بررسي اثر زبري سطح بر جدايش كاتدي لايه هاي كامپوزيتي اعمالي بر خطوط لولههاي گاز به عنوان يك سيستم تعميري

هانيه بازيار*1، سعيد كريمي2، سيروس جوادپور3
دانشجوي كارشناسي ارشد مهندسي مواد، دانشگاه شيراز، بخش مهندسي مواد، شيراز، ايران
دانشجوي دكتري مهندسي مواد، دانشگاه شيراز، بخش مهندسي مواد، شيراز، ايران
دانشيار، بخش مهندسي مواد، دانشگاه شيراز، شيراز، ايران
* [email protected]
(تاريخ دريافت: 25/01/1391، تاريخ پذيرش: 01/04/1391)

چكيده
تعمير و تقويت خطوط لوله انتقال گاز با روشهاي سنتي مانند برش، جوشكاري و استفاده از غلافهاي فلزي، مسـتلزم مشـكلات بسـيار وتوقف خط لوله انتقال گاز است، لذا استفاده از روشهاي نوين تعمير و تقويت خطوط لوله انتقال گاز با اسـتفاده از لايـههـاي كـامپوزيتي،امري ضروري است. در اين تحقيق، زبري بهينه براي آمادهسازي سطوح لولههاي فولادي پيش از اعمال لايههاي كامپوزيتي بـا اسـتفاده ازآزمايشهاي Lap-shear و Pull-off تعيين شد و به منظور حصول اطمينان از عدم جدايش اين لايههاي محافظ در زمان حفاظـت كاتـدي،مقاومت آنها در برابر جدايش كاتدي نيز مورد بررسي قرارگرفت. با توجه به نتايج آزمايشات مربوطه، زبري بهينـه 60 ميكرومتـر بدسـت آمد و هيچگونه جدايش كاتدي نيز براي لايههاي محافظ مشاهده نشد.

واژههاي كليدي:
جدايش كاتدي، آزمايش كشش محوري، آزمايش Lap-shear ، آزمايش Pull-off

1- مقدمه
ابتداييترين روش براي كاهش ميزان خوردگي خارجي لولههاي انتقال گاز با فشار بالا، استفاده از پوشـش هـاي محـافظ بـه همـراهحفاظت كاتدي است، اما چسـبندگي پوشـش و مقاومـت آن دربرابر جدايش كاتدي نيز از اهميت بسـياري برخـوردار اسـت [1]. هنگام استفاده از حفاظت كاتدي بـر روي لولـههـا ي پوشـش دار، بايد مشكلاتي كه در هنگام جدايش اين پوششهـا رخ مـيدهـدنيز در نظر گرفته شود. متأسفانه افرادي در صنايع خط لوله، بدون در نظ ر گ رفتن رابط ه مي ان پوش ش و حفاظ ت كات دي، ف رض ميكنند كه حفاظت كاتدي مشـكل خـوردگي خـارجي را حـلميكند، اما جريان حفاظت كاتدي تنها هنگامي به صـورت مـؤثرميتواند عمل كند كه مسيري به سمت لوله فلزي داشته باشد [2].
در سادهترين حالت ميتوان فرض كـرد كـه فراينـد جـدايش درنتيجه قليايي شدن در كاتد رخ ميدهد و باعث تخريـب موضـعي(هيــدروليز) پيونــدهــاي شــيميايي بــين پوشــش و اكســيد يــاهيدروكس يد فل زي ايج اد ش ده در فص ل مش ترك م ي ش ود.
ممانعتكنندههـاي خـوردگي كـه بـه پوشـش اضـافه مـيشـوند،عم دتاً م يتوانن د ت ا ح دي س رعت واك نشه اي خ وردگي را محدود و عمر پوشش را طـولاني تـر كننـد، بنـابراين ارتبـاط بـينچسبندگي و جدايش كاتدي پوشـش آلـي و زمينـه فلـزي، يـكرابط ه مس تقيم نيس ت و اغل ب فراين دهاي ج دايش كات دي از تخريب اين ناحيه، حمله شيميايي يا مكـانيزم هـاي ديگـر بوجـودميآيند [3].
بسياري از محققان بـر ايـن باورنـد كـه ميـزان جـدايش، تـابعي ازفاكتورهاي مختلف از جملـه دمـاي كـاري، ضـخامت پوشـش وپتانسيل الكتريكي اعمالي ميباشد، اما در صورت مشخص شـدناين پارامترها نيز همچنان مكانيزم جدايش كاتدي ناشـناخته بـاقيمانده است [4]. تحقيقات بسياري در ارتباط بـا جـدايش كاتـديپوششهاي پليمري، به ويژه پلياتيلن، اتيلن و مخلـوط تركيبـات گوناگون آن هـا بـه عنـوان مقـاوم تـرين مـاده در برابـر خـوردگي لولههاي فولادي انجام شـده اسـت [4-6]، امـا كمتـر بـه جـدايشكاتدي لايههاي كامپوزيتي تقويتشـده بـا اليـاف پرداختـه شـده است.
بايد به خاطر داشت كه يك پوشـش تنهـا در صـورتي مـي توانـدبيشترين حفاظت را از خوردگي نشان دهد كه چسبندگي مناسبي با زمينه فولادي داشته باشد [7]. چسبندگي پوشش به زمينه فلـزيبه پيوندهاي گوناگوني كـه بـين پوشـش و فلـز ايجـاد مـيشـود،بستگي دارد. در برخي از موارد خاص، پيوند كووالانسـي ايجـادميشود كه در صورت مقاوم بودن در برابر هيـدروليز، مـيتوانـدمقاومت خوبي را در حضور آب از خود نشان دهد و چسـبندگيمرطوب مناسبي را براي پوشش فراهم كند، اما لازم به ذكر است كه تنها در صورت انجام عمليات شيميايي بر روي فـولاد، پيونـدكووالانسي بين پوشش و زمينه ايجاد ميشـود [8 – 9]. بـا در نظـرگرفتن زبري سطح، اتصالات مكانيكي بـين پوشـش و زمينـه نيـزميتواند با قفل كردن مكانيكي پوشش به ناهمواريهاي موجـوددر سطح زمينـه، نقـش مهمـي را در چسـبندگي نهـايي ايفـا كنـد [8 ، 10 – 12].
مهندسي
تحقيقات بسياري كه در رابطه با تأثير توپوگرافي سـطح بـر رويچسبندگي انجام شده، فهم اين مكانيزم از چسبندگي را آسـان تـرك ردهاس ـت [13- 17]. اس تفاده از آزم ايش Pull-Off يك ي از راههاي ارزيابي استحكام چسبندگي پوشش اعمالي بر روي زمينه فلزي است و در بسـياري از تحقيقـات بـه منظـور تعيـين خـواصپيوند ايجاد شـده بـين پوشـش و زمينـه از ايـن آزمـايش اسـتفاده ميشود. براي نمونه در بتونهاي تقويـت شـده بـا كامپوزيـت، ازاين آزمايش براي تعيين ويژگيهـاي بانـد اتصـالدهنـده اسـتفادهشدهاست و همچنين براي تعيين استحكام چسبندگي كاشيهـايسراميكي نيز اين آزمايش كاربرد دارد [18 – 19]، به هر حـال ازايـن آزم ايش كمت ر بـراي ارزي ابي مي زان چسـبندگي لاي هه اي كامپوزيتي به سطوح فلزي استفاده شده است.
در اين تحقيق، تـأثير آمـادهسـازي سـطح لولـه فـولادي بـر رويچسبندگي پوشش و جدايش كاتدي بررسي شـده و همچنـين بـه
منظور تعيين زبـري بهينـه، پـيش از اعمـال لايـههـاي كـامپوزيت ي تعميري و يا تقويتي، از آزمايش Pull-Off استفاده شدهاست.

مواد و روش تحقيق
2-1- تعيين مناسبترين روش آمادهسازي سطح
با توجه بـه اسـتانداردهاي مختلـف آمـادهسـازي سـطح از جملـهISO 8503 ،ISO 8502 ،ISO 8501 ،SSPC و ISO 8504، روشهاي متفاوتي براي آمادهسازي سطوح فلزي وجود دارد. در اين تحقيق سه روش سنگزني، اسـتفاده از بـرس سـيمي گـرد وسندبلاس ت م ورد بررس ي ق رارگرف ت. قب ل از انج ام هرگون ه عمليات آمادهسازي بر روي سطح مدنظر، اين سطح بايد بـا يـكحلال مناسب بر اساس استاندارد SSPC-SP-1 شستشو داده شـودتا آلودگيهاي موجود روي آن شامل انواع نمكهاي قابل حل، روغن، گريس و … پاك شوند.
در اين تحقيق از حلالي شامل آب و انواع گوناگون مواد معـدنيالكلي، اكسيلن C6H4(CH3)2(Xylol)، تولوئن و … استفاده شـد .
اين روش به طور معمول همراه با روشهاي آمادهسازي سطح بـهكار برده ميشود. در اين تحقيق با توجه به يكسان بودن عمليـاتشيميايي انجـام شـده بـر روي سـطوح مـورد آزمـايش، مـيتـوانروشهاي گوناگون آمادهسازي سطح را با يكديگر مقايسه كرد.
پيش از آمادهسازي سطح با يك روش مشـخص، درجـه زنگـار1 موجود روي آن بر اساس استاندارد ISO 8501-1 مشـخص شـد.
تميــزي ســطح بــهSt2 رســيد (مطــابق بــا اســتاندارد ســوئدي Pull-Off و Lap-Shear استفاده شد.
آماده سازي سطح، هنگامي كه تميزكاري بـا ابـزار دسـتي انجـام
ميشود درجه تميزي سطح به St2 ميرسد كه ظاهر سطح بدست 2-2- تعيين زبري بهينه آمده بستگي به شرايط اوليه آن دارد). با اسـتفاده از بـرس سـيمي2-2-1- آزمايش Lap-shear
گرد بر اساس استانداردSSPC-SP-3 ، تميزي سطح به St3 رسيد اين آزمايش بـر اسـاس اسـتاندارد ASTM D3165-2000 انجـام(بر اسـاس اسـتاندارد سـوئدي آمـادهسـازي سـطح، هنگـامي كـه ميشود. در اين تحقيق براي تعيين قـدرت چسـبندگي لايـههـايآماده سازي با ابزار قدرتي انجام شود، درجه تميزي سطح به St3 تعميري و يا تقويتي به سطح لوله نيز از اين آزمايش استفاده شـد . ميرسد كه در اينجـا هـم ظـاهر سـطح بدسـت آمـده بسـتگي بـهب راي اي ن منظ ور، ورقه اي ف ولادي ب ا زب ري 30، 60 و 100 شـ رايط اوليـ ه آن دارد)، امـ ا همـ انطـ ور كـ ه در اسـ تاندارد ميكرومتر با استفاده از روش سندبلاست تهيـه و سـپس لايـههـاي
درجه زنگار سطوح فـولادي اوليـه،D بـود (هنگـامي كـه سـطحداراي درجه زنگـارD اسـت، روي آن ب طـور كامـل بـا زنگـارپوشيده شده و حفرات سراسري با چشم غير مسـلح قابـل رؤيـتاس ت). پ س از س نگزن ي ب ر اس اس اس تاندارد SSPC-SP-2، مناسبترين روش آمادهسازي سـطح، هركـدام از سـطوح آمـادهشده به روشهاي مختلف، به طور يكسان لايهزنـي شـد و سـپستحت آزمايش كشش محوري قرار گرفت. براي انجام لايـه زنـياز رزين وينيل اسـتر، نمـد شيشـه اي سـوزني و حصـيري نـوعE ، چسب اپوكسي و بتونه3 استفاده شد كـه بـه طـور دسـتي بـر رويسـطح م ورد نظـر اعم ال شـد. بع د از تعيـين مناس ب ت رين روش آمادهسازي سطح با استفاده از اين آزمايش، در ادامه براي تعيـينزب ـري بهين ه در نمون ـه ه ـاي سندبلاس ت ش ده، از دو آزم ايش
ISO 8504-3 بيان شده است، پروفيل سـطح كـه در واقـع همـانزبري سطح تميـز شـده بـا اسـتفاده از تميزكـاري دمشـي اسـت ودرجه آمادهسازي سطح به دست آمـده بـه نـوع، سـايز و سـختيساينده مـورد اسـتفاده، سـرعت ذرات و زاويـه برخـورد آنهـا وسختي سطح بستگي دارد. در ايـن تحقيـق سـاينده بكـار رفتـه در روش سندبلاست، سـرباره مـس بـا انـدازه ذرات بـين 5/0- 68/1 ميليمتر و قطـر نـازل مـورد اسـتفاده 8 ميلـي متـر بـود. بـر اسـاساستاندارد ISO 8504-2، سرباره كوره مس داراي شكل زاويـه اي و نامنظم اسـت و چنانچـه انـدازه ذرات آن بـين 5/1-2 ميلـي متـر باشد، ارتفاع پروفيل به دست آمده بر روي سطح در محدوده بين 75-100 ميكرومتر خواهد بود. بعد از انجام سندبلاست، با توجـهبه درجه زنگار سطح اوليه فولاد (D)، درجه آمادهسازي سطح به ميزان Sa2 ½ رسـيد (بـر اسـاس اسـتاندارد سـوئدي آمـاده سـازيسطح، هنگامي كه از تميزكاري دمشي شـبه فلـز سـفيد2 اسـتفادهميشـود درجـه آمـادهسـازي بـهSa2 ½ مـي رسـد ). بـراي تعيـينكامپوزيتي با روش لايهزني دستي بر روي آن ها اعمال شـد . ايـنورقهاي فولادي داراي درجه زنگار C بودند (سطحي كه داراي درجه زنگار C است بطور كامل با زنگار پوشيده شده و بـا چشـمغير مسلح مقـادير بسـيار كمـي از حفـرات روي آن قابـل رؤيـتاست) و قبل از سندبلاست با حلال مناسب، بـر اسـاس اسـتانداردSSPC-SP1، تحت عمليات شيميايي قرار گرفتند.
با توجه به يكسان بودن قطر نازل (8 ميليمتر) و هـم چنـين نـوع واندازه ذرات ساينده مورد استفاده براي سندبلاست (سـرباره مـسبا اندازه بين 5/0-68/1 ميليمتر) براي به دست آوردن زبريهـايمذكور، مدت زمان انجام عمليـات سندبلاسـت و زاويـه برخـوردذرات با سطح، متفاوت در نظر گرفته شد بـه گونـهاي كـه درجـهآمادهسازي سطح براي هر كدام از اين زبريها بـه ترتيـبSa 2 ، Sa2 ½ و Sa 3 ب ه دس ت آم د (ب ر اس اس اس تاندارد س وئدي آمادهسازي سـطح، Sa2 و Sa3 بـه ترتيـب مربـوط بـه تميزكـاريدمشي تجاري4 و تميزكاري دمشي فلز سفيد5 است).
pull-off آزمايش -2-2-2
اين آزمـايش بـراي بررسـي اسـتحكامpull-off لايـه كامپوزيـتتعميري بر روي نمونـه هـايي بـا زبـري 60 و 100 ميكرومتـر و بـر
مهندسي
هر كدام از ورقهاي فولادي با زبري مشخص، 4 بـار انجـام شـدكه به اين منظور 4 نمونه با ابعاد و شرايط يكسان تهيه شد.
براي انجام اين آزمايش از دستگاه كشش استفاده شد و كشش با در اين تحقيق ورقهاي فولادي به طول 8/177 ميليمتـر، عـرض4/25 ميليمتر و ضـخامت 6/1 ميلـي متـر بـرش دادهشـدند . سـپسبراي انجام لايهزني از سه لايه هر يك با ضـخامت 8/0 ميلـي متـر
اس تفاده ش د ك ه اي ن لاي ه ه ا از نم د شيش هاي ن وع E، رزي ن نرخ 27/1 ميليمتر در دقيقه و تا زمان رخ دادن وامانـدگي 6 ادامـهوينيلاستر، چسب اپوكسي و بتونه تهيه شدند. اين آزمايش بـراييافت. شكل (1) مراحل انجام اين آزمايش را نشان ميدهد

(ج) (ب) (الف)
شكل (1): (الف) نمونههاي آماده شده براي آزمايش Lap-Shear ، (ب) نحوه قرارگيري نمونهها در دستگاه كشش و
(ج) نمونهها پس از انجام آزمايش
اساس استاندارد ASTM D4541-Method E انجام شـد (از ايـنمرحله به بعد، ديگر آزمايشـي بـر روي نمونـه هـايي بـا زبـري 30 ميكرومتر انجام نشد كه دليل حذف آن نيز در بخش نتيجه گيـريتشريح شده است). اين آزمايش در واقع بيشترين نيروي عمـوديرا كه يك سطح ميتواند پيش از جدا شدن قسمتي از آن تحمـلكند، نشان ميدهد و معرف حداكثر تنش كششي اسـت . در ايـنآزمايش نيرو بايد كاملاً محوري اعمال شود نه پيچشـي، بنـابرايناز ابزارهاي ويژهاي استفاده شد كه تصويرآنها در شكلهاي (2) و (3) آمده است. براي انجـام ايـن آزمـايش، لايـهزنـي مشـابه بـاآزمـ ايش Lap-Shear بـ ر روي ورقهـ اي فـ ولادي بـ ا ابعـ اد 150×150 ميليمتر و با ضخامت 2 ميليمتر با روش دسـتي انجـامشد.
لازم بـ ه ذكـ ر اسـ ت كـ ه در ايـ ن آزمـ ايش، همـ ه مراحـ ل آمادهسازي سطح (شامل عمليات شيميايي و سندبلاست) مشابه با آزمايش Lap-shear انجام شد. سپس ابزار اعمال نيرو (شـكل 3) با قطر 20 ميليمتر با چسب اپوكسي بر روي نمونهها چسبانده و با اس تفاده از آزم ايشگ ر مي زان چس بندگي (ش كل 2)، ني رو ب ه صورت كاملاً محوري و يكنواخـت بـا نـرخMPa/Sec 1 اعمـالشد تا زمانيكه جدايش در لايهها اتفاق افتاد. اين آزمايش 4 بـاربر روي نمونه با زبري 60 ميكرومتر و 3 بار بر روي نمونه با زبري 100 ميكرومتر انجام شد و هر بار استحكام چسـبندگي و طبيعـت
واماندگي گزارش شد. طبيعت واماندگي ميتواند همبسـته 7 و يـاچسبنده8 باشد كه در نوع همبسته، جدايش در هر يك از لايـه هـارخ ميدهـد، امـا در نـوع چسـبنده، جـدايش در فصـل مشـتركمشاهده ميشود.

شكل (2): آزمايشگر ميزان چسبندگي نوع V كه به طور خودكار تراز مي شود.

شكل (3): ابزار مورد استفاده براي اعمال نيرو كه به شكل dolly است.

2-3- آزمايش جدايش كاتدي
آزمايش جدايش كاتدي معمولاً به عنوان آزمايش كليدي بـرايبررسي عملكرد چسبندگي پوشش به كـار مـيرود، زيـرا بـا ايـنآزمايش ميتوان شرايط مربوط به جدايش پوشش از خط لوله را به طور كامل و دقيـق شـبيهسـازي كـرد. برخـي از اسـتانداردهايانج ام اي ن آزم ايش عبارتن د از : ASTM G80 ،ASTM G8، ASTM G42 و ASTM G95. در اين تحقيـق مقاومـت در برابـرجدايش كاتدي لايههاي كامپوزيتي اعمالي بر روي خطوط لوله، ب ا اس تفاده از آزم ايش ج دايش كات دي و ب ر اس اس اس تاندارد BS EN 1029 (ANNEX E) مـورد بررسـي قـرارگرفـت . ايـنآزمايش بر روي نمونههاي مشابه با آزمايش Pull-Off انجام شد، اما پيش از انجام آن براي حصول اطمينان از عدم وجود هرگونـهعيب در پوشش، holiday test نيز انجام شد. براي انجام آزمايش جدايش كاتدي، پتانسيل پلاريزاسيون كاتدي در حدود 5/1 ولت توسـط الكت رود مرج ع كالوم ل اش باع اعمـال و س پس س لولالكتروشيميايي مشابه با شكل (4) و بر اساس استاندارد آماده شـد(قطر حفره ايجـاد شـده 6 ميلـي متـر اسـت). ايـن آزمـايش يـا بـه صورت دو روزه در دمـايC °(2±60) و يـا بـه صـورت 28 روزه در دم اي C°(2±23) قاب ل انج ام اس ت ك ه در اي ن تحقي ق ازآزمايش دو روزه استفاده و براي ايجاد و حفظ دماي مورد نظـر،از يك گرمكن استفاده شد شكل (5). لازم به ذكر اسـت كـه در حين انجام آزمـايش، دمـاي محـيط C°(2±23) و رطوبـت نسـبي%(5±35) بــود. پــس از اتمــام آزمــايش و جــدا كــردن لولــهپلاس تيكي از نمون ه، ب ا اس تفاده از ي ك چ اقوي تي ز، 12 ب رش شعاعي با طول 40 ميليمتر و زاويه 30 درجه از يكـديگر درسـتاز مكاني كه حفره وجود داشت ايجـاد شـد (شـكل (6)). سـپسنوك چاقو در مركز حفـره وارد و آهسـته پوشـش از بـرشهـايشعاعي جدا شد و تا رسـيدن بـه چسـبندگي زيـاد بـين پوشـش وزمينه ادامه يافت، اين فرايند براي همه برشها تكرار شد.

شكل (4): نحوه آمادهسازي نمونه و سلول الكتروشيميايي براي آزمايش
جدايش كاتدي

شكل (5): نحوه انجام آزمايش جدايش كاتدي 2 روزه در دماي ºC 2± 60

شكل (6): چگونگي ايجاد برشهاي شعاعي بر روي نمونه پس از انجام آزمايش جدايش كاتدي

3- نتايج و بحث
ب ر اس اس نت ايج آزم ايش كش ش مح وري ، ني روي لازم ب راي جدايش لايههاي كامپوزيتي از سـطح لولـه فـولادي سندبلاسـتشده حدوداً Mpa450، سطح سنگزني شـدهMpa 350 و سـطحبرس سيمي شده حدوداً Mpa280 بدسـت آمـد كـه نشـاندهنـدهبهتر بودن روش سندبلاست نسبت به دو روش ديگر است.
بعد از تعيين مناسبترين روش آمـاده سـازي سـطح، بـا توجـه بـهنت ايج آزم ايش Lap-shear ج داول (1،2 و 3)، مق دار متوس ط استحكام كششي براي نمونه با زبري 30، 60 و 100 ميكرومتر بـهترتيب برابر با MPa ،11MPa6/11 و MPa8/12 به دست آمد كه نشاندهنـده چسـبندگي بهتـر در نمونـه بـا زبـري 100 ميكرومتـراست. بايد توجه داشت كه اين آزمايش به تنهايي نميتواند براي تعيين زبري بهينه به كار رود و نتـايج آزمـايشpull-off جـداول(4 و 5) ب ر خــلاف انتظــار ح اكي از عملكــرد بهتــر زبــري 60 ميكرومتر است.
بر اساس استاندارد ISO 8504-3، پروفيـل سـطحي يـك فـاكتورمس تقل از اس تاندارد م ورد اس تفاده ب راي تميزك اري اس ت، ب ه گونهاي كه در صورت كوتاه بودن پروفيل، شرايط مناسب بـرايپوششدهي فراهم نميشود. در حالي كه اگر زبري بـيش از حـدزياد باشد، ممكن است باعث مملو شدن سطح از برآمـدگي هـاينوك تيز شود كـه ايـن موضـوع سـبب از بـين رفـتن زود هنگـامكارايي پوشش خواهد شد. در اين تحقيق، اين عامـل خـود را دراستحكام كششي پايين تر (نمونه هايي با زبري 30 ميكرومتر) نشان داد و در نتيجه اين زبري براي اعمال لايههاي كامپوزيتي تعميري و يا تقويتي بر روي سطوح فلزي چندان مناسب نيست و به همين دليل نيز دو آزمايش pull-off و جدايش كاتـدي بـر روي نمونـهبا زبري 30 ميكرومتر انجام نشد.
بر اساس رابطه زير ميتوان ميزان تنش نسبي اعمالي به هر يك از لايههـاي تعميـري را در حـين انجـام آزمـايشpull-off محاسـبهكرد:

(1) 2x =π

4dF در اين رابطه:
نســــــبي محاســــــبه شــــــده بــــــراي ايــــــن دو زبــــــري، گرفت.
جدول (1): نتايج مربوط به آزمايش Lap shear بر روي نمونه با زبري 30 ميكرومتر
ميانگين 4 3 2 1 شماره نمونه
26/02 26/32 24/48 24/90 28/36 عرض (mm)
12/31 13/50 11/85 11/40 12/50 ضخامت (mm)
140/0 140/0 140/0 140/0 140/0 طول ناحيه متصل در دستگاه كشش (mm)
3524 3167 3479 2980 4469 حداكثر نيرو (N)
135 120 142 120 158 استحكام كششي طولي (N/mm)
11/0 9 12 10 13 استحكام كششي (MPa)
3439/1 3059 3409 2896 4392 نيروي شكست (N)
1/56 1/84 1/26 0/79 2/36 حداكثر ازدياد طول %
1/60 1/87 1/27 0/79 2/48 ازدياد طول در شكست %

جدول (2): نتايج مربوط به آزمايش Lap shear بر روي نمونه با زبري 60 ميكرومتر
ميانگين 4 3 2 1 شماره نمونه
24/68 24/68 24/35 24/64 25/05 عرض (mm)
12/25 11/20 12/50 12/40 12/90 ضخامت (mm)
140/0 140/0 140/0 140/0 140/0 طول ناحيه متصل در دستگاه كشش (mm)
3485 3760 3120 3113 4002 حداكثر نيرو (N)
141 150 128 126 160 استحكام كششي طولي (N/mm)
11/6 13 10 10 12 استحكام كششي (MPa)
3409/9 3706 3013 2967 3954 نيروي شكست (N)
1/34 1/90 1/06 1/08 1/33 حداكثر ازدياد طول %
1/35 1/90 1/06 1/10 1/34 ازدياد طول در شكست %

x: بيشترين تنش متوسط pull-off در حين آزمايش و يا استحكام pull-off به دست آمده در حين واماندگي سيستم با واحد Mpa F: نيروي واقعي اعمالي به سطح آزمايش با واحد N d: قطر ناحيه اصلي تحت آزمايش با واحد mm اين تنش براي نمونههايي با زبري 60 و 100 ميكرومتر بـه ترتيـب برابر با MPa019/0 و MPa015/0 محاسبه شد. با توجه به مقـاديراستحكام كششي بـراي زبـريهـاي 60 و 100 ميكرومتـر و تـنش
ميتوان چنـين گفـت كـه بـا وجـود كمتـر بـودن 3/10 درصـدياس تحكام كشش ي، زب ري 60 ميكرومت ر نس بت ب ه زب ري 100 ميكرومتر، تنش نسبي محاسبه شده مربوط بـه آزمـايشPull-off در حدود 7/26 درصد براي زبـري 60 ميكرومتـر بيشـتر از زبـري100 ميكرومتر است كه اين موضـوع حـاكي از چسـبندگي بهتـرلايههاي كامپوزيتي به سطوح با زبري 60 ميكرومتر اسـت . از آن ج ا ك ه در اي ن ن وع از تعمي رات اهمي ت چس بندگي بيش تر ازاستحكام كششي است، مـي تـوان زبـري بهينـه را پـيش از اعمـال لايههاي كامپوزيتي تعميري و يـا تقـويتي، 60 ميكرومتـر در نظـر

جدول (3): نتايج مربوط به آزمايش Lap shear بر روي نمونه با زبري 100 ميكرومتر
ميانگين 4 3 2 1 شماره نمونه
25/69 24/90 25/00 26/20 26/65 عرض (mm)
9/88 9/40 8/90 11/05 10/15 ضخامت (mm)
130/0 130/0 130/0 130/0 130/0 طول ناحيه متصل در دستگاه كشش (mm)
3253 3414 2692 3469 3438 حداكثر نيرو (N)
127 137 108 132 129 استحكام كششي طولي (N/mm)
12/8 15 12 12 13 استحكام كششي (MPa)
3130/5 3389 2235 3462 3435 نيروي شكست (N)
1/83 2/12 2/53 1/47 1/22 حداكثر ازدياد طول %
1/94 2/12 2/95 1/47 1/22 ازدياد طول در شكست %

طبيعت و مكان واماندگي استحكام چسبندگي
(MPa) شماره نمونه
100% چسبنده بين
و چسب dolly 4/58 1
100% چسبنده بين
و چسب dolly 4/58 2
100% همبسته از پوشش 5/26 3
طبيعت و مكان
واماندگي استحكام چسبندگي
(MPa) شماره نمونه
100% همبسته ازپوشش 6/47 1
100% همبسته ازپوشش 6/26 2
100% همبسته ازپوشش 6/21 3
100% همبسته از پوشش 5/46 4
جدول (4): نتايج مربوط به آزمايش pull-off بر روي نمونه با زبري 60 جدول (5): نتايج مربوط به آزمايش pull-off بر روي نمونه با زبري 100 ميكرومتر ميكرومتر

با توجه به نتايج آزمـايش جـدايش كاتـدي بـراي نمونـههـايي بـازبري 60 و 100 ميكرومتر جداول (6 و7)، ميتـوان چنـين نتيجـهگرفت كه جدايش كاتدي براي لولههاي تعمير شده با لايـه هـايكامپوزيتي رخ نميدهد و از اين بابت كـاملاً ايمـن هسـتند، زيـرامعيار جدايش بر اساس استاندارد BS EN 10290 (ANNEX E) در واقع ميانگيني از فاصله بين لبـه سـوراخ تـا ناحيـه چسـبندگيِزياد است. چنانچه اتصال قوي بين پوشش و زمينه وجود داشـته
باشد، ميانگين فاصلهاي كه در پوشش شكستگي ايجاد ميشود، بيانگر ميزان جدايش است. نتايج آزمايش جدايش كاتـدي در
واقع ميـانگين حسـابي از 12 داده بـه دسـت آمـده اسـت، امـا در آزمايشهـاي انجـام شـده در ايـن تحقيـق، هـيچگونـه جدايشـيمشاهده نشد كه ايـن امـر حـاكي از مقاومـت مطلـوب لايـه هـايكامپوزيتي تعميري و يا تقويتي در برابر جدايش كاتدي است.

جدول (6): نتايج مربوط به آزمايش جدايش كاتدي بر روي نمونه با زبري 60
ميكرومتر
مقدار نتايج آزمايش
3 كل شعاع حفره اوليه (mm)
40 شعاع برشهاي ايجاد شده بر روي نمونه (mm)
0 شعاع پوشش جدا شده از حفره مركزي تا رسيدن بهچسبندگي زياد (mm)
0 كل شعاع پوشش جدا شده (mm)
0 قطر دايره معادل mm) ECD)
0 شعاع تغيير رنگ يافته پوشش جدا شده از حفره مركزي
(mm)

جدول (7): نتايج مربوط به آزمايش جدايش كاتدي بر روي نمونه با زبري
100 ميكرومتر
مقدار نتايج آزمايش
3 كل شعاع حفره اوليه (mm)
40 شعاع برشهاي ايجاد شده بر روي نمونه (mm)
0 شعاع پوشش جدا شده از حفره مركزي تا رسيدن بهچسبندگي زياد (mm)
0 كل شعاع پوشش جدا شده (mm)
0 قطر دايره معادل mm) ECD)
0 شعاع تغيير رنگ يافته پوشش جدا شده از حفره مركزي
(mm)

نتيجهگيري
در ايــن تحقيــق بــه منظــور تعيــين مناســبتــرين روش بــراي آمادهسازي سطوح فولادي پيش از اعمـال لايـههـاي كـامپوزيتيتعميري و يا تقويتي و همچنين تعيين زبري بهينه، آزمـايش هـايي
مانن د كش ش مح وري،Pull-off و ج ـدايش كات دي ب ر روي نمونههاي فولادي لايهزني شده به روش دستي انجام شد. با توجه به نتايج به دست آمده، از بين روشهاي گونـاگون آمـادهسـازيسطح مانند سنگزني، استفاده از برس سيمي گرد و سندبلاست، مناس بت رين روش ب راي آم ادهس ازي س طح لول هه ا و مق اطع فولادي پيش از اعمال لايههاي كامپوزيتي تعميري و يـا تقـويتي،روش سندبلاست است. زبري بهينـه پـيش از تعميـر و يـا تقويـتلولههاي فولادي، 60 ميكرومتر به دسـت آمـد و در حالـت كلـيچنين توصيه ميشود كه در صورت استفاده از هر نـوع سـاينده ويـــــا نـــــازل، ســـــرانجام درجـــــه تميـــــزي ســـــطح بـــــه Sa2 ½ و پروفيل زبري سطح به 60 ميكرومتر برسد. اين شرايط با تعيين زمان مناسـب بـراي سندبلاسـت و زاويـه مناسـب برخـوردساينده به سطح قابل دستيابي است. چنانچه لولههاي تعمير و يـاتقويت شده با لايههاي كامپوزيتي تحـت حفاظـت كاتـدي قـرارگيرند، جدايش كاتدي براي آنها اتفاق نميافتد و از اين لحـاظايمن هستند.

مراجع

Peter Kentish, “Stress Corrosion Cracking of Gas Pipelines – Effect of Surface Roughness, Orientations and Flattening”, Corrosion Science, Elsevier, Vol. 49, pp.
2521-2533, 2007.

Richard Norsworthy, “Coatings Used in Conjuction with Cathodic Protection-Shielding vs. Non-Shielding Pipeline Coatings”, 17th international corrosion congress, Las Vegas, Nevada, paper No 4017, 2008.

M.K. Harun, J. Marsh, S.B. Lyon, “The Effect of Surface Modification on the Cathodic Disbondment Rate of Epoxy and Alkyd Coatings”, Progress in Organic Coatings, Elsevier, Vol. 54, pp. 317-321, 2005.

Corey T. Love, Guijun Xian, Vistasp M. Karbhari, “Cathodic Disbondment Resistance with Reactive Ethylene Terpolymer Blends”, Progress in Organic Coatings, Elsevier, Vol. 60, pp. 287-296, 2007.

D. Roya, G.P. Simona, M. Forsytha, J. Mardel, “Modification of Thermoplastic Coatings for Improved Cathodic Disbondment Performance on a Steel Substrate: a Study on Failure Mechanisms”, International Journal of Adhesion & Adhesives, Elsevier, Vol. 22, pp. 395-403, 2002.

M. Selvaraj, S. Palraj, P. Jayakrishnan, “Performance of Polymer Blends on Phosphated Steel Substrate”, Progress in Organic Coatings, Elsevier, Vol. 54, pp. 1-4, 2005.

Elise Legghe, Emmanuel Aragon, Lénaïk Bélec, André Margaillan, Denis Melot, “Correlation between Water Diffusion and Adhesion Loss: Study of an Epoxy Primer On Steel”, Progress in Organic Coatings, Elsevier, Vol. 66, pp. 276-280, 2009.

K.W. Allen, “A Review of Contemporary Views of Adhesion” The Journal of Adhesion, Vol. 21, pp. 261–277, 1987.
R.G. Schmidt, J.P. Bell, “Investigation of Steel/Epoxy Adhesion Durability Using Polymeric Coupling Agents. II. Factors Affecting Adhesion Durability”, the Journal of Adhesion, Vol. 25, pp. 85–107, 1988.

Enrique Vaca-Cortés, Miguel A. Lorenzo, James O. Jirsa, Harowel G. Wheat, Ramón L. Carrasquillo, “Adhesion Testing of Epoxy Coating” Center for transportation Research, Research Report No. 1265-6, University of Texas, Austin, pp. 1-129, 1998.

D.E. Packham, “The Mechanical Theory of Adhesion— Changing Perceptions 1925-1991”, the Journal of Adhesion, Vol. 39, pp. 137–144, 1992.

A.J. Kinloch, “The Science of Adhesion”, Journal of Materials Science, Vol. 15, pp. 2141–2166, 1980.

D.J. Arrowsmith, “Adhesion of Electroformed Copper and Nickel to Plastic Laminates”, Transactions of the Institute of Metal Finishing, Vol. 48, pp. 88, 1970.

S. Zhang, R. Panat, K.J. Hsia, “Influence of Surface
Morphology on the Adhesion Strength of
Epoxy–Aluminum Interfaces”, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 17, pp. 1685–1711, 2003.

E. Sancaktar, R. Gomatam, “A Study on the Effects of Surface Roughness on the Strength of Single Lap Joints”, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 15, pp.
97–117, 2001.

K. Meine, K. Klob, T. Schneider, D. Spaltmann, “The Influence of Surface Roughness on the Adhesion Force”, Surface and Interface Analysis, Vol. 36, pp. 694–697, 2004.

C. Keisler, J.L. Lataillade, “The Effect of Substrate roughness Characteristics on Wettability and on the Mechanical Properties of Adhesive Joints Loaded at High Strain Rates”, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 9, pp. 395–411, 1995.

N.M.M. Ramos, M.L. Simُes, J.M.P.Q. Delgado, V.P. de Freitas, “Reliability of the Pull-Off Test for in Situ Evaluation of Adhesion Strength”, Construction and Building Materials, Elsevier, Vol. 31, pp. 86-93, 2012.

Everaldo Bonaldo, A.O. Joaquim Barros, B. Paulo Lourenco, “Bond Characterization between Concrete Substrate and Repairing SFRC using Pull-Off Testing”, International Journal of Adhesion & Adhesives, Elsevier, Vol. 25, pp. 463-474, 2005.

پينوشت

Rust grade
Near white metal blast cleaning
Primer
Commercial blast cleaning 5- White metal blast cleaning
Failure
Cohesive 8- Adhesive



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید