کنترل خوردگی در ساختمان های اسکلت فلزی

خوردگی :

امروزه فلزات مختلفی به طرق گوناگون در ساختمان ها به کار می‌روند و به همین دلیل، مسئله خوردگی در ساختمان ها گستره وسیعی را دربر می‌گیرد .

تکنولوژی خوردگی اکنون به خوبی پیشرفت کرده و در حال تثبیت موقعیت خود به عنوان شاخه‌ای از علوم مهندسی است. برای یافتن شیوه‌های مناسب جلوگیری از خوردگی، می‌توان از متخصصین راهنمایی خواست. خدمات ایشان در زمینه ساخت و ساز می‌تواند بسیار ارزشمند باشد. خصوصاً اگر هنگام طراحی به آن توجه شود. اعمال نظرات آن ها در زمان طراحی ممکن است موجب تغییرات اندکی شود؛ در حالی که هرگونه تغییر پس از اتمام ساختمان معمولاً هزینه زیادی را تحمیل می‌کند .

خوردگی به هر فرایندی اطلاق می‌گردد که موجب فرسایش یا فساد اجزای فلزی شود و رایج‌ترین نمونه آن، زنگ زدن فولاد است. فرآیندهای خوردگی غالباً الکتروشیمیایی هستند و ضروریات یک باتری (پیل) را به همراه دارند، فلزات مختلف در حضور یک سیال هادی که الکترولیت نامیده می‌شود، پتانسیل الکتریکی ایجاد می‌کنند که در زمان مناسب، سبب جریان الکتریکی می‌گردد. این پتانسیل های الکتریکی همچنین ممکن است بین دو قسمت از یک سازه که از فلزی واحد ساخته شده، در اثر تفاوت های جزئی در ترکیب یا ساختار فلز ایجاد شوند. بخشی از سازه فلزی که خورده می‌شود ″ آند ″ و آن قسمت که نقش قطب دیگر را بازی می‌کند و خورده نمی‌شود اما وجودش برای سیستم ضروری است، ″ کاتد ″ نام دارد .

در خوردگی های رایج ساختمانی، غالباً یک نوع فلز به همراه آبی که کمی نمک در خود حل کرده (به عنوان الکترولیت) دخالت دارند. خوردگی‌ گاهی در حضور اکسیژن با آب خالص صورت می‌پذیرد. در چنین مواردی، اکسیژن با هیدروژنی که در کاتد تولید می‌گردد ترکیب شده و به واکنش اجازه تداوم می‌دهد .

عوامل دیگر از جمله باکتری های خاص موجود در خاک که هیدروژن را جذب می‌کنند نیز ممکن است به عنوان عوامل دپولاریزه کننده عمل کرده و باعث پیشرفت واکنش خوردگی شوند.

فولاد به خاطر قیمت پایین و قابلیت هایش، فلزی رایج در ساختمان هاست. با استفاده از پوشش های مناسب، اغلب می‌توان فولاد را به نحوی مطلوب محافظت کرد. البته برای کاربردهای خاص فلزات مقاوم‌تر بسته به قیمت و عمر مفیدشان ممکن است انتخاب های بهتری باشند.

اجزای فلزی به‌کار رفته در ساختمان ها را بر حسب احتمال ایجاد خوردگی می‌توان به چهار گروه تقسیم کرد :

۱٫آن هایی که در خارج ساختمان به عنوان روکار، پوشش بام، آفتاب شکن و سایبان به‌کار می‌روند.

۲٫آن هایی که در اسکلت ساختمان به عنوان فولاد سازه‌ای یا به‌صورت ترکیبی با مصالح بنّایی به‌کار می‌روند.

۳٫آن هایی که در تأسیسات ساختمان مانند لوله‌کشی، مخزن آب گرم، کانال ها و غیره استفاده می‌شوند.

۴٫آن هایی که در خاک دفن می‌شوند.

*خوردگی‌ فلزاتی که در خارج ساختمان به‌کار می‌روند.

فلزاتی که در خارج از ساختمان به‌کار می‌روند، در معرض شرایط جوی هستند اما تأثیر این شرایط با لحاظ کردن نکاتی خاص در طراحی، قابل کنترل است. فاکتورهای اصلی جوی که بر خوردگی‌ فلزات مؤثرند عبارتند از : دما، میزان آلودگی ناشی از دی‌اکسید گوگرد و کلریدها و مدت زمانی که فلز تحت تأثیر رطوبت، خیس باقی می‌ماند.

با اندازه‌گیری این متغیرها در مناطق مختلف، می‌توان مقایسه‌ای از میزان خوردگی‌ فلز در نقاط متفاوت به‌دست آورد. یک روش مناسب برای این منظور، قرار دادن نمونه‌هایی از فلزات مختلف در مناطق متفاوت و تعیین میزان خوردگی فلز با استفاده از مقدار کاهش وزن پس از تمیز کردن فلز است. این آزمایش نشان داده است که میزان خوردگی در مناطق مختلف و برای فلزات گوناگون، بسیار متفاوت است. چنین آزمایش هایی تنها به عنوان راهنما برای محاسبه میزان خوردگی فلزات در صورتی به‌کار می‌روند که کاربردهایی چون پوش بام، سایبان و سطوح خارجی نمایان (روکار) در ساختمان داشته باشند؛ زیرا شگردهای طراحی می‌توانند به نحو مؤثری سطوح نمایان فلزات را محدود کنند. به عنوان مثال، پیش‌آمدگی بام می‌تواند پوشش دیوار را از رطوبت زیاد برف و باران حفظ کند. چنین شیوه‌هایی باید تا حد ممکن اعمال گردند زیرا می‌توانند از فلز در برابر خوردگی محافظت کنند. در طراحی بام ها، آبروها و ناودان ها، باید از وجود هرگونه درز یا منفذی که آب در آن جمع شده و برای مدت طولانی باقی بماند، جلوگیری کرد زیرا تا زمانی که فلز خیس باشد، خوردگی تداوم می‌یابد. این نکات طراحی خصوصاً در مورد پل ها، برج ها و سایر سازه‌های فلزی نمایان از اهمیت بسیار زیادی برخوردارند. کانال ها را نیز باید مورد توجه قرار داد چون محل هایی هستند که آب ممکن است در آنها جمع شود و به علت طولانی بودن مدت قرار گرفتن در معرض رطوبت برف و باران، خوردگی جدی ایجاد نمایند. می‌توان گفت که طراحی نادرست، اولین عامل مهمی است که منجر به خوردگی فولاد و آهن در ساختمان ها می‌شود .

 دی‌اکسید گوگرد که از سوختن زغال حاصل می‌شود نیز عامل مهمی در خوردگی است. دودکشی که بر فراز یک ساختمان واقع شده، می‌تواند مقادیر عظیمی دی‌اکسیدگوگرد خارج کند و بام و آفتاب شکن ها و یا ساختمان های مجاور را در شرایط خوردگی شدید قرار دهد .

*خوردگی فلزات درون‌سازه‌ای ساختمان

فولاد سازه‌ای معمولاً پرمصرف‌ترین فلز در ساختمان ها محسوب می شود. خوشبختانه این فلز غالباً در دل سازه قرار گرفته و توسط سقف و پوششهای دیگر از محیط خارج و توسط روکارهای داخلی از محیط داخل ساختمان، مجزا می‌گردد. در مواردی که فولاد سازه‌ای در معرض آب (خواه ناشی از نفوذ باران باشد و یا چگالش بخار آب) قرار گیرد، خوردگی رخ می‌دهد و ممکن است ساختار را به خطر بیاندازد. فقط با طراحی مناسب و استفاده صحیح از مصالح می‌توان از ایجاد چنین شرایطی جلوگیری کرد. جداسازی کامل بخار و دودهای خورنده در کارخانه‌ها، می‌تواند به نحو مؤثری به پیشگیری از خوردگی فولاد سازه‌ای در این ساختمان ها کمک کند .

*خوردگی فلزات درون‌ بتن و مصالح بنّایی

فولاد مسلح کننده و فولاد پیش تنیده، بخش بزرگی از فلز به‌کار رفته در ساختمان ها هستند. شرایط درون بتن توده‌ای و ملات، برای فولاد مطلوب بوده و بسیاری از سازه‌های بتنی قدیمی بر عملکرد مناسب و رضایت‌بخش این مصالح صحه می‌گذارند. با این حال نمونه‌هایی وجود دارند که حاکی از خراب شدن و ضعف عملکرد فلزات مختلف درون بتن و ملات است. علت این امر کیفیت پایین بتن و مصالح و یا طراحی ضعیف است که موجب ایجد ضخامت پوششی اندک بر روی فولاد می‌شود، و یا ناشی از درزبندی اشتباه است که منجر به ایجاد شکاف هایی می‌شود که آب را به راحتی نفوذ می‌دهند . بتن با کیفیت پایین، مثلاً  نسبت آب / سیمان در آن بالا باشد، آب را به مقدار زیاد جذب می کند و اگر آب در خود نمک داشته باشد، فولاد مسلح کننده مسلماً در برابر خطر خوردگی، آسیب پذیر خواهد بود. در تمام این موارد، هیچ جایگزینی برای پوشش مناسبی از بتن با کیفیت خوب، وجود ندارد. استفاده از کلرید کلسیم به عنوان ماده جانبی که در آب و هوای سرد به بتن اضافه می‌شود نیز به خورده شدن فولاد کمک می‌کند. نمونه‌هایی از خوردگی شدید کویلهای فولادی گرمایش تشعشعی در مواردی که از کلرید کلسیم استفاده شده، دیده شده است. در جاهایی که دوغاب ملات اطراف درها حاوی کلرید کلسیم بوده، چهارچوب ها شدیداً تاب برداشته و باد کرده‌اند؛ خوردگی چهارچوب در فصل مشترکش با بتن، سبب شکم دادن آن شده و مانع درست بسته شدن در می‌گردد. شکی نیست که افزودن کلرید کلسیم به بتن، به خورده شدن فلزات درون آن، شدت و سرعت می‌بخشد. مسئله خوردگی فولاد درون بتن، اکنون توجه بسیاری را به خود جلب کرده و دلیل آن، استفاده زیاد از بتن پیش تنیده و این واقعیت استت که حتی مقادیر جزئی خوردگی در بتن پیش تنیده می‌تواند بسیار خطرناک باشد. خوردگی بست های فلزی در مصالح بنّایی بستگی به نفوذ آب به درون مصالح دارد. اگر آبی نفوذ نکند، خوردگی قابل اغماض خواهد بود؛ به عنوان مثال بررسی هایی که روی بست های فلزی ساختمانی ۷۵ ساله در هالیفاکس صورت گرفت، مشخص کرد که خوردگی ملایم بود و بست ها کارایی خود را حفظ کرده‌اند. فلزاتی مانند آلومینیوم، وقتی داخل ملات کار گذاشته می‌شوند، باید با لایه قیراندود مناسبی محافظت شوند .

*خوردگی فلزات مورد استفاده در تأسیسات ساختمان

دسته‌ای از فلزات برای تأسیسات ساختمان به‌کار می‌روند. آن هایی که مسئله خوردگی‌شان بغرنج‌تر است عبارتند از : سیستم های حرارتی، آبرسانی و دفع فاضلاب .

سیستم های حرارتی به دلیل انتقال بخار آب یا آب داغ، معمولاً با مشکلات خوردگی روبرو می‌شوند. اگر آب به درستی تصفیه نشود و یا کلاً تصفیه آب مورد توجه قرار نگیرد، یک دیگ ممکن است دچار خوردگی و پوسیدگی شود که این گاهی اوقات منجر به نتایج فاجعه‌آمیزی خواهد شد. لوله‌های برگشت چگالیده در سیستم های بخار نیز غالباً مشکلات فراوانی را بار می‌آورد که معمولاً با حضور اکسیژن یا دی‌اکسیدکربن مرتبط می‌باشد. به کار بردن آب داغ در تماس با پانل های گرمایش تشعشعی، به علت خورده شدن کویل از بیرون مسئله‌ساز است. در سیستم های حرارتی آب گرم خوردگی درون لوله‌ها نیز مشکل‌آفرین می‌باشد. منع استفاده از فلزات گوناگون در یک سیستم به منظور جلوگیری از خوردگی گالوانیکی (خورده شدن در اثر تشکیل پیل شیمیایی) در نقاط تماس آن ها، هشداری عاقلانه است. برخی از مواد ضد خوردگی مثل فسفات ها یا سیلکات ها را می‌توان برای کاهش خوردگی در مجاورت آب به‌کار برد.

نکته حائز اهمیت این است که استفاده از این مواد در بخش هایی از سیستم و به‌طور ناقص، از به‌کار نگرفتن آن ها خطرناک تر است و به منظور مؤثر بودن آن ها، باید به تمامی قسمت ها، توجه کافی و یکسان مبذول داشت.

سیستم های تأمین آب تازه، مخصوصاً آب گرم، مشکلات خوردگی فراوانی به همراه دارند. اولین عامل، وجود اکسیژن و نمک های محلول در آب است. چون هیچ بخشی از آب تازه بازچرخش نمی‌شود، اکسیژن موجود در آن همانند سیستم گرمایش آب داغ، تخلیه نمی‌شود و از این رو، افزودن مواد شیمیایی برای کاهش خوردگی، عاقلانه و اقتصادی نیست. در جاهایی که آب منطقه تحت عنوان آب سخت درجه‌بندی می‌شود، می‌توان آن را به آب نرم تبدیل کرد. اما این کار اغلب میزان خورندگی آب را بالا می‌برد چرا که مقداری از اجزای مسبب تشکیل رسوب در این فرآیند حذف می‌شوند. این مواد غالباً خوردگی را کاهش می‌دهند زیرا رسوب می‌تواند ماند یک لایه پوشاننده عمل کند .

دما نیز عاملی مهم در خوردگی ناشی از آب تازه است و از این‌رو مخازن آب داغ، در معرض حادترین خوردگی قرار دارند. از همه تأثیرپذیرتر، مخازن فولادی گالوانیزه هستند که برای کیفیت های متننوع آب کاربرد دارند. در بسیاری از مناطق، خوردگی مخزن های گالوانیزه مشکلی جدی بوده و مطالعات فراوانی را برای یافتن راه‌حل مناسب به خود معطوف داشته است. مخازن آب داغ باید در پایین‌ترین دمای ممکن (حداکثر oF ۱۵۰ ) کار کنند زیرا مشخص شده است که در بعضی از موارد در صورت کاهش دما از ۱۷۰ به ۱۵۰ درجه فارنهایت، عمر مفید آنها تا ۳ برابر افزایش می‌یابد. لوله‌کشی مسی باید خارج از محدوده مخزن گالوانیزه و در فاصله چند فوتی آن قرار گیرد. استفاده از گرمکن های حجیم خارجی (جانبی) که در مواقع غیرضروری خاموشند، کمتر از گرمکن های شناور کوچک با کنترل ترموستاتیک ایجاد خوردگی می‌کند. در هر خوردگی، مشکل با در نظر گرفتن دو عامل قابل حل است: کیفیت آب، طراحی و شرایط ناشی از عملکرد سیستم.

استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی مانند مس، همواره تضمینی برای عدم ایجاد خوردگی نیست. مواردی وجود دارد که در آن، آب حاوی دی‌اکسیدکربن محلول تحت شرایط خاصی از سرویس، خوردگی های حادی در لوله‌های مسی ایجاد کرده است. آب های نرم که محیط اسیدی ضعیفی دارند (آبهایی با pH پایین) نیز می‌توانند برای مس خطرناک باشند .

این موضوع مؤید این نکته است که هر ماده‌ای، تنها در صورتی خوب کار می‌کند که در شرایط مطلوب قرار گیرد و این شرایط برای هر ماده، خاص و متفاوت است. این امر توجیهی است بر این که به‌کارگیری مواد مختلف در یک سیستم، می‌تواند به خاطر وجود یک اتصال ضعیف و یا تداخل مواد گوناگون که منجر به خوردگی گالوانیکی می‌گردد، دردسرساز شود.

*فلزات مدفون در خاک

بعضی از اجزای فلزی ساختمان مثل پاستون ها و لوله‌کشی‌های آب و فاضلاب، ممکن است در خاک دفن شوند. میزان خوردگی فلزات در خاک های مختلف، بسیار متغیر است. خصوصاً مسائل مربوط به خوردگی های حاد ممکن است به‌خاطر وجود باکتری های خاصی در خاک افزایش یابد .

این باکتری ها معمولاً در خاک های رسی و گل های بستر رودخانه‌ها و دریاچه‌ها یافت می‌شوند. مهندسان باید با این موضوع بسیار موشکافانه برخورد کنند؛ زیرا خسارت حاصل از خوردگی مصالح درون خاک، بروز نمی‌یابد مگر زمانی که خیلی دیر شده باشد و تعویض اجزای تخریب شده، اگر هم ممکن باشد، بسیار هزینه‌بر خواهد بود. محافظت کاتدی به وسیله جریان الکتریکی تحمیلی در کنار استفاده از روکش آسفالت، معمولاً بهترین شیوه حفاظت از فلزات درون خاکی برای مواردی است که شرایط خورندگی در خاک وجود دارد . به‌علاوه، باید از به‌کارگیری مواد پر کننده خاک که ممکن است حاوی ترکیبات خورنده باشند، خودداری  کرد . 

روش های حفاظت از فولاد :

 ۱ـ رنگ آمیزی:

قبل از رنگ آمیزی، روغنکاری یا عملیات مشابه دیگر روی قطعات فلزی، باید آن ها را کاملا” خشک کرد وسطوح آن ها را از هر نوع رنگ زدگی، خوردگی وآلودگی های دیگر به کمک برس سیمی دستی یا روش های دیگر پاک نمود. در پاره ای موارد ماسه پاشی با فشار نیز لازم خواهد بود. رنگ های مورد مصرف به نام رنگ های ضد زنگ معروفند .باید دقت شود قسمت هایی از اسکلت که قرار است جوشکاری شود تا فاصله مناسب از محل جوشکاری وقسمت هایی که قرار است در بتن مدفون گردد، نباید رنگ آمیزی شوند. بدیهی است پس از جوشکاری ، رنگ آمیزی قسمت های جوش شده الزامی است. رنگ آمیزی در کارگاه نباید در هوای یخبندان یا مه آلود یا هنگامی که رطوبت باعث ایجاد شبنم بر روی سطح مورد نظر می کند انجام گیرد. پس از انجام رنگ زدن هرچند وقت یک بار، رسیدگی و نگهداری آن لازم خواهد بود و در جایی که حفاظت در برابر خوردگی اهمیت زیاد دارد لازم است دو لایه رنگ به منظور آستر زده شود. بویژه در محل لبه های تیز ودرزها که رنگ کمتری به‌آنها نفوذ می کند وپاشیده می شود. مواد ضد زنگ دارای ترکیبات شیمیایی از قبیل : سرنج، ترکیبات فلزی سرب، پلمبات سدیم، فسفات روی وکرومات هستند.

۲ـ پوشش های فلزی :

متداول ترین پوشش فلزی استفاده از روی است که می تواند به صورت گالوانیزه کردن به روش مذاب، پیش از احداث سازه یا به صورت پاشیدن فلز پس از ساختمان مورد استفاده قرار گیرد. از آلومینیوم نیز برای حفاظت فولاد استفاده می شود و عمل آن نیز کم و بیش مشابه عمل روی می باشد. استفاده از آلومینیوم در محیط های صنعتی که به شدت آلوده است موفقیت آمیز بوده است.

۳ـ پوشش های قیری :

رنگ های قیری که به صورت غلیظ شده قیر وقیر زغالی است بسیار مفید هستند و حداقل در سه لایه به کار می روند. به طور کلی این رنگ ها برای حفاظت قطعاتی که در معرض تابش نور خورشید قرار دارند مناسب نیستند و روی سطح آنها غالبا” ترک خوردگی هایی ظاهر می شود. این اشکال را می توان با استفاده از یک لایه رویه از مواد قیری آلومینیوم دار کاهش داد .

۴ـ پوشش های پلاستیک :

این مواد به صورت خمیر استفاده شده وبه وسیله غلتک پخش می شود. سپس با استفاده از حرارت یا چسب به فلز اتصال می یابد. گاه به صورت پودر و استفاده از حرارت، سخت می شود و پوشش های با مقاوم شیمیایی بالا را به وجود می آورد. لایه های ضخیمی را که با استفاده از این روش ها بدست می آیند، چه نرم و ارتجاعی و چه سخت و شکننده می توان “پوشش پلاستیک ” نام گذاری کرد .

۵ـ پوشش بتنی :

فولادی که در درون بتن جاگذاری می کنند با محیط های قلیایی احاطه می شود. این میزان قلیایی بودن قطعه فلز را به نحوی مناسب در مقابل اکثر انواع خوردگی محافظت می کند. گازهای اسیدی موجود در هوا بویژه دی اکسید گوگرد ودی اکسید کربن با بتن که حالت بازی دارد ترکیب می شوند. درنتیجه باید فولاد در فاصله ای از جدار بتن قرار گیرد که از نفوذ گازهای اسیدی تا حد امکان مصون باشد و محافظت در برابر خوردگی در دراز مدت تامین گردد. مرز مشترک بتن با فولادی که قسمتی از آن در معرض عوامل جوی خورنده قرار گرفته است اغلب ممکن است منشا ایجاد خوردگی و زنگ زدگی باشد. یعنی از انواع زنگ زدگی به علت ناخالصی های فلزی (آهنی) موجود در مصالح شنی است و به خوردگی فولاد مربوط نمی شود.

منبع : سایت همیار ناظر