةِ وتحسينِ جودةِ الغطاءِ الخرساني، بينَما يتمّ التحكّمُ في تغلغلِ الكلوريداتِ منْ خلالِ خفضِ معاملِ الانتشار، في حينِ تعزّزُ مقاومةُ التجمّدِ والذوبانِ من خلالِ تطويرِ نظامِ الفراغاتِ الهوائيّةِ الدقيقةِ داخلَ الخرسانةِ باستخدامِ إضافاتٍ حابسةٍ للهواء.

الإطارُ المفاهيميّ لنموذجِ AOSD وتطويرهِ المستقبليّ ^{12}

وعلى الرغم من أن النماذج الحديثة لتقدير العمر الخدمي، كما هو الحال في إطار fib Model Code،تعتمد على الربط بين أنظمة التعرض ومقاومة الخرسانة ومؤشرات الأداء الكمية، فإن تطبيق هذه المقاربات يتطلب توافر بيانات تفصيلية وإجراءات نمذجة قد لا تكون متاحة دائماً في الواقع الهندسي المحلي. كما أن الممارسة التصميمية التقليدية ما تزال تعتمد بدرجة كبيرة على مقاومة الضغط بوصفها المؤشر الرئيس لجودة الخرسانة، دون ترجمة منهجية لظروف التعرض البيئي إلى متطلبات أداء تصميمية قابلة للقياس. ومن هنا تبرز الحاجة إلى إطار مفاهيمي مبسط يترجم توصيف التعرض البيئي إلى متطلبات أداء قابلة للتطبيق، مع المحافظة على فلسفة التصميم المعتمد على الديمومة والعمر الخدمي..

انطلاقاً منْ أنّ البيئاتِ الخرسانيّةَ في سوريّة تمثّلُ طيفاً متدرّجاً من أنظمةِ التعرّضِ تتداخلُ ضمنَه آليّاتُ التدهور، يُقترحُ نموذجُ AOSD (Application-Oriented Structural Durability) بوصفه إطاراً تصميميّاً قائماً على الأداءِ يهدفُ إلى تحويلِ البيئةِ من عاملٍ خارجيّ وصفيّ إلى متغيّرٍ تصميميّ يُدمَج في عمليّةِ التصميم. وبدلاً من التركيزِ التقليديّ على مقاومةِ الضغط، يعيدُ هذا النموذجُ تعريفَ عمليةِ التصميمِ لتبدأَ من تحديدِ آليّةِ التدهورِ الحاكمةِ وصولاً إلى صياغةِ متطلّباتِ أداءٍ تضمنُ تحقيقَ عمرِ الخدمةِ المُستهدَف.

وَلترجمةِ هذا الإطارِ إلى ممارسةٍ هندسيّة، يَعتمدُ الإطارُ المفاهيميّ المُقترحُ لنموذجِ AOSD على الخطواتِ التالية: (1) تحديدِ نظامِ التعرّضِ البيئيّ كتوصيفٍ متكاملٍ للعواملِ المُحيطة، (2) تحديدِ آليّةِ التدهورِ الحاكمةِ (مثلِ الكربنةِ أو الكلوريدات)، (3) تقييمِ شدةِ التعرّضِ البيئيّ، (4) تحويلِ الآليّةِ إلى متطلباتِ أداءٍ قابلةٍ للقياسِ مثلِ حدودِ النفاذيّةِ أو معاملِ الانتشار، (5) تصميمِ الخلطةِ الخرسانيّةِ المُثلى عبرَ ضبطِ نسبةِ الماءِ إلى المادّةِ الرابطةِ (w/b)، واختيارِ نوعِ الإسمنتِ والملدّناتِ المُناسبة، واستخدامِ الموادِّ الإسمنتيّةِ التكميليّةِ (SCMs)