خوردگی، یکی از جدی‌ترین چالش‌هایی است که سازه‌های فولادی با آن روبه‌رو هستند. در ساختمان‌های اسکلت فلزی، اگر استراتژی‌های مؤثر برای کنترل خوردگی به‌کار گرفته نشود، المان‌های حیاتی مانند تیرها، ستون‌ها و اتصالات ممکن است با گذشت زمان، دچار آسیب‌های تدریجی یا ناگهانی شوند. این پدیده نه‌تنها استحکام سازه را پایین می‌آورد، بلکه در شرایط محیطی خاص – مانند رطوبت بالا یا تماس مستقیم با مواد خورنده – می‌تواند سرعت تخریب فلز را افزایش دهد. از این رو، رعایت اصول محافظتی در تمام مراحل ساخت‌وساز، شامل انتخاب متریال مناسب، اعمال پوشش‌های ضدخوردگی و نگهداری منظم، اهمیت وافری دارد.
ماهیت خوردگی و عوامل مؤثر بر آن
خوردگی فرآیندی الکتروشیمیایی است که طی آن سطح فولاد، تحت تأثیر واکنش با اکسیژن و رطوبت، به اکسید آهن تبدیل می‌شود. این واکنش به‌ویژه در محیط‌های مرطوب، آلوده به نمک‌ها یا آلاینده‌های صنعتی، شدت بیشتری پیدا می‌کند. در ساختمان‌های اسکلت فلزی، درزها و اتصالات جوشی یا پیچ‌ومهره‌ای – اگر به خوبی محافظت نشوند – بستر مناسبی برای تجمع رطوبت و آغاز خوردگی هستند. افزون بر آن، در شهرهایی با اقلیم ساحلی یا صنعتی، ذرات کلرید یا اسیدی در هوا نفوذ می‌کنند و روند اکسایش فولاد را سرعت می‌بخشند. طراحی نامناسب سیستم زهکشی در تراس‌ها یا پشت‌بام هم گاهی موجب نفوذ آب به المان‌های فولادی می‌شود.
روش‌های پیشگیری اولیه: انتخاب فولاد و طراحی مناسب
نقطه آغاز جلوگیری از خوردگی، انتخاب فولاد ساختمانی با ترکیب شیمیایی مناسب است. برخی فولادهای مقاوم به خوردگی، مثل فولادهای هوازدگی (Weathering Stee ) در پروژه‌های خاصی به‌کار می‌روند و با تشکیل لایه اکسید پایدار، خوردگی عمیق را کاهش می‌دهند. اما در بیشتر ساختمان‌ها، فولاد معمولی (مثل ST37 یا S235 ) به‌کار گرفته می‌شود. در این موارد، جزئیات طراحی اهمیت دارد: باید مطمئن شد در اتصالات، سطح تماس با رطوبت به‌حداقل برسد. افزون بر آن، ایجاد شیب‌بندی مناسب روی تیرهای افقی یا خارج‌کردن امکان تجمع آب در گوشه‌ها، از جمع‌شدن رطوبت جلوگیری می‌کند.
پوشش‌دهی به‌عنوان خط دفاعی مؤثر
یکی از روش‌های رایج و قدرتمند برای کنترل خوردگی اسکلت‌های فلزی، پوشش‌دهی سطوح با رنگ‌های ضدخوردگی است. این رنگ‌ها شامل لایه پرایمر غنی از روی (زینک)، رزین‌های اپوکسی یا پلی‌یورتان هستند که یک سد فیزیکی بین سطح فولاد و محیط خورنده ایجاد می‌کنند. کیفیت این پوشش‌ها به تمیزی سطح قبل از رنگ‌آمیزی و ضخامت لایه‌های اعمال‌شده وابسته است. برای مثال، اگر زنگ‌زدگی یا آلودگی‌های روغنی روی سطح فولاد باقی بماند، رنگ به‌خوبی نمی‌چسبد و بعد از مدتی پوسته می‌کند. بنابراین سندبلاست یا تمیزکاری مکانیکی پیش از رنگ‌آمیزی، ضروری است.
گالوانیزه گرم و پوشش‌های روی
در پروژه‌هایی که احتمال خوردگی بسیار بالاست، گالوانیزه گرم به‌عنوان روشی مطمئن و دائمی مطرح می‌شود. در این فرایند، قطعات فولادی در وان مذاب روی غوطه‌ور می‌گردند و یک لایه روی، به‌طور همگن روی سطح تشکیل می‌شود. این لایه روی، به‌صورت آند فداشونده عمل می‌کند و اگر خراشی در سطح ایجاد شود، روی به‌جای فولاد اکسید می‌شود.
گالوانیزه گرم در مقایسه با رنگ‌آمیزی، ماندگاری بیشتری دارد و نیاز به نگهداری دوره‌ای هم کمتر است. البته محدودیت‌هایی مانند اندازه وان گالوانیزه یا شکل پیچیده بعضی المان‌ها می‌تواند مانع شود. علاوه بر آن، گاهی در ساختمان‌های بلندمرتبه با مقاطع حجیم، جابه‌جایی تیرها تا کارخانه گالوانیزه هزینه‌بر یا ناممکن است. در چنین شرایطی، می‌توان به روش‌های گالوانیزه سرد یا رنگ‌های غنی از روی فکر کرد که البته مقاومت و ضخامت کمتر دارند.
روش‌های حفاظت کاتدی در اسکلت فلزی
گاهی ساختمان‌هایی در معرض محیط بسیار خورنده قرار دارند، مثلاً ساحلی با رطوبت و کلرید بالا یا مناطق آلوده به مواد شیمیایی. در چنین مواقعی، روش حفاظت کاتدی (Cathodic Protectio ) می‌تواند مفید باشد. در این سیستم، یک جریان الکتریکی کنترل‌شده یا یک آند فداشونده (مثل بلوک‌های روی یا منیزیم) نصب می‌شود تا سطح فولاد در پتانسیل منفی قرار گرفته و از اکسیدشدن مصون بماند.
این روش، اگرچه در خطوط لوله یا زیرساخت‌های دریایی متداول است، در برخی ساختمان‌های حساس هم به کار می‌رود. اجرای آن نیازمند دانش تخصصی و نظارت دائمی است، زیرا عدم تنظیم مناسب جریان یا تعویض به‌موقع آندهای فداشونده، کارایی را به‌شدت پایین می‌آورد.
جلوگیری از تجمع رطوبت و مواد خورنده
در بسیاری از موارد، راهکار کنترل خوردگی بسادگی اجتناب از به دام افتادن آب یا رطوبت در نقاط بحرانی سازه است. اگر آب نتواند در درزها یا اتصالات جمع شود و به‌سرعت تخلیه گردد، محیط مناسبی برای واکنش اکسیداسیون شکل نمی‌گیرد. طراحی سیستم زهکشی کارآمد روی بام، شیب‌بندی به سمت ناودان یا برون‌ریزی، عایق‌کاری مناسب در نقاط تماس فولاد با زمین، همگی در این راستا هستند.
اگر ساختمان در فضای صنعتی قرار دارد، تمیزکاری دوره‌ای گردوغبار شیمیایی یا نمکی هم توصیه می‌شود. در کارگاه‌های آلوده به اسیدها یا قلیاها، نصب روکش مناسب روی کف یا دیواره‌ها اهمیت ویژه‌ای دارد. حتی برخی سازه‌ها با دیوارهای بتنی دور المان فلزی ساختار ایجاده‌اند تا از پاشش مستقیم مواد خورنده بر سطح فولاد جلوگیری شود.
بازرسی دوره‌ای و تعمیرات پیشگیرانه
هرچقدر روش‌های حفاظت خوردگی کامل باشد، بدون بازرسی دوره‌ای موفق نخواهد بود. در بازه‌های زمانی معین، باید سطح تیرها، ستون‌ها و اتصالات فلزی بررسی شود تا پوسته‌شدن رنگ یا زنگ‌زدگی موضعی شناسایی گردد. اگر سازه در معرض تنش‌های دینامیکی بالا باشد، بهتر است از روش‌های غیرمخرب هم استفاده کنند؛ مثلاً با اولتراسونیک یا ضخامت‌سنج الکترومغناطیسی. به‌محض مشاهده علائم خوردگی، باید منطقه خورده‌شده را از زنگ و پوسته تمیز کرد و با رنگ یا پوشش جدید اصلاح نمود. در صورت گسترش زیاد آسیب، روش‌های مقاوم‌سازی موضعی هم ممکن است لازم شوند.
خوردگی تنشی و ضرورت طراحی دقیق
در برخی پروژه‌ها که نیروهای کشش یا پیچش زیاد به المان‌های فولادی وارد می‌شود، احتمال خوردگی تنشی (Stress Corrosion Cracking ) مطرح می‌گردد. این نوع خوردگی ترد و موضعی، در فولادهای معینی که تحت تنش کششی شدیدند، می‌تواند ترک‌های ریزی ایجاد کند و به شکست ناگهانی بینجامد.
جلوگیری از چنین پدیده‌ای، در گرو انتخاب فولاد مناسب و رعایت ضوابط طراحی برای محدود کردن تنش‌های موضعی است. همچنین پوشش‌دهی با دقت بالا و اجتناب از نقاط تمرکز تنش در گوشه‌های تیز یا محل‌های جوش می‌تواند ریسک را کاهش دهد. برای ساختمان‌های صنعتی با فرایندهای شیمیایی، باید آلیاژ فولاد را با محیط انطباق داد. در نهایت، شناخت دقیق مکانیزم‌های خوردگی تنشی و پایش مستمر بخش‌های حساس می‌تواند امنیت سازه را تضمین کند.
اهمیت رعایت استانداردها و بهره‌گیری از دانش فنی
با توجه به گوناگونی اقلیم و شرایط بهره‌برداری، هیچ روش واحدی برای همه پروژه‌ها جوابگو نیست. اما رعایت استانداردهای شناخته‌شده (مثلاً آیین‌نامه‌های ملی یا مراجع بین‌المللی) و بهره‌گیری از مشاوره متخصصان خوردگی می‌تواند به انتخاب بهترین راهکار منجر شود. بررسی گزارش‌های تحلیلی و مقالاتی که در سایت سی اف تی یا سایر منابع تخصصی منتشر می‌شود، کمک می‌کند تا مهندسان از تجربه پروژه‌های مشابه باخبر شوند. در نهایت، آنچه تعیین‌کننده است، اجرای دقیق ملاحظات یادشده، از انتخاب فولاد و پوشش اولیه تا نگهداری بلندمدت سازه. زیرا حتی بهترین پوشش بدون اجرای اصولی و چکاپ دوره‌ای دیر یا زود دچار نقص خواهد شد.
خلاصه
کنترل خوردگی در ساختمان‌های اسکلت فلزی، فرایندی چندوجهی است که از مرحله انتخاب فولاد مناسب تا پوشش‌دهی، طراحی ضدرطوبت و بازرسی مداوم را در بر می‌گیرد. اگرچه فولاد دارای خواص مکانیکی چشمگیر است، ولی در صورت حضور اکسیژن و رطوبت، اکسیدشدن آن شروع می‌شود و در شرایط خورنده سرعت می‌گیرد. بنابراین، طراحان هوشمند ضمن رعایت الزامات طراحی (شامل شیب‌بندی و درزگیری)، با اعمال رنگ‌های ضدخوردگی یا گالوانیزه گرم، لایه‌ای محافظ ایجاد می‌کنند.
در محیط‌های بسیار مهاجم هم می‌توان از حفاظت کاتدی کمک گرفت. به‌همین منوال، اگر ضعف‌هایی بروز کند یا زنگ‌زدگی نقطه‌ای ظاهر شود، تعمیر و نگهداری پیشگیرانه اهمیت می‌یابد. با این روش‌ها، سازه‌های فلزی می‌توانند دهه‌ها دوام بیاورند و بدون افت مقاومت، امنیت و آسایش ساکنان را تأمین کنند. از این رو، سرمایه‌گذاری روی کنترل خوردگی نه‌تنها هزینه‌ای مضاعف نیست، بلکه در بلندمدت، صرفه‌جویی قابل‌توجهی در زمان و سرمایه را به همراه خواهد داشت.
