الموضوع :آليات ال نهيار في المواد البيتونية FRACTURE MECHANISMS IN REINFORCED COCRETE اعداد الدكتور المهندس عدنان يعقوب جامعة الشام -1مقدمةةة :إن التعريففا ال ف لل لانهي ف ف ففم ال ف ا ال ركب ف (البلت ف ن ال ح ف غل ففر واح ف و ففم ون ن اه ف ت ففآل ا نن إن وه ففا م ف و ال ف ا والت ففم اعتب ففر و ف ا غل ففر وت نح ف وك ف لع ال تع ف الطبق ف ت اب ف ي الع ي ف وففن ا نهي ف فات ال ح ف ي لبففا ن اففت طم ال ف كهففرن ومن ف ا ب ف ن ا نهي ف ف األولففم ال ح فعم لففي إلففآل ج فينلن واح ف لن و وففن الوففروف ن يتط ف ا وففا الاففنا ال ه ف نم لانهي فن اح آل ا نهي فات ال ح ي بعل ب و ن اط ف ا نهي فات ال ح ي واياي م وفا ييف ال ففا ال طبف ف و و ففا ال ففيون يف ف ي إل ففآل اف فراكم وا ففا العلف ف ب مف ف و ولف ف لع ف ف ن آليف ف ت التف فراكم والت يا له و العل ب ا خ بعلن ا عتب ف ون ل ظ نا نه و تآل ا نهي ف الك وان ي صفا ا نهيف ف ففم ج يفا وحففت ي ت الت لفا وتففرو الت لفا و ففم ج يفا ال ف ا ال ركبف باففنا بعفا ال ظريف ت لهف سف س لييف نم وغ ف ع م ،م ف في حي ن ا مف و ال ظريف ت ا ف وأ ن اعطفم عالف ت عن وعطي ت ع ي والتم اعتبر ن ع ل ص من وفن وجهف نظففر ال صف م اإلناف نم ،نففم وفن ال وفا ن ينف ن و يف ف ا نهيف ف ل اففا ل تطبلف ففم وح ففت ل الطبق ف ت وال ن ن ف ت ال ات ف ل ف البلت ني ف ن و ن ا نهي ف ف ففم م ف و الطبق ف ت (الطبق ففم ال ينرويف ففم ال يففا (لوففب ن التحف ي /ال لتصف يا وف ا ات وال ن ن ت م ات لم لتراكم ا نهي فات ال ينروي ن ومن ا ون ال هم ان ً هم س سي ت ا نهي افت ال حف (ال صففآل وا سف وت ن ع لي ن -2آليات النهيار :Failur Mechanisms إن ال ف ا ال ركبف ال قف ا بف ل يا ا هف ف ب ليف ت ال ات ف الت ليف انظفر الافنا ( 1والتففم ا عآل بآلي ت ا نهي ف ال ينروي : -1انكح ف ال يا ال ق ي -2ا ل (الت اء ال يا Fiber fracture Fiber kinking 1 -3ا -4س (اناق ق ال يا Fiber splitting ال يا خ فجي ً Fiber pullout -5صا ا لتص ق (الت سع الن ال يا وال -6ت ال ح م ال -7الاق ق العرح ني ال ح Fiber/matrix debonding matrix cracking Radial cracks و ا نهي فات التم ا صا م وحت ل الطبق ت: 1ن ا نهي فات الطبقي ع آل تنا تق ق انتق لي م الطبق ت وبانا و ايي لأللي فن 2ن ا نهيف فات ففم ال ف ال حف وا ا ف و الع ف ي وفا األليف ف ع ف و اكف ن األليف ف مففم ال حيطر ن Fiber-dominated failures in planes rependicular to the Fiber. delamination 3ن ال صا الن الطبق ت ال ات إن انكح ف ال يفا (القوفل ال حفت ر إلفآل لطعتفلن و كهفر مف خطفر نف وفن نف ا ا نهيف فات ب عتب ف ن األلي ف (القوفب ن عبف ف عفن ال نف ن األس سفم والتفآل اقف م ا قفا ال ف ت ويفتم مف ا ا نهي ف نتي ف اجهف ات تف فم ف أ البلتف ن ال حف ،انكحف ف ال يفا ال حف ا ثلر ي ثا فم الافنا(-1 ل تف و فيف ع ف و ينف ن اإلجهف ال طبف ع فآل ال يفا كبفر وفن إجهف الا ال ح ح بمن و انح ب ال يا خ فج ً ( Fiber pulloutالانا -1ب في ف ث فم ف أ وث انكح ف ال يا وا إيال الق الرابط الن ال يا/ال ال حف ف ( matrix crackingالاف فنا -1ج ي ف ف ث ع ف ف و اكف ف ن وت نف ف ال ف ف تف ف ال ف ف ال ح ف ع ففآلن ا ل ف وحففبب ً لت ل ف األلي ف ف (الا ففنا -1مف ف ي ف ث ع ف و ين ف ن إجه ف الو ف ال ي ففا ،و ن إجه ف الت ل ف لا اص ال يا وال اناق ق (ا ال ح (تنا -1ن ال ففرج ل يففا ال ت ح ففا ح ف ن ال ف ال ف في ال ح ف ا ف با ال ح ن ال يفا والافق ق العرحف ني فم سفط ال صفا (الافنا -1و ي ف ث ع ف و اكف ن ا جه ات العرح ني م ال يا و ال طق الرابط الن ال يا وال ال ي ن 2 ال ح اصا إلآل القي ف الانا ( : 1آلي ت ا نهي ف م ال ا ال ق ا ب أللي ف -3سطح التالمس بين المادة الحاضنة والمادة المقوية: ي ان يعف لج سفط ال ف ال ق يف (القوفب ن بطريقف وف لت قلف ا فابف ال ح ،لت حي م ي م ا ا فاب إن ال ا ال طب ع آل ال ال يء األس سم م وق وو س ق م بارح بعا ال ق ون وله ا الحب ي ال ق ي التم اعتبر ن ين ن ا فاب ات وت ن وصاب ع للتلن ،و لث ن وت ن طبق ا فاب ا نهي ف م ال كنان ا فاب ا نهيف ف عف أ ،ال ف ا فابف ب إلحف اله و ال تع ق اه ا ال ح ن ال ح وه ك ن ن عم ي تقا ع ً إلآل ال كنا ،ويتم م ا ال قا ون خفاأ سفط ا فابف ا الا ع آل ال الن ال ن نتلن ا س سلتلن (ال ح وال ق ي ال ص أ ع آل و ال ط ف ب وفا ال ف ل ي ً وب لت لم ا ثر ع آل س الو يا يع م صا ووت ن و ا وتلن ووق اف ان ع أ القف ي يع فم العنف إلفآل لفع ف ن لاف اص سفط ا فابف ولكفن ان عف أ انهيف ف وف ا ا ي سف اف ثل اًر ع فآل الاف اص األخفرل ل ف مف ن وهفا وق ووف الي ففو والتع ف و ففم ج يففا م ف و ال ف ت ف ن العال ف اففلن الا ف اص ال ين نيني ف ل بلت ف ن ال ح ف لحط ا فاب ال ق يف ع فآل تفنا اليف ف وحفت ر (لوفب ن التحف ي وخ اص سط ا فاب مم عال وعق بانا ع من م ي فم ف أ ك نف ال ف و جحي ت (ال صآل وكق ع ع و اات و خ اص الحط ب ختاف ن الففتاو اففلن سففط م ال ف ال ال ق ي ن نتي ف ال ق ي ف وال ح ف يتاففنا ففم بعففا ال ف ت ط ف ف واح ف وو لففي و ففم بعففا ال ف ت اتا فنا طبق ف صففا بح ف ك اب ففأ بوففا بع ف ال ح ف 3 ال في ف ،ا ف عآل م ف و الطبقف ا ف planar regionن ووفن خفاأ ا فع الطبقف يفتم ا نتقف أ وفن خصف نا ال ف إل فآل خص ف نا ال ف وت ن ال ق ي ف والعن ف ص ف ي وع ف ا ففع الطبق ف ين ف ن التركل ف الكي ي ف نم غلففر وب لت لم ع م است ارفي الب ي ال ييئي او الب في وب لت لم ا لر م الا اص ال ين نينيف والا ف اص األخففرلن وك ف ن خص ف نا طبق ف ال فرب اتع ف ب لتركل ف ال ح وال ال ق ي وك لع باا ن وتنا سط ال فم ف أ الت ف س ال لف افلن ال ف ال حف وال ف وي نففن ان اتاففنا ن ف ا وات ف و ف ا فاب ف بآلي ت وتع و لع ل م آن وا ال ق يف ي صفا افابف ب إلح ف ع وا ال ات الكي ي ف نم لك ففا وففن ال ف ال ق ي ن اففلن مف ين الحففط لن الففآل لففع ي نففن ان ي ف ث م ف ا ا فاب ف ال ح وال ق ي ،ع آل سبلا ال ه أ ون ال ال فرب ال ين ف نينم واأللكتروسففت اينم وع ف ًن وك ف ن آلي ف ا فاب ف ي نففن ن ات لففر خففاأ ال ار ففا لإلنا ء و ان ات لر وا اليون اث ء ا سته ف وها ا أ ا فاب كي ي نمن ك ان ن يعت ف ع فآل ع اوفا ع يف وهفا الاف ان ا فاب ا سط اإلح في التم اتانا اث ء ا ستا ام (الص م ال حف ع ( 2ا فاب م القوب ن ن ن ا ل رب الن الحط ح ال تاوح م البلتف ن ال حف ا لكتروست اينم ( 3ا فاب الكي ي نم ( 4ا فاب ا لكتروست اينم إلآل ال جف ع فآل الحفط و هف 1( :ا فابف و ال ينف نينم ا نتا فين ك م وبفلن فم الانا ( 2ن آ -الرتباط الميكانيكي Mechanical Bonding إن الرب الن سط لن ك م وبلن م الانا ( 2ي نن ان ي ي إلآل ا سع جل ووعق أ الن الحط لن وون ال اح ان التعال او الت اخا الن خا ن ت الحط ح ين ن اعظ يف ً ع ف و اكف ن الح ففط ح خا ف وب لتف ف لم ين ف ن ا فابف ف ال ين ف نينم كه ففر ا س ففن ًن ب إلح ف إل ففآل ل ففع ف ف ن ي انك ف ل ل ف ي ي إلآل يي ي وا م ا ال ال حف ف (ا س ف ل الرب ن ون ا فاب ف أ ال ف ف ع و اك ن الق ل ال طبقف و اييف ً ل حفط لا ،وع اعرض الحط لق ل الا ال ففبعا وب لت ف لم ص ف ه ول ف لع ي ف ي صا م ا ا فاب ل اء القو ففب ن ال ال ق ي ف س ف ً ي ي ف و ال ص ففآل لف وجف اجهف ات ن م و الق ل ست ي إلآل اني ق الحط لن ع آل بعوفه و وان ي ار قم ن ن اك ف ن كه ف الب ففرويات ع لي ف ن ففم غ ف ال ف ت آخرن ب -الرتباط األلكتروستاتيكي Electrostatic Bonding ي ف ث مف ا ال ف م ا ال ع ف و اكف ن ال ف ال حف وال ف ع آل ا ختاف م ن الا ال ق يف ات تف تلن وات تففلن ،ا اً يعت ف الكهرب نيف ل ن نف ت ال ات ف ل ف ص لر نحبي ً ون ورابف البعف الف في وب لتف لم ينف ن مف ا ال ف 4 حف ي ًن و فم وي ف ث فم و ف أ لف البلتف ن ال حف م ا ا فابف غلفر و جف الن الط م والقوب ن ال افلن ال صفآل والط فم ا سف تم كام ف ات تف ين و ث ف ال ف ي جف ج -الرتباط النتشاري Interdiffusion Bonding ي نن ان ا تار فات ون نف ت البلتف ن ال حف لت ع ال ن ن ت وم يتم افاب حف ن بعوفه الفبعا و لفع ع ف سفط الفتاو ال ن ن ت ال تاوح بآلي ا عآل ا فاب ال فرب ا نتا ف في interfacial layerاتراكلف ف ا نتا في واافنلا طبقف كي ي ني ف وب ففآل وات ف ن وخف ف اص م ف و الطبقف ف اات ففو عففن خف اص كففا وففن ال ف ا ال تاوحف ن اتع ف سف ك م ف و الطبقف باففنا س سففم ب ف ليون و فج ف ال ففراف ووع وففا ا نتا ف ف ال ف في ال ف ي يففي ا باففنا اسففم وففا يي ف لعال افمل س الت لي : فج ف ال فراف Tو ق ف ً )Dd = Do.exp(-Q/RT لث Qط ل الت اي ومم الط ل الايو ل قا ال ف ون ون ن إلآل آخر والايو لانتاف فDo ، ثا R ،ثا ال يات الع م T ،فج ال راف ن او وح الرب اعطآل ب لعال التقريبي الت لي : ا نتا ف والتم اعبر عفن سف ك طبقف x = (Dd.t)1/2 واخل اًر ي نفن القف أ بف ن طبقف الفرب ي نفن ان ات لفر اث ف ء ا سفته ف وفن لفث الحف ك وال ت نف ، وك ي نن ان اتانا طبقف ت خفرل التفم ي نفن ان ا ف ب سفت راف ويف ي مف ا ال ف إلفآل اافنلا طبق ت فب وعق ج اًن 5 الانا ( : 2ن ا ا فاب الن ون ن ت ال ا ال ركب -4الشقوق في البيتون: تعتبر الشقوق والتجاويف من األضرار التي تلحق بالهيكل الخرساني ،والتي قد: • تقلل من قدرة التحمل وضعف الهيكل؛ • تسبب في فقدان العنصر الهيكلي صالبته والتوقف عن العمل كعنصر مقوى بالكامل للمقطع العرضي للخرسانة. • يؤدي إلى إخفاقات وكوارث في الهياكل اإلنشائية والتدمير الكامل (الناتج عن التلف والشقوق). 6 لهذه األسباب ،فإن معرفة وفهم الظواهر المسببة لتراكم الشقوق في الهياكل الخرسانية المسلحة ضا وبيان األماكن األكثر احتماالً لتواجدها له أهمية كبيرة في كثير من النواحي ،إنه من المهم أي ً معرفة كيفية تحديد االنقطاعات المادية في العناصر الهيكلية بحيث يمكن منع انتشارها ،وبالتالي حماية الخرسانة من تدميرها التدريجي. لهذا الغرض يجب تحليل شكل الشقوق الميكروية وتشخيص مسار انتشارها في العناصر الخرسانية غير المسلحة والخرسانية المسلحة. إن اشكال ومسارات انتشار الشقوق تعتمد على األحمال واالجهادات التي تحدث في الهيكل. باإلضافة إلى ذلك ،بنا ًء على دراسات خاصة بالبنية المجهرية للعناصر الخرسانية التالفة المعرضة للشد والقص والفتل ،يجب مناقشة صور مجهرية مختلفة لمسارات انتشار الشقوق الميكروية التي تحدث في بنية مادة الهيكل. في هذه المرحلة ،ومع ذلك ،تجدر اإلشارة إلى أنه في الهياكل الخرسانية الحالية ،يمكن إجراء تقوية أو تقوية المناطق المعرضة للشد أو القص باستخدام مواد غير حديد التسليح التقليدي مثل أنواع مختلفة من المواد المركبة أو األلياف مثل: • مركبات البوليمر المقوى باأللياف الزجاجية GFRP؛ • البوليمر المقوى بألياف الكربون. تجدر اإلشارة إلى أن التشققات في الهياكل الخرسانية والخرسانة المسلحة هي شائعة وذات سمة طبيعية للخرسانة ،وحتى متأصلة جزء من هيكلها .عالوة على ذلك ،فقد لوحظ أن البنية المجهرية من الخرسانة يحتوي على عدد كبير من الشقوق الميكروية قبل أي تحميل .بسبب االختالفات في الخواص بين الحصى ومسحوق األسمنت ،وكذلك االنكماش واإلجهاد الحراري، تظهر العيوب األولية في الخرسانة قبل التحميل في مناطق االتصال بين المادة الحاضنة والمحتويات األخرى (الحصى). يعتمد تكوين الشقوق في الهياكل الخرسانية على ميكانيكية التفاعل بين اإلضافات (الحصى أو النحاتة) والمادة الحاضنة األسمنتية. في البداية ،تكون األضرار بشكل شقوق صغيرة جدًا بحيث يكون اكتشافها أو تحليلها ممكن فقط باستخدام تقنيات الكشف الحديثة. في معظم الحاالت ،إن ظهور التشققات في الهيكل الخرساني المسلح هي ظاهرة عادية ،وفي بعض الحاالت تثير المخاوف من القدرة على التحميل .مع ذلك ،الشقوق هي نوع شائع من األضرار الهيكلية التي تعرض الخرسانة للخطر (مثل الطرق والجسور واألنفاق والسدود). حدوث تشققات في الهيكل يقلل بشكل كبير من متانة الخرسانة. 7 قد يتسبب التكسير المفرط وغير المنضبط للعنصر الهيكلي في حدوث تآكل وإضعاف التصاق المكونات مع بعضها البعض. تسبب التشققات الدقيقة تغيرات سلبية في بنية الخرسانة منها: • تشكيل الفراغات. • تقليص المقطع العرضي العامل. • تبديد الطاقة على شكل اهتزازات حرارية وميكانيكية. • ظهور أسطح جديدة. لذلك ،على الرغم من أن التكسير في عناصر الخرسانة المسلحة أمر معتاد أو طبيعي فإنه يستدعي معرفة شاملة بمسببات تشكيل الشق .في بعض الحاالت ،قد تكون التشققات الهيكلية نتيجة لظواهر مقلقة ،عملية األضرار الهيكلية ،بمجرد أن تبدأ في عملية زيادة األحمال الخارجية ،تسبب تراكم العيوب الداخلية والتي تشكل شقوق أكبر من الشقوق الميكروية وبشكل متزايد ،وتنتهي بالتدمير الكامل للخرسانة. وجود تشققات صغيرة وعدم تجانس الخرسانة يسبب تفاوتا ً في توزيع االجهادات واالنفعال في العناصر الخرسانية .باإلضافة إلى ذلك ،فإن الشقوق الميكروية يقلل من متانة الخرسانة عن طريق الحد من المقطع العرضي الفعال ،وبالتالي قدرة التحمل الفعلية تكون اقل من المحسوبة نظرياً .ولهذه األسباب يجب معرفة أسباب التشققات ونوعها ومراقبة تطور هذه األضرار بعناية خاصة ألنها تحدد درجة اإلجهاد -حالة اإلجهاد الحرجة في داخل الهيكل .معرفة ذلك يمكن أن يكون حاسما في تقييم سالمة عمليات التقييم. الشق هو عيب حقيقي داخل المادة التي يتميز بحجم وشكل معينين .وهو انقطاع في بنية المادة ويحدث على األسطح حيث ال تعمل قوى الروابط الذرية .في حالة عدم التحميل ،إن أسطح الشقوق تكون متصلة ببعضهم البعض ،بينما في حالة التحميل ،قد يتوسع الشق وتكون االسطح غير متالمسة .يمكن ان تخترق الشقوق باتجاه داخل العنصر بالكامل أو بشكل جزئي. 8 الانا ( : 3بعا ن ا التاقق ت نتي الانا ( : 4الاق ق ال ينروي ح ال ال ت ال ات ن ت ال ات ن (ت ،ان ع آل الترال 9 ء ،ان ء وا لا ،تا اجهاد القص اجهاد الشد عزم الفتل الشكل ( :)5الشقوق الميكروية في البيتون المسلح( :آ) اجهاد الشد (ب) اجهاد القص (ج) عزم الفتل -الملخص: -ع م استا ام م البلت نن ي التح ي ال ص ال ف ف -ال ف ف ا ال اخ ف ف ففم اركلف ف لو ن ا لتص ق ال ل الن التركل -ي ف ان ين ف ن ا س ف اج ف فراء ع ي ف ف ت التاف ففنلا ل ف فالن ا سط ال ات اث ء ع ي ت الص -ي و ع لي ف ب لففث يق ف م ا ف وفو ك ف س اءن البلت ني ف ف اتطبل ف ف ل ن ن ت وب لت لم لهينا األا ي او ع انت ج الب ان اك ن ال ن ن ت ال اخ التراص ال ل ويي ال بمن ال حففتا م و ج ف ل صآل ولوب ن التح ي ع آل التاو ال حف ف (ال صف ففآل والروف ففا ي ف ف وح ال ين نينم وا نتا فين فم ال ف سط التاو 10 ان اكف ف ن نظي ف ف فف ت ح فف وث ا فاب ن ال حف (ال صفآل ب حف افا جي ف ف لو ف ف ن ال ين نينم ال ل و لع ف م وات ف لوف ن (ع وا اك س ورا ا وب لتف لم ييف التفراب : ال راجا الع ي The Phenomenon of Cracking in Cement Concretes and Reinforced Concrete Structures: The Mechanism of Cracks Formation, Causes of Their Initiation, Types and Places of Occurrence, and Methods of Detection—A Review Grzegorz Ludwik Golewski Department of Structural Engineering, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Lublin University of Technology, Nadbystrzycka 40 Str., 20-618 Lublin, Poland; g.golewski@pollub.pl; Tel.: +48-81-538-4394 2004 عدنان يعقوب جامعة حلب. م. د، محاضرات المواد المركبة- .2022 ، يوسف الحموي جامعة الشام. عدنان يعقوب و م. د، إعادة تدوير قضبان التسليح- 11