Je, kuna hatua za kupambana na uvimbe kwa minara iliyotumika katika eneo la pwani?

Kwa Nini Minara ya Pwani Inapitia Uvimbe wa Haraka

Mbinu za Kuingia kwa Chloride: Mvuke wa chumvi, Mchuzi wa upepo wa bahari, na Uwasili wa hewa kwenye miundo ya minara

Matatizo ya ukatilifu katika minara za pwani yanatokana kuuwa na madhara ya chloridi kutoka kwa vituo tatu: mvuke wa chumvi uliochukuliwa na mapafu ya maji yanayovunjika, mgando wa moja kwa moja wa maji ya mto wakati wa mvua kubwa sana au mafuriko, na unyevu wenye chloridi uliozinduliwa na upepo na kusafirishwa kwa muda mrefu. Wakati mvuke wa chumvi unapinga ndani ya vifurushi vidogo vya malaza ya kulinda, hufanya filmi zinazoweza kusambaza umeme ambazo huanzisha mabadiliko ya kemikali ambayo tunayoitwa seli za ukatilifu. Sehemu za chini za minara zinapata mgando mkubwa wa maji ya mto, ikizungumziwa mara kwa mara katika maji ya bahari, hasa wakati wa mapafu ya kuvunjika (hurricanes) au mapafu ya kaskazini-mashariki (nor'easters). Kwa upande mwingine, chloridi inajambo polepole kwenye uso wote unaopatikana kupitia kuzinduliwa kwa hewa. Madhara haya yote yakiunganishwa yanazalisha hali ngumu sana kwa vitu vya kujifunza. Chuma cha kifahari kilichotolewa bila lililolinda katika eneo ambalo maji ya bahari yanaingia kwenye miundo inakatilika kwa kasi ya mara 3 hadi 5 kuliko chuma cha kifahari kinachokuwa tu katika hewa ya kawaida kulingana na viwada vya sekta vilivyowekwa na NACE International. Kwa msingi ya betoni, wakati kiwango cha chloridi kinapita 0.15% cha uzito jumla, barabara za chuma (rebar) huanza kukatilika ndani yake. Kishikizo cha chuma kilichokatilika kisha kinapanda na kuharibu muundo wote, kusababisha betoni kuvunjika (spalling) na mwisho wa kufeli sehemu muhimu za muundo.

Kiwango cha Uharibika Katika Dunia Ya Kweli katika Mipaka ya ISO 9223 C5-M kuhusu Matarajio ya Muda wa Maisha ya Miradi ya Migandamizi na Vifaa vya Mawasiliano

Mizizi ya chuma iliyowekwa katika eneo hilo la bahari lenye uharibifu mkubwa kulingana na ISO 9223 C5-M inaharibiwa kwa kasi ambayo inapita sana ya kile walichotarajia wataalamu wa uhandisi. Tatizo ni kweli kali sana—sehemu za chuma cha kaboni zinaharibiwa kwa kiwango cha 80 hadi 200 mikron kwa mwaka, ambacho kunasema kuwa zinaharibiwa mara nane zaidi kuliko mizizi ya kifungu sawa katika mazingira ya kawaida ya C3. Hii inamaanisha nini kuhusu uhamishaji wa mizizi? Kwa ujumla, mizizi zinavyoendelezwa kufanya kazi kwa miaka 30 hadi 50, lakini ukweli unasema kitu kingine. Sehemu muhimu kama vile vifungo vya misumeno vinahitaji kubadilishwa kila miaka 7 hadi 12. Na unapokagua kwa jumla, usimamizi wa msingi wa ubunifu wa uvumbuzi wa pwani unachukua gharama ya takriban asilimia 40 zaidi kuliko usimamizi wa viwanda vilivyopo ndani ya bara. Wataalamu wa uhandisi wameona hilo kwa hakika. Mashirika ya kuanzisha mizani kama vile IEEE na miongozo yake ya 1242 na NACE kupitia SP0106 sasa yanahitaji hatua bora zaidi za kulinda dhidi ya uharibifu. Kwa mfano, kujenga upana zaidi wa vitu, kuanzisha njia mbadala za kushikilia kifungu, na kufanya tathmini tofauti za mahali kabla ya kusakinisha mizizi mpya pengine kwenye pwani ambapo hewa yenye chumvi inasubiri kwa sabriza ili kuharibu chuma.

Mifumo ya Kupaka Kwa Ajili ya Ulinzi Iliyothibitishwa kwa Matumizi ya Migamba ya Pwani

Kiprimeri cha epoxy-zinc + kipaka cha juu cha polyurethane: Utendaji, gharama ya mchakato wa maisha, na muda wa kufanya usimamizi kwenye migamba ya chuma

Kuchanganya mafuta ya kwanza ya epoksi yenye zinki na mafuta ya juu ya poliurethani inatoa ulinzi mzito wa vifurushi vya chuma vinavyopatikana karibu na pwani. Mafuta ya kwanza yenye zinki inafanya kazi kama kinga ya kushindwa kupitia ulinzi wa katodiki, wakati poliurethani yenye ustahimilivu wa UV inajenga ukuta mzunguko unaofunga chumvi ya chumvi kutoka kuingia kwenye uso la chuma. Majaribio yaliyofanyika chini ya hali za mazingira ya C5 M zenye nguvu zimeonyesha kuwa mafuta haya huendelea kwa miaka 20 hadi 25, ambayo ni mara mbili ya muda wa mafuta ya viwandani vya kawaida yanayopatikana sasa katika soko. Kutumia mfumo wa mafuta kwa kipenyo cha film ya kavu kinachopendekezwa (120 hadi 150 mikroni) hufanya tofauti kubwa katika uchunguzi wa gharama kwa muda mrefu. Kulingana na mpango wa kawaida wa kufuta tena, mtazamo huu unapunguza gharama za mchakato wa maisha kwa takriban 40%. Kazi nyingi za usimamizi zinaweza kuzidondoa hadi baada ya miaka 15 hadi 18 ya uendeshaji. Hata hivyo, ikiwa mafuta yamefungwa vibaya, hata kujitenga tu mikroni 30 kutoka kwa kipenyo kilichotarajiwa, hupunguza muda wa maisha uliotarajiwa kwa takriban 35%. Hivyo ndipo kufuata viwajiba vya SSPC PA2 wakati wa kutumia mafuta bado ni muhimu sana ili kupata thamani kubwa zaidi kutoka kwa mfumo huo wa ulinzi.

Mafuta ya kisementi na ya mchanganyiko kwa msingi wa minara ya betoni katika zonzi za tidal na splash

Miwili ya betoni inayopatikana kwenye mapinduzi yanafaida sana kutokana na mafuta ya semeni iliyobadilishwa kwa polime, ambayo inapenetrasi kina na inaruhusu upepo wa mvuke kutoa katika eneo linaloathiriwa na mawimbi na maji yanayotabasamu. Ufumbaji huu unafanya kazi kwa kufunga mishipa ya ukubwa wa mm 0.5 kupitia utengenezaji wa viringo, kuzuia chloride kuingia wakati unaruhusu unyevu kutoa kwa namna ya asili. Uwezekano wa kupumua huu unasaidia kuepuka matatizo kama vile vitambaa au kuvunjika wakati umepakuliwa chini ya maji. Majaribio yameonyesha kuwa michanganyiko ya epoxy na siloxane inapunguza kuingia kwa chloride kwa takriban 92% kuliko betoni rahisi katika hali za eneo la maji yanayotabasamu. Ili kupata matokeo mazuri, uso lazima uprepere kwa usahihi kulingana na standadi ya sekta SSPC SP13 au NACE 6, na ufumbaji unapaswa kuwa na ukuwaji wa angalau mm 2.5 hadi 3 ili kushinda uvunjivyo unaotokana na mchanga na vinyo vya mazingira. Kuchunguzwa kwa mara kila miaka miwili pamoja na tathmini kamili kila miaka mitano husaidia kugundua matatizo mapema. Ushirikiano maalum unahusishwa na sehemu zinazopigwa kwa nguvu kubwa na mawimbi yanayotembea haraka, ambapo uvunjivyo unatendeka zaidi.

Mifumo ya Kuzuia Uharibisho na Matumizi ya Mafuta ya Uzito kwa Sehemu za Kifaa cha Kupanda

Stainless steel (316, 2205) na weathering steel: Miongozo ya Matumizi na Uwezekano wa Kujiunganisha Kwa Kina kwa Mifupa ya Kifaa cha Kupanda kwenye Mipaka ya Bahari na Vifaa vya Kujumuisha

Kuchagua vitu vya kujenga vinavyofaa huwa muhimu sana kwa kuamua muda mrefu wa kutumika wa minara ya pwani. Chuma cha kifahari cha daraja la 316 lina molibdeni karibu 2 hadi 3% ambacho linapunguza uwezekano wa kutokea kwa mapitio na mapanga yanayotengenezwa wakati wa ukatili. Hii inafanya chuma hicho kuwa bora kwa sehemu muhimu kama vile mishipa, vifungo, na viungo kati ya sehemu za muundo. Kwa sehemu kuu za msingi zinazopitia wave na ukuaji wa chumvi, chuma cha kifahari cha aina ya duplex 2205 kinatumika vizuri zaidi kwa sababu kina uwezo bora wa kupambana na ukatili unaosababishwa na mashakiki (stress corrosion cracking) na pia kina nguvu ya kuvimba (tensile properties) zaidi. Chuma cha kuvimba (weathering steel) huunda safu ya ulinzi ya kisasa wakati unapoangaliwa na mabadiliko ya unyevu, kwa hiyo ni rahisi kutumika kwa sehemu za minara zilizopanda juu ya maji ambapo chumvi haipatikani mara kwa mara. Lakini utarajie makali katika eneo ambalo maji ya bahari yanashuka mara kwa mara kwa sababu uwepo wa chloride kwa muda mrefu utasababisha uvimbe wa chuma hicho kulingana na viwadi kama vile ISO 9223 C5-M. Pia ni muhimu kuhakikisha kwamba metali mbalimbali hazijisikilize moja kwa moja. Wakati wa kuunganisha metali mbalimbali, tunahitaji kuzifunga kwa umeme. Na wakati wa kufunga kwa kutumia moto (welding), udhibiti wa joto kwa makini unawezekana kusaidia kudumisha uwezo wa kupambana na ukatili. Mara nyingine baada ya kufunga kwa kutumia moto, matibabu ya ziada inayoitwa 'passivation' inasaidia pia kurejesha ulinzi wa uso.

Mbinu za Ulinzi wa Katodiki kwa Msingi wa Pande ya Bahari Zilizowekwa Kwenye Ardhi

Ulinzi wa kielektrikichemikali wa katodiki (CP) ni ulinzi muhimu kwa msingi wa pande ya bahari zilizowekwa kwenye ardhi—hasa ile zilizopakuliwa kwenye maji ya bahari au zilizowekwa kwenye udongo wenye chumvi. Mbinu mbili kuu zinatumika, kila moja ikitumika kwa muktadha tofauti wa uendeshaji:

• Ulinzi wa Katodiki kwa Anodi za Kupoteza : Anodi za zinki, aluminium, au magnesiamu zinawekwa kwenye chuma cha msingi kwa njia ya umeme. Anodi hizi zinaharibika kwa urahisi kuliko msingi, kuhakikisha kuongezea muda wa huduma ya muundo kwa miaka 15–20 katika mazingira ya bahari yenye nguvu. Njia hii inafanya kazi vizuri sana kwa msingi ambayo upatikanaji wa usimamizi au ufuatiliaji ni mgumu.

• Ulinzi wa Uvamizi wa Sasa wa Kuvunjika (Impressed Current Cathodic Protection), au ICCP kwa mfupi, unafanya kazi pale kubadilisha (rectifier) hupeleka sasa moja (direct current) ya kudhibitiwa kwa anodi maalum zilizotengenezwa kutoka kwa vitu kama vile oksaidi ya chuma na madhara (mixed metal oxide - MMO) au mchanganyiko wa platini na niobiamu. Hii huunda ulinzi katika mpaka wote wa muundo uliozimwa chini ya ardhi au ule uliozima chini ya maji. Mfumo huu umekuwa na upendeleo mkubwa kwa miradi mikubwa inayohitaji kusimama miaka mingi, hasa vitu kama vile msingi mkubwa unaosaidia kusimamia mawimbi ya jua ya baharini (offshore wind turbines). Kwa nini? Kwa sababu mfumo wa ICCP unaweza kubadilishwa kwa kuzingatia mahitaji, kufuatwa mbali bila kumtuma wafanyakazi mara kwa mara, na imejulikana kuwa inafanya kazi vizuri zaidi ya miaka 25 katika mazingira ya kweli nyingi. Sifa hizi zinamfanya kuwa bora sana kwa miundombinu muhimu ambapo ufikiaji wa usimamizi unaweza kuwa ngumu au ghali.

Mifumo ya CP ya kiharusi—yayotezayo anodi za kufanya kazi karibu na mstari wa udongo pamoja na CP ya sasa ya kudumu kwa sehemu za miamba iliyo chini zaidi—hutumika zaidi katika eneo la kubadilishana la tidal-splash, ambapo kiwango cha uvunjaji kinazidisha 0.5 mm/kila mwaka. Ugasitisho wa sasa unaofanana unategemea kwa kiasi kikubwa juu ya mpangilio wa kina ya anodi, ramani ya upungufu wa uwezekano wa udongo, na masuruli ya kipindi cha uwezekano kwa kufuata mashauri ya NACE SP0169 na ISO 15257.

Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara

1. Kwa nini minara ya pwani huuvunjika haraka kuliko yale ya ndani?

Minara ya pwani huwakilishwa na uvunjaji wa haraka kwa sababu ya uwepo wa mvuke wa chumvi, uvunjaji wa tidal splash, na ukanda wa chloride katika anga, ambavyo vyote hupanua mchakato wa uvunjaji.

2. Ni vitendo vipi vya kawaida vya kulinda minara ya pwani?

Vitendo vya kawaida vya kulinda ni kuchapisha madawa ya kuanza ya epoxy-zinc pamoja na madawa ya kumalizia ya polyurethane, kutumia vifaa vya stainless steel kama vile aina ya 316 au stainless steel ya duplex 2205, na kutumia mifumo ya ulinzi wa cathodic kama vile CP ya anodi za kufanya kazi na ICCP.

3. Masuruli ya ulinzi ya madawa ya kumalizia kwa minara ya pwani yanapaswa kufanywa mara ngapi?

Vitambulisho vya kawaida vinapaswa kufanyika kila miaka miwili na matathmini yote kwa kila miaka mitano ili kupata matatizo mapema, hasa katika eneo ambalo huathiriwa na migogo ya haraka.

4. Ulinzi wa kati ya kathodi ni nini, na jinsi yake ya kufanya kazi kwa minara ya pwani iliyowekwa kwenye chini?

Ulinzi wa kati ya kathodi hutumia anodi za kusaidia au mfumo wa sasa zilizopewa ili kuzuia uvunjaji kwa kubadilisha mikondo ya uvunjaji mbali na miundo ya chuma.