خوردگی در سازه های دریایی و تاسیسات بندری

سازه های دریایی و تاسیسات بندری موجود در بنادر کشورمان در زمره تاسیسات زیربنایی مهمی به شمار می روند که به دلیل بتنی یا فلزی بودن در معرض پوسیدگی و تخریب ناشی از قرار گرفتن در محیط دریایی هستند. در موارد متعددی این سازه ها و تاسیسات طی سالیان متمادی نه به قدر کفایت بازرسی و نگهداری شده اند و نه به لحاظ قابلیت ادامه خدمت رسانی مورد ارزیابی قرار گرفته اند. محیط دریایی به دلیل داشتن ویژگی های اساسی متفاوت در بخش های مختلف خود از ناحیه اتمسفری (جوی) تا ناحیه پاشش و تر و خشک شدن و ناحیه غوطه وری و در نهایت فصل مشترک با خاک از نقطه نظر نوع و روند بروز خرابی و درجه پیشرفت آن دارای عملکردهای گوناگونی است. این امر بر حساسیت های ویژه تاثیرات این محیط بر روی سازه ها و تاسیسات مجاور آن می افزاید.
عموماً تصور بر این است که بتن یکی از مصالح بسیار با دوام است ولی تاریخچه عملکرد بتن در محیط دریایی حاکی از آن است که بتن در مقابل آب دریا به عنوان یکی از خورنده ترین محیط های طبیعی در جهان، از نقطه نظر دوام در معرض مشکلات جدی قرار دارد.

در خصوص سازه های فلزی نیز عوامل متعددی وجود دارند که با درجات متفاومت بر روی میزان خوردگی فولاد در آب دریا تاثیر می گذارند. این عوامل شامل درجه حرارت آب، غلظت اکسیژن در آب دریا، PH آب دریا، زواید دریایی چسبیده به شمع ها، میزان شوری آب دریا، سرعت جریان آب بر روی سازه، مواد سایشی موجود در آب و تاثیرات الکتریکی فلزات غیر مشابه می شود. همچنین شمع ها ممکن است در آب شور یا تازه در اثر حمله شیمیایی و سایش دچار کاهش سطح مقطع شوند. به علاوه حضور فلزات غیر مشابه با پتانسیل الکتریکی مختلف می توانند روند خوردگی را باعث گردند. سازه های دریایی اعم از سکوها، اسکله ها، باراندازها، موج شکن ها و تاسیسات بندری که باید نسبت به ساختمان های معمولی عمر مفید بالاتری داشته باشند، در محیط دریایی در معرض عوامل خورنده جدی قرار دارند. به ویژه در ناحیه خلیج فارس با توجه به شرایط حاد محیطی جهت اسافاده بهینه از سرمایه های مملکت مقابله با پدیدۀ مخرب خوردگی این سازه ها و تاسیسات از ضروریات حیاتی است. قابل ذکر است که سواحل و جزایر خلیج فارس از نظر آب و هوا یکی از ویژه ترین مناطق جهان هستند. دما در این منطقه به علت نزدیکی به خط استوا نسبت به مناطق دیگر بیشتر است. تغییرات دما در شبانه روز و در طول سال نیز بسیار زیاد است و املاح موجود در این آب از دیگر آب های آزاد جهان بیشتر است.
ویژگی های محیط دریایی
محیط های دریایی عموماً محیط های خشن برای مصالح معمولی از جمله بتن و فولاد هستند. آب دریا دارای یون ها و گازهای خورنده و جایگاه موجودات دریایی است که برای مصالح ساختمانی مضر هستند. فشارهای هیدرواستاتیکی و تغییرات بالای دما که اغلب در نواحی ساحلی و سازه های دریایی وجود دارند، قادر به سرعت بخشیدن به تخریب مصالح ساختمانی می باشند. طوفان ها و بادهای شدید که موج های بزرگ را ایجاد کرده اند، گاه سازه های بسیار محکم را دچار شکست کرده اند. اساس آب دریاهای سراسر جهان با هم شباهت ها و تفاوت هایی دارند که باید قبل از ساخت سازه های طراحی شده برای صدها سال به وضوح مطالعه و بررسی شده باشند. اما نکته مهمی که باید در نظر داشت این است که محیط دریایی به دلیل داشتن ویژگی های اساس متفاوت در بخش های مختلف خود از ناحیه اتمسفری (حومه) تا ناحیه پاشش و تر و خشک شدن و ناحیه غوطه وری و در نهایت فصل مشترک با خاک از نقطه نظر نوع و روند بروز خرابی و درجه پیشرفت آن دارای عملکردهای گوناگونی است و این امر بر حساسیت ویژه تاثیرات این محیط بر روی سازه ها و تاسیسات مجاور آن که عموماً سازه های مهمی از جمله سکوها، اسکله ها، باراندازها، حوضچه های تعمیراتی، تیرها و پایه های پل، موج شکن ها و تونل های زیردریایی با انتظار عمر مفید طولانی هستند، بر اهمیت موضوع می افزاید.
آب های بیشتر دریاها از نقطه نظر انواع و مقادیر نمک های غیر محلول مشابه هستند. مقدار معمول نمک 5/3 درصد وزنی و یون های اصلی موجود NA ، Mg² ،Cl¯ ، ²¯(SO4) هستند.علاوه بر نمک های غیر محلول، حضور گازهای موثر در نزدیکی سطح آب دریا در داخل آن، نقش مهمی در پدیده های شیمیایی و الکتروشیمیایی بازی می کنند. به عنوان مثال اکسیژن موجود در اتمسفر و آب دریاچه به صورت هوای محبوس و یا اکسیژن غیر محلول نقش اساسی در خوردگی فولاد در محیط دریایی صرفنظر از اینکه فولاد مستقیماً در معرض هوا باشد یا در بتن تعبیه شده باشد، را دارد. بر حسب شرایط محلی ممکن است غلظت های متفاوت سولفید هیدروژن (H2S ) و دی اکسید کربن (CO2 ) غیر محلول در آب دریا وجود داشته باشد و باعث پایین آمدن PH از مقدار نرمال آن یعنی 5/8 تا حدود 7 و یا کمتر گردد. غلظت های زیاد و غیر معمول CO2 آزاد در آب دریا در بعضی از خلیج های محصور شده و خورها وقتی بستر دریا پوشیده از مواد آلی دریایی است. جانوران دریایی شامل نرم تنان غالباً روی سطح بتن متخلخل که قلیائیت آن توسط شسته شدن کاهش قابل توجهی یافته، پیدا می شوند. از آنجا که رشد این جانوران از عواملی چون حرارت، اکسیژن، میزان PH ، جریان دریایی و شرایط نور تاثیر می پذیرند، عموماً به عمق حدود 20 متر از سطح دریا محدود می شوند و در آب و هوای سرد مسئله ساز نیستند. نرم تنان منبع اسیدهای مترشحه ای هستند که باعث ایجاد سوراخهایی در بتن و حفرات زنگ زدگی روی سطح فولاد مدفون در بتن می شوند.باکتریهای تولید کننده H2S در رسوبات شامل نفت یافت شده اند. حضور باکتری های اکسید کننده گوگرد باعث تبدیل H2S به اسید سولفوریک می شوند که خوردگی شدیدی هم برای بتن و هم برای آرماتوربندی فولادی به دنبال خواهد داشت.دمای سطحی آب دریا از کم ترین مقدارĊ 2- (نقطه یخ زدگی آب دریا) در مناطق سرد تا بالاترین مقدار حدود Ċ30 در مناطق گرمسیر تغییر می کند. علاوه بر تاثیر بر روی رشد مواد آلی دریایی، درجه حرارت آب دریا تعیین کننده میزان و سرعت واکنش های شیمیایی و الکتروشیمیایی می باشد.
میزان خرابی بخش های مختلف از یک سازه بستگی به موقعیت آنها نسبت به ناحیه جزر و مدی نیز دارد. جزر و مد به بالا آمدن و پایین رفتن آب اقیانوس ها با برنامه منظمی به صورت دوبار در روز اطلاق می شود. اختلاف سطح آب در یک جزر و مد از حد 5/0 متر در بعضی مناطق تا حتی 15 متر در مناطق دیگر می رسد.
نیروهایی که توسط امواج اقیانوس ایجاد می شوند، اغلب بسیار بزرگ بوده و تاثیر آنها بر سازه های ثابت دریایی مبنای طراحی قرار می گیرد. موج ها معمولاً به علت عدم عمل باد بر سطح آب به وجود می آیند که به علت اصطکاک، انرژی باد به انرژی موج تبدیل می شود. قسمتی از سازه که تحت تاثیر چنین موج های عظیمی قرار می گیرد، به ناحیه پاشش معروف شده و این ناحیه در اثر عمل ماسه و شن و یخ های شناور سایر مواد جامد معلق در آب دریا تحت فرسایش شدید قرار دارد.
در تابستان به علت عبور هوای گرم خشکی از روی اقیانوس سرد، مه ساحلی تشکیل می شود. اما در زمستان ها هوای سرد تر خشکی از روی محیط دریایی گرم تر و مرطوب تر عبور می کند. به هر حال در هر دو حالت رطوبت بالایی در مه یا ابرهای استراتوس پایین نتیجه می شود. مه ساحلی اغلب حمل کننده ذرات آب دریاست که در اثر عمل پاشش به وجود آمده اند.
بادهای شدید در یک هوای هوای طوفانی قادرند ذرات آب دریا را تا فواصل دور ساحل حمل نمایند. بنابراین بحث خوردگی در آب دریا تنها محدود به سازه های دریایی و سازه های کنار ساحل نیست. به هر حال محیط خشن و بسیار پیچیده اقیانوس ها، موقعیت ویژه ای را برای تلاش جدی مهندسین به منظور غلبه بر این مشکلات به وجود آورده است.