استفاده از آندهای MMO در سیستمهای حفاظت کاتدی به روش اعمال جریان جهت جلوگیری از خوردگی بتن(بخش دوم)

قبل از هرگونه محاسبات و طراحی، معیار حفاظت و پیشگیری از خوردگی بایستی بطور کامل مشخص و تعیین گردد تا پس از طراحی، نصب و راه اندازی، بهره بردار بتواند توسط این سیستم به بهترین نحو سازه خود را تحت حفاظت در آورده و در نقاط حساس (تست پوینتهایی که از قبل توسط طراح مشخص گردیده است) اندازه گیریهای لازم را انجام دهد و پتانسیلهایی مطابق با استانداردهای بین المللی حاصل کند. داشتن اختلاف پتانسیل مناسب بین بتن و آرماتورها از اهدافی است که پس از طراحی، نصب و راه اندازی یک سیستم حفاظت کاتدی بایستی دنبال شود. این اختلاف پتانسیل که توسط یک نیم پیل مرجع (در سازه های بتن مسلح معمولا از نیم پیل نقره / کلرور نقره استفاده می شود) و یک دستگاه ولتمتر (با مقاومت داخلی بالا) انجام می شد بایستی در فواصل زمانی و مکانی مشخصی که توسط طراح تعیین میگردد، انجام پذیرد. منظور از معیار حفاظت کاتدی، پتانسیلی است که اگر سازه مورد حفاظت (به هر روشی) در آن پتانسیل قرار گیرد، تا زمانی که سازه دارای این پتانسیل بوده و شرایط محیطی و سازه ای نیز دستخوش تغییر شدید و غیرقابل پیش بینی نشود، سازه در برابر خوردگی مصون خواهد ماند. بنابراین تعیین معیار حفاظت کاتدی سازه های مختلف در الکترولیتهای گوناگون از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است، چراکه هیچگاه نمی توان از عملکرد یک سیستم حفاظت کاتدی بدون داشتن معیار مناسب اطمینان حاصل نمود، اگرچه سیستم فوق دارای طراحی، نصب و اجرای مناسبی باشد. جهت تعیین مقدار معیارهای حفاظتی چندین روش وجود دارد. بهترین روش انجام یک سری آزمایش های مربوط به شرایط موجود و بصورت منطقه ای است. با توجه به اینکه بسیاری از مواقع این عمل غیر ممکن بوده و یا بسیار هزینه بر است می توان از نتایج حاصله از آزمایش های دیگران در شرایط مشابه استفاده کرد. بدین منظور یکسری از معیارهای حفاظت کاتدی بصورت پیشنهادی در استانداردهای بین المللی وجود داشته و با توجه به اینکه این مقادیر بر پایه آزمایش های بسیار دقیقی استوارند، بنابراین استفاده از آنها نیز مطمئن خواهد بود.

در صورتیکه در طراحی سیستمهای حفاظت کاتدی معیارهای فوق مدنظر قرار گیرند، هیچگونه خطر ناشی از خوردگی در هیچگونه از انواع مختلف بتن ها وجود نخواهد داشت. در برخی از بتن های خاص، گاز هیدروژن متصاعد شده از آندها ممکن است باعث متخلخل شدن سازه شود که می توان از آن نیز جلوگیری کرد. تنها در پتانسیلهای بسیار منفی خطر از بین رفتن اتصال بین فولاد و بتن وجود دارد که در یک آزمایش پتانسیل

– ولت به سازه اعمال شد و پس از گذشت ۲۰ سال اتصالات مورد بررسی قرار گرفته و همچنان سالم باقی مانده بودند. در پتانسیلی برابر ۱

ولت، اتصالات، قوی تر عمل خواهند کرد. طبق پیشنهادات استانداردها، جهت جلوگیری از خطر احیاء در اتصالات مربوط به فصل مشترک فولاد / بتن، معیار حفاظتی بایستی طوری انتخاب شود که در نهایت دانسیته جریان اعمالی به سازه بیشتر از mA/ m

۲۰ نباشد.

استفاده از آندهای MMO در حفاظت کاتدی بتن مسلح

شکل آندهای مورد مصرف در سیستمهای حفاظت کاتدی به روش اعمال جریان جهت جلوگیری از خوردگی آرماتورهای داخل بتن مسلح از فاکتورهای بسیار مهم میباشد. آندهای MMO با توجه به کاربرد و محل استفاده آنها دارای اشکال مختلفی می باشند. از جمله این اشکال میتوان به آندهای توری شکل اشاره کرد. آندهای توری شکل MMO خود نیز دارای ابعاد و خواص مختلفی میباشند که طراح با توجه به اطلاعات اولیه سازه مورد نظر و نتایج طراحی سیستم حفاظت کاتدی و امکانات موجود، مشخصات، ابعاد و مقدار آند مورد نیاز را تعیین می نماید. آندهای توری شکل MMO به مش آند معروف بوده و عمدتا تولید کنندگان و طراحان با این نام بیشتر آشنا میباشند.

مش آندهای MMO  توری شکل از یک سری سیمهای باریک بافته شده به صورت توری تشکیل شده است که دارای ضخامت کم بوده و شکل فیزیکی آنها جهت استقرار در بتنهای مسلح نه تنها باعث جلوگیری از خوردگی شیمیایی آرماتورها میگردد بلکه استحکام بتن را نیز افزایش میدهند.

خدمات حفاظت کاتدیک

هرسیستم حفاظت کاتدی دارای چهار جز میباشد که عبارتند از :

کاتد سازه تحت حفاظت
آند انواع آندهای بکاررفته در هر یک از روش های آند فداشونده و با اعمال جریان
اتصال الکتریکی استفاده از یکسری کابل
تصال الکترولیتی انتقال یونی از طریق الکترولیت

با توجه به موارد فوق آندهای MMO در بتن مسلح با استفاده از یکسری فیکسر مخصوص نصب شده و سپس با اتصال آنها به قطب مثبت منبع تغذیه DC و اتصال کلیه آرماتورهای بکاررفته در بتن مسلح به قطب منفی تغذیه باعث میشود تا یک مدار سیستم حفاظت کاتدی به روش اعمال جریان تکمیل شوددر شکل زیر نمایی از اجزا تشکیل دهنده یک سیستم حفاظت کاتدی از انواع اعمال جریان نشان داده شده است.

پس از محاسبه و مشخص کردن کل جریان مورد نیاز، نوع و مقدار آند مورد نیاز ، ظرفیت ورودی و خروجی منبع تغذیه، مشخص کردن محل استقرار، انجام عملیات نصب آندها در محل مناسب، ایجاد اتصالات مورد نیاز در جعبه های منفی و مثبت، محل قرارگیری منبع تغذیه، محل نصب نقاط تست پوینت و دیگر اجزاء تشکیل دهنده، این سیستم راه اندازی می شود.

بدیهی است مهندس طراح حفاظت کاتدی جهت انجام محاسبات مربوط به طراحی یک سیستم حفاظت کاتدی بهینه (از نظر فنی و اقتصادی) جهت جلوگیری از خوردگی شیمیایی آرماتورهای مورد مصرف در یک سازه بتنی نیازمند یک سری اطلاعات اولیه می باشد. اطلاعات اولیه را می توان به شرح زیر طبقه بندی نمود.

ضخامت آرماتورهای بکار رفته در سازه بتنی
طول آرماتورهای بکار رفته در سازه بتنی
آنالیز و خواص شیمیایی بتن (مانند pH و حضور یونهای مهاجم و تشدید کننده خوردگی)
آنالیز و خواص شیمیایی اتمسفر محاط کننده سازه بتنی (حضور یونهای تشدید کننده خوردگی مانند یون کلر در داخلبتن
حداکثر و حداقل دمای محیط
عمر مفید سازه بتنی
مقاومت مخصوص بتن
اطلاعات مربوط به طرح توسعه سازه بتنی
تشخیص وجودخوردگی میکروبیولوژی در سازه بتن

همانطور که بیان شد، طراح با استفاده از اطلاعات فوق و پردازش آنها و همچنین با انجام یک سری محاسبات مربوط به طراحی، میتواند نوع و مقدار آند مورد نیاز، ظرفیت خروجی منبع تغذیه، کنترل جعبه های مورد نیاز، اندازه و طول کابلهای مورد نیاز و دیگر اجزاء سیستم را بر اساس معیارهای فنی و اقتصادی تعیین نماید. با توجه به اینکه طول و اندازه آرماتورها در مقدار جریان مورد نیاز و نهایتا در مقدار آند مورد نیاز و ظرفیت خروجی منبع تغذیه تاثیر مستقیم دارد لذا هر چه سطح جانبی آرماتورهای مورد مصرف در سازه بتنی بیشتر باشد، مقدار آند مورد نیاز بیشتر شده و ظرفیت خروجی منبع تغذیه نیز بالاتر خواهد بود. از پارامترهای مهم دیگر بر روی جریان کل و تعداد آندهای مورد نیاز، مقاومت مخصوص بتن بر حسب اهم سانتی متر میباشد.

مزایا و معایب استفاده از آندهای MMO در حفاظت کاتدی بتن مسلح

با توجه به اینکه دانسیته جریان خروجی آندهای MMO (جریانی که این آندها می توانند از سطح خود توزیع کنند بر حسب آمپر بر سطح آند) چندین برابر دانسیته جریان خروجی از آندهای دیگر میباشد، لذا در شرایط یکسان مقدار آند MMO مورد نیاز به مراتب کمتر از آندهای دیگر خواهد بود.از طرفی سرعت مصرف شدن این آندها (بر حسب کیلوگرم بر آمپر سال به دلیل روکشن اکسیدی فلزی، کمتر از سرعت مصرف شدن آندهای دیگر می باشد. در نتیجه مقدار مصرف این نوع آندها در مدت زمان کارکرد سیستم به مراتب کمتر از آندهای دیگر میباشد و به همین دلیل مقدار جرم مورد نیاز آندهای MMO خیلی کمتر از آندهای دیگر میباشد.

از دیگر محاسن این آندها، وجود روکش (پوشش) سخت فلزی بر روی سطح آنها می باشد. این امر باعث شده است تا از این نوع آندها بتوان در الکترولیتهای خاصی از قبیل بتن مسلح براحتی استفاده کرد، چراکه با توجه به عملیات همگن سازی بتن به وسیله ویبراتور، احتمال آسیب دیدن سایر آندهای مصرفی وجود دارد، در حالی که در این نوع آندها این مشکل وجود ندارد. اواز نظر انجام عملیات اجرایی نیز کار کردن با این نوع آندها آسانتر از آندهای دیگر میباشد. زیرا نه تنها کابل کشی در این نوع آندها کمتر میباشد بلکه استقرار آنها در الکترولیت (بتن) بسیار ساده تر و سریعتر میباشد.  تنها مشکل استفاده از آندهای فوق در داخل کشور، عدم آشنایی کافی با تکنولوژی استفاده از این آندها و دستیابی مشکل به آنها می باشد. همین امر باعث بالا رفتن هزینه های اولیه تهیه آنها شده است.

با توجه به موارد فوق، مزایا و معایب آندهای مذکور را می توان بصورت زیر بیان نمود:

. سرعت مصرف شدن بسیار کم
جریان دهی زیاد
شکل فیزیکی مناسب کمک به استحکام بیشتر بتن
کاهش خلل و فرج بتن
کابل کشی کم
راندمان کارکرد زیاد
استقرار آسان
طول عمر زیاد

اما این نوع آندها با توجه به مزایای بالا دارای معایبی به شرح زیر نیز میباشند: ۱) هزینه تهیه اولیه نسبتا زیاد ۲) عدم آشنایی پرسنل اجرایی موجود با نحوه استقرار و نصب این نوع آندها ۳) عدم دستیابی آسان به این نوع آندها در بازار داخلی (در حال حاضر)ولی با عنایت به مزایای قابل توجه این نوع آندها بخصوص در جلوگیری از خوردگی شیمیایی آرماتورهای موجود در بتن مسلح، استفاده از آندهای MMO نه تنها باعث افزایش مدت بهره برداری مفید سازه های بتنی میگردد بلکه ایمنی استفاده از چنین سازه هایی را نیز چندین برابر میسازد.

بحث و نتیجه گیری

استفاده از آندهای توری شکل MMO در بتن های مسلح می تواند اطمینان از عملکرد فنی سیستم حفاظت کاتدی را افزایش دهد. در ضمن اگر مسائل اقتصادی در دراز مدت و برای سازه های وسیع بتنی در نظر گرفته شوند، مطمئنا استفاده از این نوع آندها یک حالت بهینه فنی – اقتصادی را بدنبال خواهد داشت. علت این اطمینان می تواند شکل ظاهری آندها (توری شکل بودن آنها)، نسبت بالای سطح به وزن آندها، قابلیت توزیع جریان بالا از واحد سطح، مجهز بودن به پوشش سخت اکسید فلزی، سرعت مصرف پایین آندها، نیاز به کابل کشی کم در مدار و در نهایت نصب بسیار ساده آنها بر روی سازه های بتنی مسلح (در هنگام ساخت) باشد. در ضمن از این نوع آندها می توان جهت تجهیز یک سازه بتنی مخرب به سیستم حفاظت کاتدی استفاده کرد. بطوری که استفاده از این نوع آندها از آندهای دیگر از قبیل فروسیلیکون و … بسیار ساده تر، سریع تر و مطمئن تر خواهد بود.