ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑ : ΙΑΒΡΩΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΕΞΑΜΗΝΟ 5 Ο

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΑΘΗΜΑ : ΙΑΒΡΩΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΕΞΑΜΗΝΟ 5 Ο ΜΠΡΑΒΟΥ ΣΤΕΦΑΝΙΑ ΣΤΑΣΙΝΟΠΟΥΛΟΥ ΕΙΡΗΝΗ

2 ιάβρωση Ένας ορισµός της διάβρωσης είναι η αλλοίωση της χηµικής ή της φυσικοχηµικής τάξης ενός υλικού υπό την επίδραση διαφόρων εξωτερικών παραγόντων. Ο κύριος παράγοντας διάβρωσης είναι το νερό, χάρη στην ικανότητά του να υδρολύει και να διαλύει υλικά που έρχονται σε επαφή µ' αυτό, καθώς και στη δυνατότητά του να διεισδύει ή να «αναρριχάται» (µε βάση τον µηχανισµό των τριχοειδών φαινοµένων) σε αυτά. Στη διαβρωτική δράση τού ίδιου τού νερού πρέπει να προστεθεί κι εκείνη των διαφόρων διαβρωτικών ουσιών, των οποίων αποτελεί τον φυσικό φορέα. Τέτοια υλικά, που το νερό έχει διαλύσει ή απορροφήσει, είναι, π.χ., ορισµένα διαβρωτικά συστατικά τής ατµόσφαιρας, του εδάφους ή διάφορα απόβλητα, προερχόµενα από τις κάθε είδους ανθρώπινες δραστηριότητες. Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η έρευνα της µεταβολής της αντοχής στην διάβρωση, την οποία εµφανίζει ένα µέταλλο µέσα σε διαβρωτικό µέσο του εδάφους. Επίσης είναι δυνατή και η µελέτη της µεταβολής της διαβρωτικότητας του ανάλογου µέσου µε την πάροδο του χρόνου. Γενικότερα µε τον τρόπο αυτό είµαστε σε θέση να επιλέξουµε το καταλληλότερο µέταλλο για κάθε εφαρµογή κατά την οποία ένα µέταλλο θα έρχεται σε επαφή µε το έδαφος. Εισαγωγή ιάβρωση στο έδαφος ιάφορα µέταλλα διαβρώνονται µε διαφορετικούς τρόπους που καθορίζονται από τις ιδιότητές τους. Ειδικότερα ο σίδηρος και κάθε µορφή αυτού (καθαρός, σκληρός ή µαλακός χάλυβας) συµπεριφέρονται µε τον ίδιο τρόπο κάτω από το έδαφος υπό παρόµοιες συνθήκες. Ακόµα, έχει παρατηρηθεί ότι ένας σιδερένιος σωλήνας θαµµένος σ ένα στεγνό έδαφος υπόκειται σε µερική ή καθόλου διάβρωση. Άλλωστε, εξαιτίας της βροχής, των ποταµών κλπ τα εδάφη είναι σπάνια στεγνά, ειδικά στα επιφανειακά στρώµατα. Όλα τα εδάφη, λοιπόν, περιέχουν µια ποικιλία υλικών µερικά απ τα οποία είναι ευδιάλυτα (στο έδαφος) σε µεγαλύτερο ή σε µικρότερο βαθµό. Έτσι, απαιτείται και µία ποικιλία λύσεων. Ακόµα, βασικό ρόλο για τη διάβρωση στο έδαφος έχουν και τα συστατικά που περιλαµβάνει η βροχή. Για παράδειγµα ο σίδηρος στο καθαρό νερό διαβρώνεται. Όταν όµως οξυγόνο και άλλες ουσίες υπάρχουν σε αυτό, η κατάσταση µετατρέπεται σε πιο πολύπλοκη. Μία εξήγηση της διαβρωτικής συµπεριφοράς κάτω από τις διάφορες συνθήκες δεν είναι εύκολο να δοθεί. Ωστόσο, ένας σηµαντικός παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπ όψιν είναι η ηλεκτρική αγωγιµότητα που περιβάλλει το µέταλλο που διαβρώνεται. Ηλεκτρολύτες Υπάρχουν δύο συνηθισµένοι βασικοί τρόποι µε τους οποίους ο ηλεκτρισµός µπορεί να κυκλοφορήσει. Έτσι, έχουµε τη µεταλλική αγωγιµότητα και την ηλεκτρολυτική αγωγιµότητα. Ιοντισµός Ιοντισµό έχουµε για ένα µεγάλο αριθµό χηµικών συστατικών (αυτό δε σηµαίνει όλων) που διαλύονται στο νερό. Έτσι τα συστατικά τότε τείνουν να διαχωριστούν σε δύο µέρη. 2

3 Τρόποι διάβρωσης των µετάλλων στο έδαφος Μέχρι τώρα έγινε αναφορά στην επίδραση του εδάφους και του νερού στη διάβρωση. Ωστόσο, τα µέταλλα διαβρώνονται κυρίως από τη δηµιουργία ηλεκτρολυτικών κελιών. Ένα ηλεκτρολυτικό κελί αποτελείται από τέσσερα βασικά στοιχεία: ένα ηλεκτρολύτη, δύο ηλεκτρόδια και έναν ηλεκτρολυτικός σύνδεσµος. Ο ηλεκτρολύτης αποτελείται από µία ουσία η οποία ιονίζεται στο νερό. εν χρειάζεται να είναι υγρή. Το κοινό έδαφος είναι ένας ηλεκτρολύτης εκτός αν πρόκειται για αφυδατωµένο χώµα. Ακόµα και ο γρανίτης µε µία µικρή ποσότητα νερού λαµβάνεται ως ηλεκτρολύτης. Γενικά υπάρχουν πολλοί ηλεκτρολύτες στη φύση συντελώντας στη διάβρωση των µετάλλων που έρχονται σε επαφή µε τέτοια υλικά. Τα δύο ηλεκτρόδια ενός κελιού µπορεί να είναι και δύο µέταλλα. Λίγες φορές κάποια άλλη ουσία χρησιµοποιείται για το ένα και σπάνια και για τα δύο ηλεκτρόδια π.χ. είναι ο άνθρακας. Τα δύο ηλεκτρόδια ενός κελιού δεν χρειάζεται να είναι από διαφορετικά µέταλλα. Ο ηλεκτρολυτικός σύνδεσµος µπορεί να έχει πολλές µορφές. Ρόλος του είναι να αποτελεί ένα µονοπάτι/ διάδροµο µεταξύ των ηλεκτρολυτών. Μερικά από τα πιο σηµαντικά κελιά τα οποία συντελούν στη διάβρωση στο έδαφος, παρατίθενται παρακάτω: Γαλβανικά κελιά Ανόµοια µεταλλικά κελιά Πρόκειται για ένα γαλβανικό κελί όπου τα δύο ηλεκτρόδια είναι διαφορετικά µέταλλα π.χ. το ένα ηλεκτρόδιο είναι από άνθρακα και το άλλο από ψευδάργυρο. Ο ηλεκτρολύτης αποτελείται από µια όξινη πάστα που περιλαµβάνει ένα αριθµό από συστατικά που συµβάλλουν στο να δρα το κελί. Όταν ξεκινά η γαλβανική διάβρωση στο κελί διαβρώνεται ο ψευδάργυρος. Ακόµα σηµειώνεται ότι το ηλεκτρόδιο στο οποίο το ρεύµα φτάνει από τον ηλεκτρολύτη ονοµάζεται κάθοδος. Το ηλεκτρόδιο στο οποίο το ρεύµα κατευθύνεται προς τον ηλεκτρολύτη ονοµάζεται άνοδος. Η άνοδος είναι που διαβρώνεται. Συνεπώς ο ψευδάργυρος εφόσον διαβρώνεται είναι η άνοδος. Στην περίπτωση αυτού του κελιού αυτού δηµιουργείται µία τρύπα όπου τα οξικά στοιχεία θα προκαλέσουν ζηµιά. Το ερώτηµα, ωστόσο, είναι αν αυτό το γαλβανικό κελί αποτελεί µια σηµαντική πηγή διάβρωσης. Η απάντηση είναι ναι και µάλιστα τα γαλβανικά αποτελούν το πιο σηµαντικό είδος κελιού που προκαλεί διάβρωση. Έτσι, όταν ένας χάλκινος σωλήνας ο οποίος συνδέεται άµεσα µε έναν κεντρικό αγωγό από χυτευµένο σίδηρο, δηµιουργείται κελί. Έτσι, όπως φαίνεται και στο διπλανό σχήµα,ο κεντρικός σιδερένιος ή εναλλακτικά χαλύβδινος αγωγός, αποτελεί την άνοδο οπότε και διαβρώνεται. Την κάθοδο αποτελεί ο χάλκινος αγωγός ενώ το έδαφος είναι ο ηλεκτρολύτης. Τέλός ο ηλεκτρολυτικός σύνδεσµος είναι το σηµείο που συνδέονται ο σωλήνας και ο αγωγός. Τέτοια κελιά ωστόσο δεν προκαλούν τόσο µεγάλη ζηµιά διότι η άνοδος είναι πολύ µεγαλύτερη από την κάθοδο. 3

4 Κελιά εµπλουτισµού Πρόκειται για κελί στο οποίο τα δύο ηλεκτρόδια είναι από ίδιο µέταλλο και συνδέονται µέσω ηλεκτρολύτη ο οποίος περιλαµβάνει διάφορες ουσίες ή την ίδια ουσία σε διαφορετικές ποσότητες. Για παράδειγµα αν ο ένας ηλεκτρολύτης είναι αραιό διάλυµα άλατος και ο άλλος πυκνό, µπορεί να δηµιουργηθεί κελί. (Αυτό γίνεται διότι ένας παράγοντας που οδηγεί σε ηλεκτροδιακό δυναµικό είναι η συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη). Ένα παρόµοιο κελί µπορεί να γίνει και από δύο ηλεκτρολύτες που περιλαµβάνουν εντελώς διαφορετικές διαλυόµενες ουσίες. Η πρόβλεψη της συµπεριφοράς ενός τέτοιου κελιού δεν είναι πάντα δυνατή. Κελιά εµπλουτισµού είναι υπεύθυνα για πολλές από τις διαβρώσεις που πραγµατοποιούνται στο έδαφος. (Σχήµα 2). Αγωγοί για παράδειγµα που περνούν από διαφορετικά είδη εδάφους στη διαδροµή τους. Για κάθε περίπτωση που υπάρχουν δύο διαφορετικά είδη εδάφους που είναι σε επαφή µε ένα µεµονωµένο κοµµάτι µετάλλου η δηµιουργία κελιού είναι δυνατή. Στις περισσότερες περιπτώσεις τα µέρη του σωλήνα που βρίσκονται στο Σχ. 2 πιο αγώγιµο έδαφος είναι η άνοδος. Αυτά στο λιγότερο αγώγιµο έδαφος είναι η κάθοδος. Το ίδιο το έδαφος δρα ως ηλεκτρολύτης και ο σωλήνας αποτελεί τον ηλεκτρολυτικό σύνδεσµο. Το ρεύµα κατευθύνεται από την ανοδική περιοχή στο έδαφος, µετά µέσω του εδάφους και µετά από το έδαφος στην καθοδική περιοχή, όπως φαίνεται στο σχήµα (2) Τα µη διαλυτά άλατα σε τέτοιες περιπτώσεις είναι πολλά και ποικίλα. Συνήθως περιλαµβάνουν στοιχεία αλουµινίου, καλίου, µαγνησίου και άλλων µετάλλων Έτσι, πρέπει να γνωρίζουµε ποια άλατα περιλαµβάνονται διότι η δράση είναι προβλέψιµη από άλλα δείγµατα και η επανόρθωση και αντιµετώπιση ίδια ανεξάρτητα από το ποιες είναι οι ουσίες. Κελιά εµπλουτισµού µε οξυγόνο \ Τέτοιο κελί δηµιουργείται αν τα ηλεκτρόδια είναι τοποθετηµένα σε ένα διάλυµα ικανό να δράσει ως ηλεκτρολύτης. Τότε, αν υπάρχει διαφορά στην ποσότητα του οξυγόνου που φτάνει στα δύο ηλεκτρόδια, αναπτύσσεται µεταξύ του µια διαφορά δυναµικού. Έτσι, δηµιουργείται άλλο ένα διαβρωτικό κελί το οποίο είναι γνωστό ως κελί εµπλουτισµού µε οξυγόνο. Τέτοιος τύπος κελιού µπορεί να δηµιουργηθεί µε την τοποθέτηση δύο µικρών κοµµατιών χαλκού που να συνδέονται µε ένα ευαίσθητο βολτόµετρο και τροφοδοτώντας µε οξυγόνο, 4

5 ώστε αυτό να βρίσκεται γύρω τους. Σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις τέτοια κελιά έχουν για άνοδο το ηλεκτρόδιο που δεν φτάνει το οξυγόνο ενώ το άλλο γίνεται κάθοδος. Τέτοια κελιά είναι πολύ συνηθισµένα να δηµιουργούνται σε θαµµένους σωλήνες και ίσως να είναι τα πιο συνηθισµένα. Για παράδειγµα σε έναν σωλήνα σε παραχώµατα. Το παράχωµα έχει περισσότερο οξυγόνο σε σχέση µε το έδαφος σε µεγαλύτερο βάθος. Έτσι, ευνοείται η δηµιουργία κελιού εµπλουτισµού µε οξυγόνο στο οποίο η άνοδος είναι ο πυθµένας της επιφάνειας του σωλήνα. Έτσι, προκαλείται διάβρωση µε τον τρόπο που φαίνεται στο σχήµα (3). Ένα άλλο παράδειγµα είναι όταν ένας σωλήνας περνά κάτω από λιθόστρωτο δρόµο όπως είναι ο διάδροµος του αεροδροµίου (σχήµα 4). Η περιοχή του εδάφους κάτω από το Σχ.(4) λιθόστρωτο έχει µικρότερη πρόσβαση στο οξυγόνο σε σχέση µε αυτό που βρίσκεται στο µη λιθοστρωµένο. Έτσι, δηµιουργείται κελί εµπλουτισµού µε οξυγόνο µε άνοδο το σωλήνα κάτω από το λιθόστρωτο και κάθοδο το σωλήνα έξω από αυτό, µε ηλεκτρολύτη το έδαφος και ηλεκτρολυτικό σύνδεσµο το σωλήνα. Τα κελιά εµπλουτισµού µε οξυγόνο είναι υπεύθυνα για τη διάβρωση στα πρώτα στρώµατα της θάλασσας καθώς και η δράση των κυµάτων τροφοδοτούν µε οξυγόνο τα µέταλλα που βρίσκονται στο έδαφος κάτω από τη θάλασσα και ακριβώς κάτω από την επιφάνεια αυτού. Κελιά θερµοκρασίας Τα δύο κελιά που προαναφέρθηκαν καλύπτουν ίσως το 90% της διάβρωσης στο έδαφος και ένα µεγάλο ποσοστό από αυτής στα φυσικά νερά. Ωστόσο, υπάρχει και διάβρωση από άλλου είδος κελιά και αυτές οι διαφορετικές µορφές κελιών δεν µπορούν να αγνοηθούν. Ένα τέτοιο κελί είναι το θερµοκρασιακό κελί. Σ αυτό τα δύο ηλεκτρόδια είναι από το ίδιο µέταλλο αλλά το ένα βρίσκεται σε υψηλότερη θερµοκρασία και αυτό αποτελεί την άνοδο. Ένα παράδειγµα είναι µία γραµµή µεταβίβασης Σχ.(5) αερίου η οποία ξεκινά από ένα σταθµό συµπιεστή και καταλήγει κάτω από το έδαφος(σχήµα 5). Το αέριο που συµπιέστηκε είναι ζεστό και καθώς µεταφέρεται µέσα από τη γραµµή χάνει θερµότητα που µεταφέρεται στα γειτονικά λάδια! Έτσι, δηµιουργείται 5

6 κελί µε το ζεστό σωλήνα δίπλα στο συµπιεστή να είναι η άνοδος, το τµήµα του σωλήνα που είναι σε πιο χαµηλά θερµοκρασία να αποτελεί την κάθοδο, το έδαφος ηλεκτρολύτη και τον ίδιο το σωλήνας για ηλεκτρολυτικό σύνδεσµο. Με τον ίδιο τύπο αυτό του κελιού δηµιουργείται η υψηλή θερµοκρασία έξω από το συµπιεστή τείνει να προκαλέσει βλάβη στην επίστρωση, οπότε το κοµµάτι του σωλήνα που αποτελεί την άνοδο θα έχει την πιο φτωχή επίστρωση. Κελιά που φορτίζονται από ηλεκτρικό ρεύµα Για όλα τα κελιά που περιγράφηκαν µέχρι τώρα η πηγή της ενέργεια που κάνει το κελί ενεργό αποτελεί µέρος του κελιού. Είναι ωστόσο δυνατό η πηγή της ενέργεια να προέρχεται από ένα είδος ηλεκτρικού ρεύµατος που προέρχεται από εξωτερική πηγή. Σ αυτό το είδος κελιού η άνοδος είναι πάλι το ηλεκτρόδιο από το οποίο το ρεύµα φτάνει στον ηλεκτρολύτη και η κάθοδος αυτή είναι που το ρεύµα κυλά από τον ηλεκτρολύτη. Κελιά που φορτίζονται από ηλεκτρικό ρεύµα στα έδαφος είναι ο δύο ειδών, τα προµελετηµένα (σκόπιµη διέλευση ηλεκτρικού ρεύµατος) και τα τυχαία.τα προµελετηµένα είναι αυτά που τροφοδοτούν µε καθοδική προστασία µία απειλούµενη από διάβρωση, κατασκευή. Τυχαία συστήµατα, ωστόσο, µπορεί να υπάρχουν κάτω από ποικίλες συνθήκες. Κάθε ηλεκτρικό ρεύµα που φτάνει στο έδαφος από οποιαδήποτε πηγή, αν συναντήσει στη πορεία του έναν αγωγό ή κάποιο άλλο µέταλλο µιας κατασκευής, συλλέγεται στο σωλήνα σε µια περιοχή και φεύγει από µία άλλη. Εκεί όπου συλλέγεται γίνεται κάθοδος και η περιοχή όπου το ρεύµα τη διαπερνά αποτελεί την άνοδο οπότε και το µέταλλο διαβρώνεται. Τέτοια κελιά µπορεί να προκαλέσουν προβλήµατα αν δεν ελεγχθούν σωστά. Κελιά που προκαλούνται από µηχανική τάση (Stress Cells) Αν ένα κοινό καρφί πέσει µέσα σε δοχείο µε αλατόνερο µετά από λίγη ώρα παρατηρείται ότι τα σηµεία τα οποία θα επηρεαστούν σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις είναι η είναι τα άκρα του καρφιού ενώ σταδιακά ένα χρώµα καφέ σαν σκουριά παρατηρείται να αλλάζει το χρώµα του νερού. Αυτό είναι ένα παράδειγµα του τύπου του κελιού υπό πίεση. Αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια που αποτελούνται από το ίδιο µέταλλο. Η περιοχή της υψηλής πίεσης είναι πάντα η άνοδος. Τα κελιά αυτά µπορεί να εµφανιστούν µε δύο βασικές µορφές. Στην πρώτη, όπως µε το παράδειγµα του καρφιού, αν η πίεση απελευθερωθεί από θερµότητα και έπειτα από ψύξη το µέταλλο επανέρχεται στην αρχική του κατάσταση ή η πίεση µειώνεται. Στον άλλο τύπο, το µέταλλο είναι κοµµάτι µιας κατασκευής που υπόκειται σε πίεση. Η περιοχή της υψηλής πίεσης είναι πάντα η άνοδος του κελιού. Κελιά επιφανειακού λεπτού στρώµατος Κάποιες χηµικές και ηλεκτροχηµικές αντιδράσεις µπορεί να λάβουν µέρος στην επιφάνεια ενός µετάλλου κάτω από το έδαφος µε αποτέλεσµα να συµπεριφέρεται τελείως διαφορετικά από το καθαρό µέταλλο. Το κοµµάτι αυτό µπορεί να µην είναι ορατό και να 6

7 αποτελείται από µερικά µόρια αλλά να έχει δυναµικό 0,3ν διαφορετικό από το καθαρό µέταλλο. Έτσι δηµιουργείται κελί. Στον ανοξείδωτο χάλυβα δηµιουργούνται τέτοιου είδους κελιά και µάλιστα ένα µεγάλο µέρος της διάβρωσης τους οφείλεται σε αυτά. Το αλουµίνιο έχει, επίσης, την ίδια ιδιότητα µόνο που το λεπτό στρώµα παρουσιάζει φράγµα αντίστασης παρά διαφορά δυναµικού. Ο χάλυβας παρουσιάζει παρόµοια διαφορά στο δυναµικό µε το πέρας του χρόνου. Για παράδειγµα χάλυβας που βρίσκεται θαµµένος στο έδαφος για χρόνια είναι πιο καθοδικό σε σχέση µε ένα πιο καινούριο χρονικά χάλυβα παρόλο που έχουν ταυτόσηµη σύσταση. Είναι, όµως, καθαρά επιφανειακό φαινόµενο. Ένα άλλο παράδειγµα είναι υποθέτοντας ότι έχουµε αγωγό αερίου θαµµένο στο έδαφος για χρόνια. Σταδιακά αρχίζουν να παρατηρούνται διαρροές και κηλίδες. Ωστόσο τοποθετείται ένας άλλος σωλήνας σε µικρή απόσταση ώστε να συνδέεται µε τον προηγούµενο(σχήµα 7). Τότε δηµιουργείται ένα ενεργό κελί διάβρωσης µε άνοδο τον καινούριο και κάθοδο τον παλιό Σχ.(7) σωλήνα, ενώ ηλεκτρολύτης είναι όπως πάντα το έδαφος και ο ηλεκτρολυτικός σύνδεσµος το σηµείο που συνδέονται οι δύο σωλήνες. Ακόµα η ολική αντίσταση του κελιού είναι χαµηλή διότι οι σωλήνες δεν απέχουν πολύ µεταξύ τους. Έτσι παρατηρείται ότι τα σηµεία διαρροής στον παλιό σωλήνα ελαττώνονται και αυτό διαρκεί για λίγους µήνες µέχρι και δύο χρόνια. Ωστόσο ξαφνικά αναπτύσσονται διαρροές στον καινούριο και πιο έντονες στον παλιό σωλήνα. Μια πρώτη άποψη είναι ότι ο καινούριος σωλήνας δεν είναι τόσο ποιοτικός όσο ο παλιός. Το σωστό, ωστόσο, είναι ότι αυτό προήλθε από τη δράση του κελιού. Ποικιλόµορφα- Ανάµικτα κελιά Τέλος, υπάρχουν και κάποιοι πιο σπάνιοι τύποι κελιών που µπορεί να προκαλέσουν τη διάβρωση µετάλλων στο έδαφος. Αυτά είναι: Φωτοηλεκτρικά κελιά Κινητικά κελιά Κελιά πίεσης (σχετίζεται µε τη διαφορά πίεσης των ηλεκτροδίων) Συνδυαστικά κελιά (όπου περισσότερα από ένα από αυτά που περιγράφηκαν δρουν στον ίδιο χρόνο Βιοχηµική διάβρωση Μία άλλη κατηγορία διάβρωσης είναι η βιοχηµική διάβρωση. Προκαλείται από τη δράση µικροοργανισµών πάνω στο µέταλλο (βακτηριδιακή συνήθως δράση) και παρουσιάζεται συχνά στις υπόγειες σωληνώσεις ή στα κελύφη των πλοίων. Σηµαντικότερη είναι η δράση αναερόβιων µικροοργανισµών οι οποίοι αναπτύσσονται σε περιβάλλον που περιέχει ελάχιστο ή και καθόλου οξυγόνο. Ευνοϊκό περιβάλλον για την 7

8 ανάπτυξη αυτών των µικροοργανισµών αποτελούν τα χαµηλά, συµπαγή και κακώς αεριζόµενα ουδέτερα εδάφη µε άφθονο νερό και κακή αποµάστευση. Μέσο καταπολέµησης είναι ο αερισµός του χώµατος πλήρωσης των ορυγµάτων τοποθέτησης των σωλήνων, η διαπότιση του εδάφους µε ασβέστη για αύξηση της αλκαλικότητας, η στεγανοποίηση των σωλήνων µε επιστρώσεις µε ασφαλτώδεις ύλες, πλαστικές ταινίες ή µπετόν και η χρήση µικροβιοκτόνων. ιάβρωση µε βελονισµούς Η διάβρωση µε βελονισµούς αποτελεί µία άλλη κατηγορία διάβρωσης η οποία είναι δυνατό να αναπτυχθεί στο διαβρωτικό περιβάλλον έδαφος. Εντοπίζεται σε ορισµένα σηµεία τής επιφάνειας, όπου υπάρχουν ανοµοιοµορφίες ή ατέλειες (διαταραχές) στην κατασκευή τού κρυσταλλικού πλέγµατος. Ιδιαίτερη τάση εµφάνιση της διάβρωσης µε τη µορφή βελονισµών παρουσιάζουν τα παθητικά µέταλλα όπως οι ανοξείδωτοι χάλυβες, το νικέλιο, το χρώµιο και το αλουµίνιο. Αντίθετα, ικανοποιητική αντοχή παρουσιάζει το τιτάνιο. Η αυξηµένη περιεκτικότητα των ανοξείδωτων χαλύβων σε Cr, Ni και Mo επιτείνει την ανάπτυξη της διάβρωσης µε τη µορφή βελονισµών ενώ αµέταλλα συστατικά όπως ο άνθρακας, το πυρίτιο και το θείο την µειώνουν. Συνέπειες της διάβρωσης στο έδαφος ιάβρωση σωλήνων Τα περισσότερα από τα κελιά που περιγράφηκαν εµφανίζονται σε σωληνώσεις που είναι θαµµένες κάτω από το έδαφος µε µόνη δυνατή εξαίρεση τα φωτοηλεκτρικά κελιά. Όταν ένας σωλήνας βρίσκεται θαµµένος περνά από µια ποικιλία εδαφών µε αποτέλεσµα να δηµιουργούνται κελιά εµπλουτισµού. Ακόµα, υπάρχει οξυγόνο και έτσι έχουµε κελιά οξυγόνου ενώ οι διαφορές (στα µέταλλα) στη επιφάνεια του σωλήνα οδηγούν στη δηµιουργία γαλβανικών κελιών. Γενικά, υπάρχει γενικά η δυνατότητα εµφάνισης κάθε είδους κελιού, λόγω της πολυπλοκότητας του εδάφους. Τα κελιά έχουν διαφορετικά σχήµατα και µεγέθη. Η άνοδος µε την κάθοδο µπορεί να απέχουν από µερικές ίντσες µέχρι µίλια. Το δυναµικό τους µπορεί να διαφέρει από λίγα millivolt µέχρι µισό volt. Έτσι ξεκινούν οι αλλαγές και η διάβρωση. Βασικό ρόλο παίζουν τα στοιχεία του περιβάλλοντος και έτσι επηρεάζεται και ο εµπλουτισµός. Κάποιες περιοχές σταδιακά γίνονται καθοδικές. Στην περιοχή που αποτελεί την άνοδο το µέταλλο της σταδιακά υπόκειται σε όλο και περισσότερη διάβρωση. Έτσι αρχίζουν οι διαρροές στους σωλήνες. Άλλα υλικά που διαβρώνονται Συγκεντρωτικά αναφέρονται αλλά υλικά που υφίσταται διάβρωση κατά τη χρήση τους σε κατασκευές στο έδαφος. Χάλυβας:Ο χάλυβας που προορίζεται για τον οπλισµό του µπετόν είναι δυνατό να υποστεί ηλεκτροχηµική διάβρωση, αν υπάρχουν µικρορωγµές ή επιφανειακές ατέλειες στο µπετόν ή αν είναι σε ορισµένα σηµεία ανεπαρκής η επικάλυψή του. Σε αυτές τις περιπτώσεις σχηµατίζονται γαλβανικά στοιχεία, µε αποτέλεσµα τη διάβρωση των ανοδικών περιοχών τού σιδηροοπλισµού και τη δηµιουργία σκουριάς. 8

9 Οι χαλύβδινες σωληνώσεις κυκλοφορίας νερού, οι οποίες διαβρώνονται έντονα στα σηµεία που έρχονται σε επαφή µε γύψο, ενώ, αντίθετα, προστατεύονται από τον ασβέστη ή το τσιµέντο, µπορούν να διαβρωθούν επίσης και από το µαλακό νερό, εφόσον περιέχει διαλυµένο διοξείδιο του άνθρακα. Θεωρητικά, θα ήταν δυνατό να προστατευθούν αποτελεσµατικά µε γαλβανισµό, δεδοµένου ότι ο ψευδάργυρος είναι ανοδικότερος από τον σίδηρο. Όµως στην πράξη η παραπάνω προστασία δεν είναι πάντοτε επαρκής, ιδιαίτερα στις περιπτώσεις όπου διαµέσου των σωληνώσεων κυκλοφορεί θερµό νερό, θερµοκρασίας µεγαλύτερης των 80 C και υπάρχουν έστω και ίχνη χαλκού στο σύστηµα. Ο χαλκός µπορεί να βρίσκεται σε ίχνη µέσα στο στρώµα τού ψευδαργύρου της επικάλυψης ή ακόµη και να αποτελεί συστατικό του υλικού κατασκευής (π.χ. ορείχαλκος ή κρατέρωµα) των κάθε είδους κρουνών του δικτύου. Η διάβρωση των υπόγειων χαλύβδινων σωληνώσεων µπορεί επίσης να προέλθει και από τη δράση περιπατητικών ρευµάτων µέσα στο έδαφος. Χυτευµένος σίδηρος:ο χυτοσίδηρος ελάχιστο προσβάλλεται από τα διαβρωτικά µέσα. Αλουµίνιο (Aluminum):Το αλουµίνιο συνηθιζόταν να χρησιµοποιείται κάτω από ειδικές περιστάσεις. Ωστόσο, το µέταλλο είναι ένα αντικείµενο το οποίο προσβάλλεται από οξέα, αλκάλια, ισχυρά µεταλλικά οξέα, χλωρίδια και γαλβανική δράση. Ανεξάρτητα από το είδος της διάβρωσης του εδάφους γαλβανική συνέπεια ή ηλεκτρόλυση- η περιοχή που επηρεάζεται είναι µικρή αλλά οι οπές που δηµιουργούνται έχουν µεγάλο βάθος. Ψευδάργυρος (Zinc):Ο ψευδάργυρος χρησιµοποιείται µερικές φορές σε σχέση µε τα ηµι-κελιά στο έδαφος. Ο γαλβανισµένος χάλυβας κανονικά δεν τοποθετείται υπογείως. Η λεπτή επίστρωση ψευδαργύρου γρήγορα διαλύεται από τη γαλβανική δράση µε οποιοδήποτε ακάλυπτο χάλυβα. Μόλυβδος (Lead):Σε κάποια χρονική περίοδο ο µόλυβδος χρησιµοποιείτο επένδυση τηλεφωνικών καλωδίων αλλά αντικαταστήθηκε από το πλαστικό στις περισσότερες περιοχές. Παρόλο που το µέταλλο είναι επαµφοτερίζον επιτίθεται και από οξέα και από βάσεις- µία λογική αντίσταση στη διάβρωση εµφανίστηκε στα περισσότερα είδη εδάφους. Ωστόσο θεωρείται ιδιαίτερα ανθεκτικός στην επίδραση των οξέων και για τον λόγο αυτόν οι µολύβδινες σωληνώσεις δεν διαβρώνονται κατά την επαφή τους µε τον γύψο, ενώ, αντίθετα, προσβάλλονται από τον ασβέστη ή το τσιµέντο (αλκαλική αντίδραση). Ανοξείδωτος χάλυβας (Stainless steel):είναι µερικές φορές αναγκαίο να χρησιµοποιείται αυθεντικός ανοξείδωτος χάλυβας ως υπόγειος αγωγός. Πολύ µικρού πάχους αγωγοί χρησιµοποιούνται και οποιαδήποτε προσβολή από εξωτερικό παράγοντα µπορεί να είναι σοβαρή. Σε πολλά είδη εδάφους το λεπτό στρώµα πάνω στο µέταλλο παραµένει ανέπαφο και δεν συµβαίνει καµία επίθεση σε αυτό. Ωστόσο, η δηµιουργία οπών µπορεί να δηµιουργηθεί σε βαριά εδάφη και σε περιβάλλοντα που περιέχουν χλωρίδια. Χαλκός (Copper):Είναι γνωστό ότι ο χαλκός αντέχει στην έκθεσή του κάτω από το έδαφος εκτός αν υπάρχουν υψηλές συγκεντρώσεις σουλφιδίων. Το να θάβεται όµως 9

10 χαλκός σε κοκ µπορεί να προκαλέσει έντονη δηµιουργία οπών. Ο µπρούντζος διαβρώνεται εύκολα σε πολλά είδη εδάφους ενώ άλλα κράµατα χαλκού είναι πιο ανθεκτικά σε πολλά φυσικά εδάφη. Πρόσθετες επιδράσεις της δράσης των κελιών Υδρογόνο Η εµφάνιση του υδρογόνου στην κάθοδο µπορεί να προκαλέσει φυσιολογική διάβρωση καθώς και καθοδική προστασία. Έτσι αρχικά δηµιουργείται υδρογόνο το οποίο µπορεί να συνδυαστεί µε οξυγόνο και να δηµιουργήσει νερό ή µε άλλα ιόντα του περιβάλλοντος και να δηµιουργηθεί κάποια άλλη χηµική ένωση. Αυτό µπορεί να διασπαστεί (διαλυθεί) στο µέταλλο (καθοδική περιοχή) ή να συνδυαστεί και να σχηµατιστούν κάποια αέρια υδρογόνου. Αυτή η µετέπειτα αντίδραση µπορεί να γίνει µόνο κάτω από ειδικές συνθήκες διότι απαιτεί ένα υψηλότερο δυναµικό που συνήθως είναι παρόν σε φυσικώς δρώντα διαβρωτικά κελιά. Ωστόσο είναι σύνηθες γεγονός στα συστήµατα καθοδικής προστασίας. Κάτω από ειδικές συνθήκες η επίδραση του υδρογόνου µπορεί να είναι καταστροφική. Το ατοµικό υδρογόνο που διαµορφώνεται στην κάθοδο µπορεί να διαδίδεται στον χάλυβα και σε κάποιο βάθος της µεταλλικής επιφάνειας και αργότερα συνδυάζεται σε ζεύγη και παράγεται το διατοµικό µόριο του υδρογόνου Σε αντίθεση µε τα µεµονωµένα άτοµα αυτά τα µόρια υδρογόνου δεν µεταδίδονται µέσω της µεταλλικής κατασκευής. Έτσι δηµιουργείται µία συσσώρευση υδρογόνου µέσα στο µέταλλο που µπορεί να παράγει αρκετή πίεση ώστε να δηµιουργηθεί φουσκάλα (εξόγκωµα) ή σχίσµα, ρωγµή στο µέταλλο όπως φαίνεται στο σχήµα. Μόνο σε ειδικές περιπτώσεις συµβαίνει αυτό στην κάθοδο ενός κελιού διάβρωσης. Ωστόσο µπορεί να δηµιουργηθεί στα συστήµατα µε καθοδική προστασία. Ηλεκτροενδόσµωση Μια άλλη πλευρά της διέλευσης του ηλεκτρικού ρεύµατος µέσα από µακρύ πορώδες όπως το έδαφος, είναι η ηλεκτροενδόσµωση. Το νερό µεταφέρεται µε το ρεύµα. Φυσικά αυτή η επίδραση είναι σηµαντική µόνο σε υψηλότερη πυκνότητα ρευµάτων από αυτή που παράγουν κανονικά τα κελιά. Όπως στη δράση του υδρογόνου είναι πιο σύνηθες να σχετίζεται µε την καθοδική προστασία. Η επίδραση είναι να µεταφέρει νερό στην κάθοδο και µακριά από την άνοδο. Η µετέπειτα επίδραση, αν η άνοδος είναι πιο πάνω από την πιεσοµετρική επιφάνεια του ύδατος, µπορεί να προκαλέσει µια ανεπιθύµητη µείωση στην αντίσταση της ανόδου. Καθοδική κλίµακα Μια άλλη συνέπεια είναι η εναπόθεση των µιγµάτων/ χηµικών ενώσεων από το έδαφος πάνω στο σωλήνα. Αυτή η συνέπεια είναι εξαιρετικά έντονη στο νερό της θάλασσας, όπου µια καθοδική κλίµακα µπορεί να ξεχυθεί/ δηµιουργηθεί σε µία χρονική περίοδο και να έχει τη µορφή του σκληρού και γυαλιστερού σµάλτου πάχους µίας ίντσας. Αυτό το υλικό είναι, όταν εναποθέτεται στο θαλασσινό νερό, ένα µίγµα οξειδίων και υδροξειδίων ασβεστίου και 10

11 µαγνησίου. Αυτή είναι µια τελείως πολύπλοκη ουσία, της οποίας η σύνθεση/ σύσταση εξαρτάται από τις τρέχουσες πυκνότητες και από άλλους παράγοντες. Σε φρέσκα ή γλυφά νερά, η καθοδική κλίµακα δηµιουργείται µόνα αν τα ιόντα από τα οποία συνθέτεται βρίσκονται στο νερό, έτσι η σύστασή της είναι ακόµα πιο µεταβλητή από αυτή που δηµιουργείται στη θάλασσα. Αυτό ισχύει και για το έδαφος. Κάποια είδη εδάφους δεν µπορούν να δηµιουργήσουν µία ορατή κλίµακα, παρόλο που υπάρχει αρκετό ασβέστιο στα περισσότερα είδη εδάφους για να δηµιουργήσει κάποια κλίµακα. Συχνά, όταν ο αγωγός βρίσκεται υπό καθοδική προστασία, καµία κλίµακα δεν γίνεται ορατή µέχρι η επιφάνεια του σωλήνα να ξηραθεί. Σε έναν αγωγό που δεν βρίσκεται υπό προστασία, η καθοδική κλίµακα συχνά βρίσκεται σε µία ακανόνιστη, διάστικτη µορφή. Αυτό κάνει τις πραγµατικά ενεργές καθοδικές περιοχές να είναι ορατές. ηµιουργία κοιλοτήτων/ κρατήρων Κατά την εξέταση ενός αγωγού, ο οποίος βρίσκεται σε διαβρωτικό έδαφος χωρίς κατάλληλη προστασία για κάποιο χρονικό διάστηµα, βρίσκεται συνήθως ότι το µεγαλύτερο µέρος του δεν έχει επηρεαστεί. Όταν όµως διαβρώνεται, η µορφή της διάβρωσης δίνεται µε κοιλότητες οι οποίες βρίσκονται σε σχετικά µικρές περιοχές όπου υπήρξε οξεία δράση της διάβρωσης. Γενικά, υπάρχει πάντα µία κηλίδα σε οποιαδήποτε αγωγό όπου όλες οι συνθήκες συνδυάζονται και δίνουν µεγάλο ρυθµό διείσδυσης (Σχήµα 9). Αυτή είναι η κηλίδα στην οποία θα δηµιουργηθεί η πρώτη οπή. Απ τη στιγµή που η υπόγεια σωλήνα δεν είναι ορατή στον παρατηρητή, θα είναι η πρώτη περιοχή που θα εµφανιστεί η διάβρωση. Ωστόσο, και στην υπόλοιπη έκταση του σωλήνα εµφανίζονται κοιλότητες διάφορου βάθους και οξύτητας. Σχ.(9) Εάν ο ολικός αριθµός των κηλίδων που δηµιουργούνται σε έναν συγκεκριµένο αγωγό σχεδιαστεί σε συνάρτηση µε το χρόνο σε ηµιλογαριθµική κλίµακα, η καµπύλη που θα δηµιουργηθεί τείνει να είναι ευθεία. (σχήµα 7) Χαρακτηριστικό των ηµιλογαριθµικών κλιµάκων είναι ότι ίσοι λόγοι καταλαµβάνουν ίσα διαστήµατα π.χ. στο διάγραµµα η απόσταση από το 1 στο 2 είναι η ίδια µε αυτή από το 2 στο 4 ή µε άλλα λόγια η απόσταση από κάθε αριθµό στο διπλάσιό του είναι ίση. 11

12 Το διπλανό διάγραµµα αυτό δείχνει την καµπύλη ενός πραγµατικού αγωγού. Ο αγωγός κατασκευάστηκε τον Νοέµβρη του Η καµπύλη ξεκινά από τις 16 Μαΐου 1961 όταν η πρώτη κοιλότητα έγινε ορατή. Η δεύτερη κοιλότητα δηµιουργήθηκε τον Αύγουστο του ίδιου χρόνου, όταν ο αγωγός χρονολογείτω 33 µηνών. Εδώ είναι σηµαντικό να σηµειωθεί ότι αν γινόταν το διάγραµµα µόνο γι αυτούς τους δύο κρατήρες, η κλίση της ευθείας θα ήταν πολύ µεγαλύτερη. Ηλεκτρολυτική ανθεκτικότητα Στο σηµείο αυτό πρέπει να εξεταστεί ποίος παράγοντας κάνει διαφορετικούς αγωγούς να έχουν διαφορετικές καµπύλες αριθµού κοιλοτήτων σε συνάρτηση µε το χρόνο. Η µεγαλύτερη διαφορά έγκειται στο διαφορετικό είδος εδάφους των αγωγών. Πιθανόν, ο δεύτερος µεγαλύτερος παράγοντας είναι η επίστρωση κάθε αγωγού. Το ίδιο συµβαίνει και µε αγωγούς διαφορετικής διαµέτρου. Ο παράγοντας που προφανέστατα επηρεάζει περισσότερο την κλίση της ευθείας συχνότητας εµφάνισης κοιλοτήτων είναι η φάση του ηλεκτρολύτη. Το έδαφος παρουσιάζεται µε πολλά διαφορετικά είδη και έχει πολλές διαφορετικές ιδιότητες. Τα είδη του εδάφους µπορούν να κατηγοριοποιηθούν µε βάση τη σύσταση, το οργανικό περιεχόµενο, τις διαλυµένες χηµικές ουσίες, το χρώµα, την προέλευση κτλ ανάλογα µε το τι µας ενδιαφέρει κάθε φορά. Το είδος και κυρίως η ποσότητα των διαφόρων διαλυµένων αλάτων, ωστόσο, είναι πρωταρχικής σηµασίας. Ένας εύκολος τρόπος για τη µέτρηση του ολικού ποσού των διαλυµένων αλάτων στο χώµα, µε ιδιαίτερη προσοχή να δίνεται σε αυτά που ιοντίζονται πιο εύκολα, είναι η µέτρηση της ηλεκτρικής ανθεκτικότητας του εδάφους. Όσο µικρότερη είναι η ανθεκτικότητα, τόσο καλύτερος είναι ο ηλεκτρολύτης, έτσι τα εδάφη παρέχουν ηλεκτρολύτες και µε αυτόν τον τρόπο συντελούν στην διάβρωση. Αντιµετώπιση της διάβρωσης Η διάβρωση δύναται, προφανώς, να καταπολεµηθεί ριζικά ή να ανασταλεί ουσιαστικά µέσω της άρσης ή του περιορισµού των διαβρωτικών παραγόντων. Μια από τις αποτελεσµατικότερες µεθόδους οι οποίες προσφέρονται για ην αντιµετώπιση τής διάβρωσης είναι η χρησιµοποίηση επικαλύψεων. Αυτές µπορεί να είναι τόσο µεταλλικές (π.χ. γαλβανισµός, επιχρωµίωση, επικασσιτέρωση κ.ά.), όσο και µη µεταλλικές (βαφές, πλαστικά υλικά κ.λπ.). Σε ορισµένες περιπτώσεις επιζητείται ο σχηµατισµός ενός 12

13 προστατευτικού στρώµατος (φιλµ) στην επιφάνεια τού υλικού, όπως είναι π.χ. η φωσφορίωση εν θερµώ της µεταλλικής επιφάνειας, πριν από τη βαφή, η ανοδίωση των κραµάτων του αλουµινίου κ.ά. Η ηλεκτροχηµική προστασία των µετάλλων από τη διάβρωση µπορεί να πραγµατοποιηθεί µε τους ακόλουθους τρόπους: Με καθοδική προστασία. Το µέταλλο που πρόκειται να προστατευθεί συνδέεται ηλεκτρικά µε ένα άλλο λιγότερο ευγενές µέταλλο, το οποίο και αποτελεί την άνοδο τού γαλβανικού στοιχείου, που δηµιουργείται µε αυτόν τον τρόπο. έτσι, το δεύτερο αυτό µέταλλο διαβρώνεται στη θέση εκείνου που θέλουµε να προστατεύσουµε ( θυσιαζόµενη άνοδος). Εναλλακτικά, είναι δυνατό να καταλήξουµε στο ίδιο αποτέλεσµα, εφαρµόζοντας εξωτερική ηλεκτρική τάση ανάµεσα στο µέταλλο που θέλουµε να προστατεύσουµε και σ' ένα αδρανές ηλεκτρόδιο, έτσι ώστε το µέταλλο να αποτελεί την κάθοδο και το αδρανές ηλεκτρόδιο την άνοδο του σχηµατιζόµενου ηλεκτροχηµικού στοιχείου. Ο τρόπος αυτός προστασίας του µετάλλου αποτελεί την επίστρωση δηλαδή την παρεµβολή φράγµατος µεταξύ της µεταλλικής επιφάνειας και του διαβρωτικού µέσου, δηλαδή ένα είδος επίστρωσης. Εφόσον, λοιπόν, για τη διάβρωση πάντα απαραίτητη είναι η παρουσία υγρού ηλεκτρολύτη σε επαφή µε µέταλλο, εάν ένα µέταλλο επικαλυφθεί µε ένα υλικό το οποίο είναι απόλυτα αδιάβροχο και δεν περιέχει οπές, τότε θα ήταν προστατευµένο. Πρέπει να σηµειωθεί ότι αυτές οι δύο προϋποθέσεις της επίστρωσης είναι απαραίτητες µόνιµα ώστε να αποφευχθεί η διάβρωση. Η εφαρµογή της επίστρωσης µειώνει σε µεγάλο ποσοστό την εξέλιξη της διάβρωσης και εξασφαλίζει ασφάλεια. Η µείωση κυµαίνεται από 99,8% (µε πάρα πολύ καλή επίστρωση) έως 50% για παλιές και χαλασµένες επιστρώσεις. Απαραίτητη προϋπόθεση για την επιτυχή εφαρµογή της επίστρωσης είναι ο επιµελής καθαρισµός της µεταλλικής επιφάνειας. Είναι επίσης δυνατόν η προστατευτική ικανότητα της επικάλυψης να ενισχύεται από αντιδιαβρωτικά συστατικά που περιέχονται µέσα σε αυτή. Με ανoδική προστασία. Η µέθοδος αυτή εφαρµόζεται στα µέταλλα και στα κράµατα τα οποία έχουν την ιδιότητα να παθητικοποιούνται µέσα στο διαβρωτικό περιβάλλον, όταν διαρρέονται από ηλεκτρικό ρεύµα κατάλληλης φοράς. Με τον τρόπο αυτό προστατεύονται οι δεξαµενές αποθήκευσης του θειικού οξέος, οι οποίες είναι κατασκευασµένες από ανοξείδωτο χάλυβα. Πέρα από τους παραπάνω τρόπους, µε την εφαρµογή της κοινής λογικής είναι δυνατό να περιοριστεί σηµαντικά η διάβρωση των κατασκευών και να απλουστευτεί η καταπολέµησή της. Έτσι επιδιώκεται η λήψη απλών κυρίως µέτρων, ώστε τα διάφορα τµήµατα της µεταλλικής κατασκευής να εκτίθενται λιγότερο στις διαβρωτικές συνθήκες ή να καθίστανται λιγότερο πρόσφορα για την ανάπτυξη της διάβρωσης. Γενικά, είναι ανεπιθύµητη η περιδίνηση των ρευστών και ως εκ τούτου αποφεύγονται οι απότοµες µεταβολές στις διατοµές των αγωγών, οι αλλαγές κατευθύνσεων και τα εµπόδια ροής. Επίσης ιδιαίτερη προσοχή δίνεται για την αποφυγή εµφάνισης τοπικής διάβρωσης σε ορισµένα σηµεία της κατασκευής, γιατί αυτή είναι υπεύθυνη για την πρόωρη, ενδεχοµένως, καταστροφή της εγκατάστασης. Για παράδειγµα είναι δυνατόν έντονες τοπικές διαβρώσεις να δηµιουργήσουν διαρροές σε δεξαµενές ή σωληνώσεις νερού σε ένα 13

14 χρονικό διάστηµα κατά το οποίο η συνολική φθορά του µετάλλου δεν έχει υπερβεί ακόµη το 5% της ποσότητάς του. Τοπική διάβρωση εµφανίζεται συχνά όταν υφίσταται διαφορά δυναµικού στην επιφάνεια του µετάλλου και δηµιουργείται ως εκ τούτου ηλεκτρικό ρεύµα µεταξύ διαφόρων σηµείων της επιφάνειας, µε αποτέλεσµα την απώλεια µετάλλου στα ανοδικά σηµεία. εδοµένου ότι η κύρια αιτία της εµφάνισης διαφορών δυναµικού είναι η ύπαρξη ετερογένειας στην επιφάνεια του µετάλλου ή ανοµοιογένεια στην σύσταση του διαβρωτικού περιβάλλοντος, το φαινόµενο αυτό καταπολεµείται µε τη διατήρηση, κατά το δυνατόν, οµοιοµορφίας στην µεταλλική επιφάνεια και στο περιβάλλον της. Έτσι, αποφεύγεται η παράθεση µετάλλων διαφορετικής ηλεκτροχηµικής συµπεριφοράς ή, όπου αυτό είναι ανέφικτο λαµβάνουµε υπ όψιν αυτά να είναι ηλεκτρικά µονωµένα ή να είναι αυξηµένες οι διαστάσεις του ανοδικού µετάλλου. Ακόµα όλοι σχεδόν οι συνήθεις µηχανισµοί διάβρωσης απαιτούν ή ευνοούνται από την παρουσία νερού ή υδρατµών. Η διάβρωση των περισσοτέρων µετάλλων είναι εντελώς αµελητέα όταν η σχετική υγρασία του εδάφους είναι µικρότερη από 30% και παραµένει ασήµαντη µέχρι υγρασίας 55%. Άλλοι παράγοντες που επιτείνουν την διάβρωση αυτή είναι η παρουσία ιόντων χλωρίου σε οξειδωτικό περιβάλλον, η αύξηση της οξύτητας και η ανύψωση της θερµοκρασίας. Επιβάλλεται, συνεπώς, η κατά το δυνατόν αποφυγή συνδυασµού των παραπάνω δυσµενών παραγόντων ή όταν αυτό είναι αναπόφευκτο ο συχνός έλεγχος της κατασκευής για την παρακολούθηση της εκδήλωσης της διάβρωσης. Επιδράσεις της επίστρωσης στη διάβρωση και στην καθοδική προστασία υστυχώς, δεν υφίσταται καµία τέτοια τέλεια επίστρωση. Ωστόσο, υπάρχουν επιστρώσεις που προσεγγίζουν σε µεγάλο βαθµό αυτές τις προϋποθέσεις αλλά είναι εξαιρετικά δαπανηρές. Η διάβρωση µπορεί να ελεγχθεί σε ένα αγωγό, αλλά και σε πολλές άλλες κατασκευές, µε συνδυασµό ενός καλού επιστρώµατος και καθοδικές προστασίας, ωστόσο αυτός ο συνδυασµός κοστίζει. Συνεπώς δεν έχει σηµασία πόσο βελτιωµένη είναι µία καινούρια επίστρωση διότι δεν είναι δυνατό το ποσό που θα καταβληθεί για αυτή να είναι µεγαλύτερο από το κόστος του παλιότερου συνδυασµού. Με τη χρήση λοιπόν των µη τέλειων επιστρωµάτων δηµιουργούνται κάποια ερωτήµατα, όπως πόσο καλά είναι αυτά τα επιστρώµατα όταν χρησιµοποιούνται, τι συνέπειες έχουν στην πρόοδο της διάβρωσης και πόσο επηρεάζονται από την ανάγκη για καθοδική προστασία. Χωρίς καθοδική προστασία Συγκριτικά µε ένα γυµνό αγωγό, ένας επιστρωµένος αγωγός θα έχει για µεγαλύτερο χρονικό διάστηµα λιγότερες κοιλότητες. Μπορεί, ωστόσο, να δηµιουργηθεί κοιλότητα σε αυτόν σε λιγότερο χρόνο απλώς διότι η επίστρωση µε τις σχετικά λίγες οπές µπορεί να επικεντρώσει τη δράση της διάβρωσης σε µία ή περισσότερες ατέλειες οι οποίες ονοµάζονται διακοπές. Σε ειδικές περιπτώσεις αυτή η συνέπεια αποφαίνεται ακόµα περισσότερο. Για παράδειγµα η τάση ενός νέου είδους ατσαλιού να είναι ανοδικό σε σχέση µε ένα παλιότερο είδος µπορεί να οδηγήσει σε περίπλοκες καταστάσεις. Σύντοµα, άλλες εξελίξεις και διορθώσεις θα χρειάζονται στην ίδια γενική περιοχή. Έτσι, τµήµατα του αγωγού αποµακρύνονται και αντικαθίστανται και ως εκ τούτου εισάγεται νέος χάλυβας στο κύκλωµα. 14

15 Συγχρόνως το νέο αυτό τµήµα πρέπει να επιστρωθεί. Εφόσον η επίστρωση δεν είναι τέλεια υπάρχουν κάποιες διακοπές ή µικρές περιοχές που δεν επικαλύπτονται τελείως. Αυτό θα έχει σαν συνέπεια την δηµιουργία ενός κελιού µε µία µικρή άνοδο (το γυµνό µέταλλο στη διακοπή) και µία µεγάλη κάθοδο (ο αγωγός του παλιού ατσαλιού σε κάθε πλευρά της καινούριας περιοχής). Το δυναµικό του κελιού θα είναι τόσο µεγάλο όσο αν ολόκληρος ο αγωγός ήταν γυµνός αλλά η συνολική δράση να περιοριζόταν στη µικρή περιοχή της διακοπής όπου µία πρώιµη δυσλειτουργία είναι ενδεχόµενη. Σε κάθε άλλη περίπτωση στην οποία η ανοδική περιοχή του αγωγού επιστρώνεται ενώ η καθοδική περιοχή παραµένει γυµνή µπορεί να παραχθούν παρόµοια αποτελέσµατα. Το συνολικό ποσοστό της διάβρωσης µπορεί να µειωθεί από την επίστρωση αλλά η ταχύτητα διείσδυσης θα αυξηθεί. Συµπερασµατικά, η καθαρή επίδραση της επίστρωσης χωρίς καθοδική προστασία, συγκρινόµενη µε τη χρήση γυµνού αγωγού, είναι να µειώσει το ολικό ποσοστό της δράσης, αλλά και µερικές φορές να αυξήσει την τοπική οξύτητα και συχνά να επηρεάσει την εξάπλωση της δράσης µε καινοφανείς και εκπληκτικούς τρόπους. Συνέπειες της διάβρωσης και της καθοδικής προστασίας στην επίστρωση Η διάβρωση και η καθοδική προστασία µπορούν να επηρεάσουν µε διαφορετικό τρόπο την επίστρωση. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω είναι σηµαντικό η επίστρωση, εκτός από το να είναι οικονοµικά ανεκτή, να έχει τις ιδιότητες να είναι αδιάβροχη και να µην έχει ατέλειες όχι µόνο κατά τη χρονική περίοδο της εφαρµογής αλλά µόνιµα. Αναφέρθηκε, ωστόσο, ότι καµία από αυτές τις ιδιότητες δεν µπορούν να κοστολογηθούν σε λογικά πλαίσια. Αυτό σηµαίνει ότι άλλες ιδιότητες της επίστρωσης που σε άλλες συνθήκες δεν θα ήταν απαραίτητες, τώρα γίνονται πολύ σηµαντικές. Αρχικά, είναι σηµαντικό η επίστρωση να εφαρµόζεται µε σταθερότητα στη µεταλλική επιφάνεια. Αν η επίστρωση ήταν τέλεια από όλες τις απόψεις, αυτό δεν θα ήταν σηµαντικό. Ωστόσο, εφόσον η επίστρωση έχει ατέλειες, είναι σηµαντικό να µην διαπερνά η υγρασία κάθε σηµείο σπασίµατος. Ρεαλιστικά, έτσι, µία καλή εφαρµογή είναι σηµαντική απαίτηση για κάθε επίστρωση αγωγού. Είναι επίσης σηµαντικό, ή τουλάχιστον πολύ χρήσιµο, να έχει η επίστρωση µεγάλη ηλεκτρική αντίσταση. Έτσι µπορεί να εφαρµοστεί η καθοδική προστασία όσο το δυνατόν πιο οικονοµικά. Όσο πιο αγώγιµο είναι το επίστρωµα, τόσο περισσότερο ρεύµα χρειάζεται για καθοδική προστασία. Έτσι, η υψηλή ηλεκτρική αντίσταση είναι µία ακόµα απαίτηση για την επίστρωση. Ακόµα, µία καλή επίστρωση αγωγού θα έπρεπε να έχει υψηλή διηλεκτρική ισχύ, η οποία έχει την ικανότητα να αντέχει την υψηλή τάση χωρίς να δηµιουργείται καµία ζηµιά. ύο καθοδικές συνέπειες έχουν έως τώρα περιγραφεί: η δηµιουργία της καθοδικής κλίµακας και η απελευθέρωση υδρογόνου. Αυτά µπορούν να λάβουν χώρα σε κάθε τύπο κελιού, ενώ η τελευταία συνέπεια, η πραγµατική παραγωγή αέριου υδρογόνου, λαµβάνει χώρα σε πολύ αρνητικά δυναµικά, τιµές που δεν βρίσκονται συνήθως σε κελιά διάβρωσης αλλά είναι αρκετά συχνά σε συστήµατα καθοδικής προστασίας. Και οι δύο αυτές συνέπειες είναι δυνατόν να καταστρέψουν την επίστρωση. οθείσας µίας µικρής ατέλειας της επίστρωσης, η εναπόθεση της κλίµακας ή του υδρογόνου σε γερή επίστρωση µπορεί να προκαλέσει σταδιακή διεύρυνση της περιοχής της επίστρωσης που δεν έχει εφαρµοστεί σταθερά. Κάτω από σπανιότερες συνθήκες το καθοδικό δυναµικό µπορεί κυριολεκτικά να αραιώσει την επίστρωση σε λίγες ώρες. Αυτός είναι ένας περιορισµός της καθοδικής προστασίας σε συστήµατα σχεδιασµού. 15

16 Η επιλογή του κατάλληλου υλικού Με βάση τα παραπάνω λοιπόν πρέπει να γίνεται η επιλογή του κατάλληλου υλικού. Κατά την σχεδίαση εγκατάστασης υποκείµενης σε διάβρωση πρέπει να υπολογίζεται η απώλεια µάζας λόγω διάβρωσης του µετάλλου από το οποίο κατασκευάζεται σε συνάρτηση µε το χρόνο και να λαµβάνεται πρόνοια για την αντίστοιχη αύξηση των διαστάσεων. Συνήθως, παρέχεται στις κατασκευές διπλάσιο πάχος από αυτό που θα απαιτείται θεωρητικά για να διατηρηθεί η εγκατάσταση για το προγραµµατιζόµενο χρονικό διάστηµα. Ουσιώδη παράγοντα κατά την επιλογή του κατάλληλου κατασκευαστικού υλικού απαιτεί το κόστος το οποίο συνεπάγεται για την κατασκευή η χρησιµοποίηση ενός ή του άλλου υλικού. Το κόστος αυτό δεν καθορίζεται αποκλειστικά από την δαπάνη για την προµήθεια του κατασκευαστικού υλικού και την τοποθέτηση ή την κατεργασία του αλλά εξαρτάται επίσης από άλλους συντελεστές και δαπάνες. Έτσι διαµορφώνεται το ετήσιο κόστος κατασκευής στο οποίο πρέπει να βασίζεται µία ορθολογιστική σύγκριση µεταξύ των διαφόρων κατασκευαστικών υλικών. Η τιµή αγοράς των διαφόρων µετάλλων δεν είναι σταθερή αλλά ακολουθεί τις διεθνείς διακυµάνσεις των τιµών των πρώτων υλών. Ο χαρακτηρισµός ενός υλικού ως κατάλληλο ή ακατάλληλο για χρήση κάτω από το έδαφος ως τµήµα µιας κατασκευής, βασίζεται κυρίως εκ πείρας από την συµπεριφορά του σε ανάλογο περιβάλλον και συνθήκες. Εξάλλου οι γνώσεις των ιδιοτήτων τόσο του εδάφους όσο και των εξεταζόµενων µετάλλων αποτελούν ουσιώδη παράγοντα κατά την αναζήτηση κατάλληλου υλικού. Ο έλεγχος της καταλληλότητας, όταν υπάρχουν αµφιβολίες για αυτήν, γίνεται πειραµατικώς µέσω δοκιµών συνισταµένων στην έκθεση τεµαχίων του εξεταζόµενου µετάλλου σε διαβρωτικές συνθήκες του εδάφους όµοιες µε εκείνες στις οποίες πρόκειται να υποστεί τµήµα της υπό µελέτη κατασκευής και µέσω της παρακολούθησης της συµπεριφοράς του συναρτήσει του χρόνου. Αξιολόγηση της διάβρωσης και της ανθεκτικότητας για µια µεταλλική κατασκευή Συµπερασµατικά η αξιολόγηση της διάβρωσης εξάγει τους εξής περιορισµούς: 1) Πόσο ισχυρά προσβάλλεται ένας αγωγός ή µία άλλη συγκεκριµένη κατασκευή σε µία συγκεκριµένη περιοχή. 2) Πόσο ισχυρά προσβάλλεται µία υπάρχουσα κατασκευή 3) Τι ζηµιά έχει ήδη δηµιουργηθεί 4) Τι µέτρα µπορούν να ληφθούν για να ελεγχθεί η εξάπλωση της διάβρωσης. Εκτός κάτω από τις συνθήκες έρευνας, είναι σπάνιο να προσδιοριστεί µία εκτενής αξιολόγηση της ανθεκτικότητας κατά µήκος µίας επίστρωσης ενός αγωγού ή µιας µεταλλικής κατασκευής, ο οποίος είτε υπάρχει είτε σχεδιάζεται. Η µόνη απόφαση που πρέπει να παρθεί είναι αν πρέπει ή όχι να εφαρµοστεί καθοδική προστασία. Αν η απάντηση είναι αρνητική, τότε οι πληροφορίες της ανθεκτικότητας δεν δίνουν χρήσιµους σκοπούς. Αν είναι θετική, τότε ότι χρειάζεται είναι πληροφορίες για πιθανές ανοδικές περιοχές και αυτές µπορεί να λαµβάνουν χώρα σε µεγαλύτερο βάθος από αυτό που χρειάζεται για την αξιολόγηση του αγωγού. Σε γυµνούς σωλήνες, ωστόσο, η αξιολόγηση της ανθεκτικότητας είναι πιο λογική και αντιµετωπίζει δύο σηµαντικά προβλήµατα: ενηµερώνει σε ποια σηµεία θα προσβληθεί το αντικείµενο και προµηθεύει τις απαιτούµενες πληροφορίες για την επιλογή των γαλβανικών ανόδων του κατάλληλου µεγέθους ή προσδιορίζει το ποσοστό της επιβαλλόµενης τάσης που χρειάζεται. 16

17 Άλλες κατασκευές εκτός από τους αγωγούς Συστήµατα διανοµής (τα οποία αποτελούνται από αγωγούς πολλών µεγεθών, ηλικιών και υλικών κατασκευής) Συστήµατα συλλογής (σε αυτά υπάρχει µεγαλύτερη ποικιλία από τους αγωγούς και έρχονται σε επαφή µε πιο ζηµιογόνα υλικά Αγωγοί που είναι στηµένοι στο έδαφος (είναι συνδυασµός αγωγού και κάτω και πάνω από το έδαφος µε ποικιλία από µεγέθη, υλικά και λειτουργίες) Επενδύσεις φρεάτων Υπόγειες δεξαµενές (έχουν µεγάλες επιφάνειες και έρχονται σε επαφή µε πολλά είδη εδάφους µε αποτέλεσµα να έχουµε ισχυρή δράση κελιών) Χαλύβδινες κολώνες (έχουν οπές από τ6ην κατασκευή τους, βρίσκονται συχνά χωρίς επίστρωση και διαβρώνονται πολύ περισσότερο από τους χαλύβδινους αγωγούς) Πύργοι διάδοσης (ηλεκτρολογικοί αγωγοί διαβρώνονται γρήγορα διότι οι περισσότεροι αποτελούνται από χαλκό, το οποίο δεν είναι πολύ ανθεκτικό υλικό στη διάβρωση) Επίλογος Με βάση τα παραπάνω συµπεραίνεται ότι η διάβρωση µιας κατασκευής από µέταλλο που βρίσκεται κάτω από το έδαφος µπορεί να προκληθεί από ποικίλους παράγοντες. Κύριο µέληµα του κατασκευαστή πρέπει να είναι η µελέτη του τύπου του εδάφους που θα γίνει η κατασκευή καθώς και το είδος του υλικού που θα επιλέξει. Τέλος θα πρέπει να γίνουν και οι απαραίτητες ενέργειες για την προστασία του υλικού αυτού ώστε η κατασκευή να έχει αντοχή στο χρόνο. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι η διάβρωση προκαλεί κάθε χρόνο καταστροφή των χαλύβων, που αντιστοιχεί στο 1/4 περίπου τής παραγωγής τους. Οι µηχανισµοί τής διάβρωσης των µετάλλων είναι, γενικά, ιδιαίτερα πολύπλοκοι και εξακολουθούν και σήµερα να αποτελούν το αντικείµενο πολυάριθµων ερευνητικών προσπαθειών Βιβλιογραφία Corrosion Basics,NACE, 1984 Θ. Σκουλικίδης -Π. Βασιλείου, ΙΑΒΡΩΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΜΕΤΑΛΛΩΝ, εκδόσεις Συµεών, Αθήνα 2000 Fontana M.G., Corrosion Engineering, McGraw Hill, New York Εγκυκλοπαίδεια ΠΑΠΥΡΟΣ ΛΑΡΟΥΣ ΜΠΡΙΤΑΝΙΚΑ τόµος εικοστός εκδ.1996 Αθήνα. Corrosion and Corrosion Control (Νέα Υόρκη, γαλλ. µετφρ., Corrosion et protection, Dunod, 1970) Καγκαράκης Κωνσταντίνος, Η ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΕΚ ΤΗΣ ΙΑΒΡΩΣΕΩΣ (Βασικές Αρχές), Εκδόσεις Ε.Μ.Π., έκδοση 2 η, Αθήνα