إعداد: م.م كوثر حيدر عبد اللطيف قسم الهندسة المدنية – كلية الهندسة – جامعة المستقبل تواجه المنشآت الخرسانية القائمة، خلال عمرها التشغيلي، عوامل متعددة تقلل من كفاءتها الإنشائية، منها تآكل حديد التسليح، وزيادة الأحمال عن التصميم الأصلي، وتغيير استعمال المبنى، وقصور التنفيذ، والأضرار الناتجة عن الحوادث أو الزلازل. وفي هذه الحالات لا يكون الهدم وإعادة البناء الخيار الأفضل دائماً، لما يترتب عليه من كلفة عالية وتعطيل للخدمة وأثر بيئي كبير، ولذلك تبرز تقنيات التقوية والإصلاح بوصفها حلاً هندسياً واقتصادياً لإطالة عمر المنشأ ورفع قدرته على تحمل الأحمال. ومن أبرز هذه التقنيات تقوية العناصر الخرسانية بالبوليمرات المسلحة بالألياف (Fiber Reinforced Polymer – FRP). تتكون مواد FRP من ألياف عالية المقاومة، مثل ألياف الكربون والزجاج والأراميد، مغمورة في وسط بوليمري، وغالباً ما يكون راتنج الإيبوكسي. وتُستخدم على شكل صفائح أو شرائح جاهزة تُلصق على سطح العنصر الخرساني، أو على شكل أقمشة تُشبَّع بالراتنج في الموقع ثم تُلف حول العنصر. وتتميز هذه المواد بنسبة مقاومة إلى وزن مرتفعة جداً، فهي أخف من الفولاذ بعدة مرات وأعلى منه مقاومة شد، كما أنها لا تتآكل بالصدأ، وتُركَّب بسرعة وبأقل قدر من الأعمال الإنشائية الإضافية، ولا تزيد أبعاد العنصر زيادة تُذكر. ومن خصائصها المهمة أن سلوكها خطي مرن حتى الانهيار، أي إنها لا تُظهر مرحلة خضوع كما في الفولاذ، وهو أمر ينبغي أخذه في الحسبان عند التصميم. وتُستخدم تقنية FRP في ثلاثة أغراض رئيسية. الأول تقوية العناصر المعرضة للانحناء، كالجسور والبلاطات، بلصق الشرائح على الوجه المشدود للعنصر بحيث تعمل بوصفها تسليحاً خارجياً إضافياً يرفع مقاومة الانحناء ويقلل التشوهات. والثاني تقوية القص، بلصق الألياف على جوانب الجسور أو على شكل حرف U أو بلفها كاملاً حول المقطع، لرفع مقاومة القص وتجنب الانهيار الهش. والثالث تقوية الأعمدة بالتحصير (Confinement)، إذ يؤدي لف العمود بالألياف إلى تقييد التمدد الجانبي للخرسانة، فتزداد مقاومة الانضغاط وتتحسن المطيلية وقدرة تحمل الأحمال الزلزالية، ويكون هذا التأثير أوضح في المقاطع الدائرية منه في المقاطع المستطيلة التي تحتاج إلى تدوير زواياها قبل التغليف. ويعتمد نجاح التقوية بدرجة كبيرة على جودة الالتصاق بين المادة المقواة والخرسانة، ولذلك تُعد تهيئة السطح مرحلة حاسمة، إذ يجب أن يكون السطح نظيفاً وخشناً وسليماً وجافاً، وأن تُعالج الشروخ والمناطق المتضررة قبل الالصاق. ويُعد الانفصال عن السطح (Debonding) من أخطر أنماط الفشل في هذه التقنية، لأنه قد يحدث قبل أن تستثمر الألياف مقاومتها الكاملة، ولهذا تضع الأدلة التصميمية حدوداً للانفعال المسموح به في الألياف لتفادي هذا النمط. وتتضمن أنماط الفشل المحتملة أيضاً تمزق الألياف وانسحاق الخرسانة في المنطقة المضغوطة، ويُفضَّل تصميم التقوية بحيث لا يتحول سلوك العنصر إلى سلوك هش. وتتطلب هذه التقنية مراعاة اعتبارات مهمة. فمواد الإيبوكسي حساسة للحرارة، إذ تقل صلابتها ومقاومتها عند اقترابها من درجة التحول الزجاجي، وهو ما يتطلب انتباهاً خاصاً في المناطق ذات الصيف الحار مثل العراق، حيث ترتفع حرارة الأسطح المعرضة لأشعة الشمس ارتفاعاً كبيراً، فيلزم اختيار راتنجات مناسبة لهذه الظروف وتغطية الألياف بطبقة حماية. كما أن FRP ضعيفة المقاومة للحريق، ولذلك تُدرس متطلبات الحماية من الحريق، وتُصمَّم التقوية بحيث يبقى المنشأ قادراً على تحمل قدر مناسب من الأحمال حتى لو فقدت الألياف فاعليتها. ومن الضروري كذلك تطبيق معاملات تخفيض بيئية تراعي تأثير الرطوبة والأشعة فوق البنفسجية والظروف الجوية في خواص المادة على المدى الطويل. ولا ينبغي النظر إلى FRP على أنها حل جاهز لكل حالة، فقبل اللجوء إليها يجب إجراء تقييم شامل للمنشأ القائم يشمل الفحص الميداني، وتحديد مقاومة الخرسانة الفعلية وحالة التسليح، ومعرفة سبب الضعف أو التلف، فإذا كان السبب تآكل التسليح أو عيباً في الخرسانة وجب علاجه أولاً. كما يجب التحقق من أن العنصر المراد تقويته قادر في الأصل على تحمل نسبة مناسبة من الأحمال دون الاعتماد على الألياف. ويُنفَّذ العمل بإشراف مهندسين وفنيين مدربين، ويُرافقه فحص لجودة الالتصاق، ومراقبة دورية للأداء بعد التنفيذ. وتبرز أهمية هذه التقنية في السياق المحلي في كثير من الحالات، مثل تقوية المباني القديمة المتضررة، وإعادة تأهيل الجسور والمنشآت التي تعرضت للتدهور بسبب قلة الصيانة، ورفع قدرة المباني على تحمل أحمال إضافية عند تغيير استعمالها. ويتطلب التوسع في استخدامها توفير الكوادر المدربة، وإعداد مواصفات وأكواد وطنية، وإجراء دراسات مختبرية محلية تأخذ في الحسبان المواد والظروف المناخية في البلد. وخلاصة القول إن تقوية العناصر الخرسانية بمواد FRP تمثل أسلوباً حديثاً وفعالاً لرفع كفاءة المنشآت القائمة وإطالة عمرها، بما تتميز به من خفة الوزن وسرعة التنفيذ ومقاومة التآكل. غير أن نجاحها مرهون بدقة التقييم الإنشائي، وسلامة التصميم، وجودة تهيئة السطح والتنفيذ، ومراعاة تأثير الحرارة والحريق والظروف البيئية. وبذلك تكون FRP أداة مهمة بيد المهندس الإنشائي، تُستخدم بوعي وضمن حدودها لا بوصفها بديلاً عن الحكم الهندسي السليم. المراجع ACI Committee 440. (2017). Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures (ACI 440.2R-17). American Concrete Institute. fib. (2001). Externally Bonded FRP Reinforcement for RC Structures (fib Bulletin 14). International Federation for Structural Concrete. Teng, J. G., Chen, J. F., Smith, S. T., & Lam, L. (2002). FRP-Strengthened RC Structures. John Wiley & Sons. Bakis, C. E., et al. (2002). Fiber-reinforced polymer composites for construction—State-of-the-art review. Journal of Composites for Construction, 6(2), 73–87.