ما مدى فعالية لفائف الفولاذ المجلفن في مقاومة التآكل؟

مقاومة لفائف الفولاذ المجلفن للتآكل: الآليات والمعايير القياسية

الزنك كطبقة واقية ذات وظيفتين: وظيفة حاجزية + وظيفة تضحية

تُقاوم لفائف الفولاذ المطلية بالزنك الصدأ بوسيلتين رئيسيتين. والدفاع الأول بسيطٌ في الواقع: إذ يشكّل الزنك طبقة سميكة تغطي سطح الفولاذ مباشرةً، فتحجب عنه الماء والهواء وجميع أنواع المواد الضارة العالقة في الغلاف الجوي. لكن هناك خدعةً أخرى أيضًا: فعندما يُحدث شيءٌ ما خدشًا في طبقة الزنك — وهو أمرٌ يحدث أحيانًا بطبيعة الحال — لا يزال الزنك يحمي المادة الموجودة تحته. ويتحقق ذلك لأن للزنك خصائص كيميائية مختلفة عن خصائص الفولاذ؛ إذ لا يسمح للزنك بحدوث صدأٍ في الفولاذ، بل يتولى هو التآكل عوضًا عنه. وهذا أمرٌ ذكيٌّ جدًّا إن تأمّلناه. وأظهرت الاختبارات الصناعية التي أجرتها منظمة «نيس الدولية» (NACE International) العام الماضي أن هاتين الطريقتين المزدوجتين للحماية تجعلان الفولاذ المجلفن يدوم وقتًا أطول بكثيرٍ مقارنةً بالطلاءات العادية. وتُفيد المصانع التي تستخدم هذه المادة بأن معداتها تظل صالحةً للاستخدام لمدة أطول بنسبة ٤٠ إلى ٥٠٪ قبل الحاجة إلى استبدالها، مما يوفّر المال على المدى الطويل.

الامتثال لمعياري ASTM A653/A924: كتلة الطلاء، والسمك، ومعايير الأداء للفائف الفولاذية المجلفنة

يُحدِّد معيارا ASTM A653 وA924 معايير الجودة الإلزامية للفائف الفولاذية المجلفنة، ويعرِّفان الحد الأدنى لكتلة طبقة الزنك—المعبَّر عنها بالأوقية لكل قدم مربع (أونصة/قدم²) أو بالجرام لكل متر مربع (غ/م²)—والتي تؤثر مباشرةً في مقاومة التآكل وطول العمر الافتراضي:

تُظهر اللفائف التي تفي بمتطلبات السماكة من الفئة 55 انخفاضًا بنسبة 30% في الصدأ الأحمر بعد عقدين من الزمن في التثبيتات الساحلية، وفقًا للبيانات الميدانية الصادرة عن الرابطة الأمريكية لطلاء الفولاذ بالزنك. كما تشترط كلتا المعيارين مقاومة رش الملح لمدة لا تقل عن ١٠٠٠ ساعة دون حدوث تآكل في المعدن الأساسي— مما يؤكد الأداء تحت ظروف تآكلية مُسرَّعة.

المتانة الفعلية للفولاذ المجلفن على شكل لفائف عبر بيئات التعرُّض المختلفة

البيئة الصناعية مقابل البيئة الساحلية مقابل البيئة الريفية: معدلات التدهور المقارنة وتوقعات عمر الخدمة

يعتمد أداء المواد فعليًّا على المكان الذي تُركَّب فيه. فعلى سبيل المثال، في المناطق الساحلية، يؤدي الهواء المالح الممزوج بالرطوبة المستمرة إلى تآكل طبقات الزنك بسرعة أكبر بكثير مما يحدث في المناطق الريفية النموذجية. وتُظهر بعض الدراسات أن معدلات التآكل في المناطق الساحلية قد تكون أعلى بثلاث مراتٍ تقريبًا. أما المصانع والمناطق الصناعية فتطرح تحديات مختلفة تمامًا؛ إذ تطلق هذه الأماكن أنواعًا شتى من المواد الحمضية، ومنها ثاني أكسيد الكبريت، الذي يؤدي تدريجيًّا إلى تآكل الأسطح مع مرور الزمن. أما في المناطق الريفية، حيث لا توجد كميات كبيرة من الأملاح أو الملوثات العالقة في الجو، فإن المواد عادةً ما تدوم لفترة أطول دون أن تظهر عليها علامات التآكل. وعند تقييم المدة التي يستغرقها عنصرٌ ما قبل الحاجة إلى استبداله، يبرز عاملان رئيسيان هما: سماكة الطبقة الواقية ونوع البيئة التي يتعرَّض لها يوميًّا.

• Coastal : ١٥–٢٥ سنة (تتطلب طبقة زنك بسماكة ≥٤٥ ميكرومتر)
• الصناعية : ٢٥–٤٠ سنة
• ريفي : ٥٠ سنة فأكثر

تعكس معدلات فقدان الزنك المقاسة هذه التدرج: تصل إلى ٧,٥ ميكرومتر/سنة في البيئات البحرية مقابل ١,٢ ميكرومتر/سنة فقط في المناطق الداخلية. ويعتبر التصنيف البيئي الدقيق أثناء مرحلة المواصفات أمراً جوهرياً لتفادي الفشل المبكر.

التحقق على المدى الطويل: بيانات ميدانية تم جمعها على مدى ٢٥ عاماً من تطبيقات سطح الجسر وفق معيار ASTM C1658

تُظهر الأداء الطويل الأمد في الموقع مدى موثوقية لفائف الفولاذ المجلفن فعلاً عند استخدامها في مشاريع البنية التحتية الصعبة. فلنأخذ أرضيات الجسور مثلاً. فقد خضعت هذه الأرضيات لاختبارات وفقاً لمعايير ASTM C1658 مباشرةً في تلك المناطق الساحلية شديدة التآكل، حيث تهاجم مياه البحر المالحة المواد باستمرار. وبعد خمسة وعشرين عاماً كاملاً من التعرّض لرذاذ المحيط والمعالجة بأملاح الطرق خلال أشهر الشتاء، لم يتجاوز فقدان المعدن الفعلي في هذه الهياكل نصف ملليمتر. وهذا أمرٌ مثيرٌ للإعجاب حقاً بالنظر إلى الظروف القاسية التي مرّت بها! وبقيت السلامة الإنشائية لهذه الهياكل سليمة تماماً طوال هذه الفترة الزمنية أيضاً. والأفضل من ذلك أن معدل حدوث التآكل انخفض فعلاً بنسبة تقارب تسعين في المئة مقارنةً بالفولاذ العادي غير المحمي بأي طبقة واقية. وكل هذه الأدلة الواقعية تشير بوضوح إلى حقيقة واحدة: إن اتباع إرشادات ASTM A653 المتعلقة بسماكة الطبقة الواقية يُحدث فرقاً جوهرياً في ضمان بقاء المباني والجسور قائمةً لعقود إضافية، بالضبط في الأماكن التي نحتاج فيها إلى أن تظل ثابتةً وقوية.

حالات الفشل الحرجة وأفضل الممارسات الخاصة بتثبيت لفائف الصلب المجلفن

مخاطر التآكل الغلفاني: المسامير المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، والتلامس مع الألومنيوم، واستراتيجيات التخفيف

يؤدي التلامس مع معادن غير متجانسة — وبخاصة المسامير المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو المكونات الألومنيومية — إلى حدوث تآكل غلفاني، مما يُسرّع استنزاف طبقة الزنك. وفي هذه التوصيلات، يتصرف الزنك كقطب سالب (أنود) ويتأكل بسرعةٍ كبيرةٍ لحماية القطب الموجب (كاثود) الأكثر نبلاً. وتشير المواصفة القياسية ASTM G82 إلى أن معدلات التآكل قد تزداد عشرة أضعاف في السيناريوهات التي لا تُتخذ فيها إجراءات تخفيف. وتشمل وسائل الوقاية الفعّالة ما يلي:

• عزل المعادن كهربائيًا باستخدام حشوات أو واشرات عازلة غير موصلة
• إغلاق الوصلات باستخدام سدات مقاومة للرطوبة لقطع مسارات الإلكتروليت
• تحديد مواصفات المسامير المطلية بالزنك بحيث تتطابق مع فئة الجلفنة المستخدمة في اللفيفة

تحافظ هذه الإجراءات على سلامة الطلاء وتمنع حدوث فشل موضعي في التجميعات التي تحتوي على معادن مختلطة.

حدود سلامة الطلاء: لماذا يُعد وجود طبقة زنك بسمك ≥٤٥ ميكرومتر أمرًا جوهريًّا في ظروف التعرّض المعتدلة إلى القاسية

لا يُوصى بطبقة زنك أدنى من ٤٥ ميكرومتر فحسب، بل إنها ضرورية وظيفيًّا لأداءٍ موثوقٍ في البيئات الساحلية أو الصناعية. ويضمن هذا الحد الأدنى ما يلي:

• تغطية كاملة للركيزة أثناء التشكيل بالدرفلة والتصنيع
• ما يكفي من المخزون التضحية لمعالجة الخدوش ومقاومة تآكل الثقوب الدقيقة
• الامتثال لمعيار ASTM A123/A123M للتطبيقات الإنشائية

وبالنسبة لطبقات الزنك الأقل من ٤٥ ميكرومتر، قد يؤدي استنفاد الزنك إلى ظهور الفولاذ العاري خلال ٥–٧ سنوات في الظروف القاسية؛ بينما تتجاوز الطبقات المُطابِقة للمواصفات بموثوقيةٍ ٢٥ سنة من الخدمة. أما الطبقات الأرفع فهي معرَّضة لانهيار مبكِّر بسبب الاحتكاك أو ترقُّق الحواف أو عدم انتظام التغطية، مما يُضعف وظيفتي الحاجز والحماية التضحية معًا.