در حال بارگزاری ...
در حال بارگزاری ...
فولاد ستون فقرات صنعت است، اما در تماس با رطوبت، اکسیژن و یون کلرید به‌تدریج زنگ می‌زند. این فرایند که خوردگی نام دارد، هر سال هزینه‌های سنگینی به شکل تعمیرات، توقف تولید و تعویض تجهیزات به صنایع تحمیل می‌کند؛ به‌ویژه در مناطق جنوبی ایران که رطوبت، گرما و شوری محیط شرایط را تشدید می‌کند. حفاظت کاتدی یکی از مؤثرترین روش‌ها برای مقابله با این مشکل و مقابله با خوردگی بتن در ساحل است. در ادامه ابتدا خوردگی را از نظر علمی بررسی می‌کنیم و سپس می‌بینیم حفاظت کاتدی چگونه آن را متوقف می‌کند.
اگر خوردگی فقط در آند اتفاق می‌افتد و کاتد محفوظ می‌ماند، پس راه‌حل منطقی این است که کل سطح سازه فلزی را به کاتد تبدیل کنیم. این دقیقاً تعریف حفاظت کاتدی است: روشی الکتروشیمیایی برای کنترل خوردگی که در آن با تأمین جریان الکتریکی مستقیم از یک منبع خارجی، پتانسیل سطح فلز به سمت مقادیر منفی‌تر جابه‌جا می‌شود تا واکنش‌های آندی، یعنی انحلال فلز، متوقف یا به حداقل برسند.
به بیان ساده‌تر، ما یک آند جدید و عمدی به سیستم اضافه می‌کنیم و آن را طوری طراحی می‌کنیم که جریان از این آند، از طریق الکترولیت (خاک، آب یا بتن)، به سطح سازه فلزی برسد. در این حالت سازه ما تمام الکترون‌های مورد نیاز برای واکنش‌های کاتدی را از بیرون دریافت می‌کند و دیگر نیازی نیست آهن خودش را فدا کند. نتیجه این است که فولاد سالم می‌ماند و خوردگی به آند اضافه‌شده منتقل می‌شود؛ قطعه‌ای که می‌توان آن را به‌صورت دوره‌ای بازرسی و در صورت نیاز تعویض کرد.
این ایده برای نخستین بار در قرن نوزدهم توسط همفری دیوی برای حفاظت از بدنه‌ی مسی کشتی‌های نیروی دریایی بریتانیا به کار رفت. امروزه اما حفاظت کاتدی به یک رشته مهندسی دقیق و استانداردشده تبدیل شده است که در خطوط لوله، مخازن زیرزمینی، اسکله‌ها، کشتی‌ها، سکوهای نفتی و به‌ویژه سازه‌های بتن مسلح کاربرد دارد.
چرا بتن نیاز به استاندارد جداگانه دارد؟ بتن در حالت عادی محیطی به‌شدت قلیایی است و این قلیاییت یک لایه‌ی اکسیدی بسیار نازک و محافظ به نام لایه پسیو روی آرماتور ایجاد می‌کند. تا زمانی که این لایه سالم باشد، فولاد درون بتن تقریباً خورده نمی‌شود. اما دو عامل می‌توانند این سپر طبیعی را از بین ببرند: نفوذ یون کلرید از آب دریا، نمک‌های یخ‌زدا یا خاک‌های شور، و کربناته شدن بتن در اثر واکنش با دی‌اکسید کربن هوا که قلیاییت را کاهش می‌دهد. وقتی لایه پسیو تخریب شود، خوردگی آغاز می‌شود. محصولات خوردگی حجمی چند برابر فولاد اولیه دارند و با ایجاد فشار داخلی، بتن را ترک داده و پوسته‌پوسته می‌کنند. این همان پدیده‌ای است که در بسیاری از اسکله‌ها، پل‌ها و ساختمان‌های ساحلی جنوب کشور به‌وضوح دیده می‌شود.
استاندارد ISO 12696 میان دو مفهوم تمایز قائل می‌شود. حفاظت کاتدی برای سازه‌هایی است که خوردگی در آنها آغاز شده و هدف متوقف‌کردن یا کند کردن شدید آن است. پیشگیری کاتدی برای سازه‌های نو یا سالمی است که هنوز خوردگی در آنها شروع نشده، اما پیش‌بینی می‌شود در آینده در معرض کلرید قرار گیرند. در پیشگیری کاتدی، چگالی جریان مورد نیاز بسیار کمتر است، زیرا هدف فقط حفظ حالت پسیو فولاد است و نه بازگرداندن آن.
اینجاست که نقش پوشش‌های محافظ برجسته می‌شود. یک پوشش توانمند، سد فیزیکی میان فلز و محیط خورنده ایجاد می‌کند و بیش از ۹۹ درصد سطح را از تماس با الکترولیت جدا می‌کند. اما هیچ پوششی در عمل کامل نیست؛ حین حمل‌ونقل، نصب، دفن یا در طول سال‌ها بهره‌برداری، نقص‌های کوچکی به نام هالیدی یا منافذ در آن ایجاد می‌شود. اگر این نقص‌ها بدون محافظت بمانند، خوردگی در همان نقاط کوچک متمرکز می‌شود و به شکل حفره‌ای با سرعتی بسیار بیشتر از خوردگی یکنواخت پیش می‌رود.
ترکیب این دو روش، یک رابطه مکمل ایده‌آل می‌سازد. پوشش، بار اصلی حفاظت را بر عهده می‌گیرد و نیاز به جریان را به کسری از حالت بدون پوشش کاهش می‌دهد. حفاظت کاتدی نیز فقط نقاط معیوب و آسیب‌دیده پوشش را پوشش می‌دهد. به همین دلیل است که در تقریباً تمام پروژه‌های مهم خطوط لوله، مخازن و سازه‌های دریایی، طراحی سیستم حفاظت از خوردگی همواره به صورت «پوشش به‌علاوه حفاظت کاتدی» انجام می‌شود.
به همین دلیل، پوشش‌هایی که در کنار حفاظت کاتدی استفاده می‌شوند باید چند ویژگی کلیدی داشته باشند: چسبندگی بسیار قوی به سطح فولاد آماده‌شده، مقاومت بالا در برابر محیط‌های قلیایی، مقاومت الکتریکی زیاد، نفوذپذیری پایین نسبت به آب و اکسیژن، و عملکرد تأییدشده در آزمون‌های استاندارد جدایش کاتدی مانند ISO 15711 برای محیط‌های دریایی. پوشش‌های اپوکسی به دلیل چسبندگی عالی، مقاومت شیمیایی بالا و ساختار متراکم، سال‌هاست که انتخاب اول مهندسان برای این کاربرد هستند. در سازه‌های فلزی که در معرض نور خورشید قرار دارند، معمولاً یک لایه رویه پلی‌یورتان بر روی سیستم زینک ریچ اپوکسی و رنگ اپوکسی پلی آمید میانی اعمال می‌شود تا از تخریب ناشی از اشعه فرابنفش و افت ظاهر جلوگیری کند.
در سازه‌های بتنی نیز پوشش‌ها نقش مهمی دارند. پوشش‌های محافظ بتن با کاهش نفوذ کلرید، آب و دی‌اکسید کربن، زمان رسیدن عوامل خورنده به آرماتور را به تعویق می‌اندازند و در کنار سیستم حفاظت یا پیشگیری کاتدی، عمر سازه را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهند.که از آن جمله می توان به پوشش های اپوکسی اشاره کرد. البته در طراحی سیستم‌های حفاظت کاتدی بتن، نوع پوشش و محل آند باید با دقت هماهنگ شود تا پوشش مانع عبور جریان یا خروج گازهای تولیدشده در سطح آند نشود.
شرکت آبادگران برای این ترکیب، راهکارهای متنوعی ارائه می‌دهد. برای حفاظت از سازه‌های بتنی، پوشش‌های اپوکسی ABADUR 280 و ABAZONE 290 با کاهش نفوذ آب، کلرید و دی‌اکسید کربن، رسیدن عوامل خورنده به آرماتور را به تأخیر می‌اندازند. برای سازه‌های فلزی، رنگ زینک ریچ اپوکسی گزینه‌ای ویژه است؛ ذرات روی موجود در این پوشش، به شرط آماده‌سازی مناسب سطح و تماس مستقیم با فلز، مانند یک آند فداشونده عمل می‌کنند و به جای فولاد خورده می‌شوند. به بیان دیگر، زینک ریچ اپوکسی همان منطق حفاظت کاتدی را در قالب یک لایه رنگ پیاده می‌کند. در کنار این‌ها، پوشش اپوکسی توانمند ABADUR HP-350 برای حفاظت از هر دو سطح بتن و فلز قابل استفاده است. کارشناسان فنی آبادگران آماده‌اند تا در انتخاب سیستم پوششی متناسب با شرایط پروژه شما همراه و مشاورتان باشند.
حفاظت کاتدی یک روش الکتروشیمیایی برای کنترل خوردگی است. در این روش کل سطح سازه فلزی به کاتد تبدیل می‌شود. چون خوردگی فقط در نواحی آندی رخ می‌دهد، با افزودن یک آند خارجی و رساندن جریان از آن به سازه، خوردگی از فولاد به آند منتقل می‌شود. این آند را می‌توان به‌صورت دوره‌ای بازرسی و تعویض کرد.
در سیستم آند فداشونده، فلزی فعال‌تر از فولاد مانند روی، منیزیم یا آلومینیوم به سازه متصل می‌شود و به جای فولاد خورده می‌شود. این روش به برق نیاز ندارد و نگهداری آن ساده است، اما جریان محدودی دارد. در سیستم جریان اعمالی، یک ترانسفورماتور-رکتیفایر جریان را از طریق آندهای بادوام به سازه تزریق می‌کند. جریان این سیستم قابل تنظیم است و برای سازه‌های بزرگ مانند پل‌ها، اسکله‌ها و خطوط لوله طولانی مناسب‌تر است.
حفاظت کاتدی به‌تنهایی به جریان بسیار زیاد نیاز دارد و پرهزینه است. پوشش باکیفیت بیشتر سطح را از محیط خورنده جدا می‌کند و حفاظت کاتدی فقط از نقاط آسیب‌دیده‌ی پوشش محافظت می‌کند. در این ترکیب، پوشش باید در برابر جدایش کاتدی مقاوم باشد. به همین دلیل پوشش‌های اپوکسی مانند ABADUR HP-350، و برای سازه‌های فلزی سیستم زینک ریچ اپوکسی، انتخاب‌های مناسبی هستند.
در این مقاله اصول، انواع سیستم‌ها، معیارهای استاندارد ISO 12696 و نقش پوشش‌های اپوکسی در کنار حفاظت کاتدی را بررسی می‌کنیم.