الدراسة السويسرية توضح أن الرطوبة هي عامل حاسم في تآكل الخرسانة

وفقًا لنموذج جديد من المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ (ETH Zurich)، يمكن أن تستمر تركيبات الخرسانة منخفضة ثاني أكسيد الكربون (CO₂) في بعض المواقع لمدة تصل إلى 50 عامًا، لكنها قد تتدهور في وقت أبكر في مواقع أخرى. تم نشر النموذج في 7 سبتمبر، ويهدف إلى تعزيز الاستخدام الواسع للخرسانة الصديقة للبيئة دون زيادة مشاكل الصيانة الإضافية. قام فريق البحث باختبار ثلاث تركيبات خرسانية، واستخدم بيانات الأرصاد الجوية من زيورخ في سويسرا، وبرغن في النرويج، وماناوس في البرازيل، وهويلاي في الصين. يتتبع النموذج التغيرات في الرطوبة داخل الخرسانة ويحسب معدل تآكل حديد التسليح.

أصبحت الرطوبة العامل الحاسم.

تأثير الرطوبة على الخرسانة

الخرسانة ضرورية في البناء الحديث، لكن إنتاج الأسمنت يطلق كميات كبيرة من CO₂. يساعد الأسمنت منخفض الانبعاثات في بناء مبانٍ أكثر استدامة، لكن الخرسانة المصنوعة من هذه الخلطات غالبًا ما تتعرض للكربنة بشكل أسرع من الخلطات التقليدية. في عملية الكربنة، يتغلغل CO₂ من الغلاف الجوي في الخرسانة ويغير تركيبتها الكيميائية، مما قد يزيل الطبقة الواقية المحيطة بحديد التسليح ويتسبب في تآكله. تركز المعايير الحالية على إبطاء الكربنة، وأشار الباحثون إلى أن هذا يتجاهل عيوب الخلطات منخفضة CO₂ فيما يتعلق بمعدل تآكل حديد التسليح لاحقًا.

تتجاوز تأثيرات الرطوبة بكثير الفروق بين التركيبات الثلاث. تقول كريستيانا ألبرت من معهد مواد البناء في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ إن حديد التسليح في الخرسانة الرطبة يتآكل بسرعة تصل إلى 100 مرة أسرع من الخرسانة الجافة.

أداء الخرسانة في مناخات مختلفة

على الرغم من أن الظروف المناخية في المواقع الأربعة متنوعة، إلا أن المعايير الأوروبية تصنف هذه المواقع الأربعة ضمن نفس فئة "التناوب بين الرطوبة والجفاف". يُظهر النموذج أن أداء نفس الخرسانة في كل موقع قد يختلف تمامًا. "تأثير المناخ تجاوز توقعاتنا بكثير، فقد يختلف أداء نفس الخرسانة بشكل كبير في ظروف مناخية مختلفة"، كما يقول أولي أنغست، أستاذ متانة المواد في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ. توفر برغن وماناوس أمثلة واضحة، حيث يبلغ هطول الأمطار السنوي فيهما حوالي 2500 ملم، لكن معدلات التآكل المحسوبة اختلفت.

يمكن تفسير هذا الاختلاف بالعامل الزمني، فالخرسانة تمتص الماء بسرعة ولكن تجف ببطء، وترتيب موسم الأمطار والموسم الجاف يؤثر على هطول الأمطار السنوي أو متوسط الرطوبة بشكل أكبر. لذلك، قد تكون بعض أنواع الخرسانة منخفضة CO₂ قابلة للاستخدام المستدام لمدة 50 عامًا أو أكثر في بعض المواقع، ولكنها قد تتدهور في وقت أبكر في بيئات أخرى.

لا يزال هذا النموذج بحاجة إلى التحقق في ظروف حقيقية. لا تعني النتائج أن الخرسانة منخفضة CO₂ غير متينة أو غير آمنة بطبيعتها. يمكن أن تتساوى قوتها مع الخرسانة التقليدية، وحتى إذا كانت عملية الكربنة أسرع، إذا لم يظل material رطبًا، فقد يظل معدل تآكل حديد التسليح بطيئًا. "نحن بحاجة إلى فهم أفضل لسلوك الخرسانة الصديقة للبيئة في ظروف مناخية مختلفة على المدى الطويل"، كما تشير ألبرت. لذلك، قد يحتاج المشروع المستقبلي إلى اختيار الخرسانة بناءً على المناخ المحلي بدلاً من تطبيق نفس المعايير في جميع المناطق. قد تحتاج المناطق المعرضة للرطوبة بشكل خاص إلى تدابير إضافية للحد من تغلغل الماء.

"لذا، قد تصبح المعايير الحالية عقبة أمام المواد الجديدة الأكثر استدامة"، يضيف أنغست.

لم يتم إعداد هذه الطريقة بعد للاستخدام في التخطيط الروتيني، حيث لا تزال حساباتها معقدة، وتحتاج إلى التحقق من صحتها في مبانٍ حقيقية قبل أن يتمكن الباحثون من تطوير طرق أبسط لتقييم الخرسانة الجديدة. قد تتضمن اختبارات المناخ المستقبلية أيضًا تغير المناخ، حيث قد يؤدي تكرار ومدة فترات هطول الأمطار والجفاف إلى تغيير معدل التآكل وتحديد أي نوع من الخرسانة منخفضة CO₂ لا يزال مناسبًا لموقع معين على المدى الطويل.

التحديات والردود على الخرسانة الصديقة للبيئة

مع زيادة الوعي البيئي، تكتسب الخرسانة منخفضة CO₂ أهمية متزايدة، لكن متانتها على المدى الطويل تتعرض لتحديات من العوامل المناخية. تُظهر الأبحاث أن تأثير الرطوبة على تآكل حديد التسليح يتجاوز بكثير تركيبة الخرسانة نفسها، مما يعني أن أداء الخرسانة قد يختلف اختلافًا كبيرًا في ظروف مناخية مختلفة. هذا الاكتشاف يدفع صناعة البناء إلى إعادة التفكير في المعايير، وفي المستقبل، يجب مراعاة خصائص المناخ المحلي عند اختيار الخرسانة لضمان متانة وسلامة الهيكل.