به طور کلي از مزاياي بکارگيري مواد کاهنده مقاومت مخصوص خاک ميتوان به موارد زير اشاره نمود:
- کاهش موثر مقاومت شبکه زمين (ناشي از کوچک بودن مقاومت مخصوص مواد اصلاح کننده خاک، جذب رطوبت خاک محيط پيرامون و حفظ آن در اطراف الکترودهاي زمين، افزايش سطح و کيفيت تماس خاک با الکترودهاي زمين در اثر انبساط مواد کاهنده ناشي از جذب رطوبت).
- افزايش عملکرد و عمر مفيد الکترودهاي زمين در برابر خوردگي خاک اطراف
- کاهش تعداد الکترودها و ابعاد شبکه زمين (کاهش هزينه و فضاي لازم براي اجراي شبکه زمين)
ويژگيهاي اصلي مواد اصلاح کننده خاک
استاندارد 7-62561IEC جزء محدود استانداردهاي مربوط به مواد کاهنده مقاومت مخصوص خاک ميباشد. براساس اين استاندارد، مواد کاهنده مقاومت مخصوص خاک بايد داراي مشخصات زير باشند:
- داراي حداقل مقاومت مخصوص ممکن
- داراي مقاومت پلاريزاسيون[1] مناسب (مطابق جدول 9)
- غير خورنده بودن (فاقد نيتراتها ، سولفاتها و هرگونه مواد خورنده) و حفظ الکترود در برابر خوردگي
- داراي پايداري و دوام شيميايي بالا (بيشتر از 15 سال)
- عدم شسته شدن در اثر بارندگي و آبهاي زيرزميني و سطحي
- ثابت نگه داشتن مقاومت سيستم زمين با گذشت زمان ودر فصول مختلف سال
- عدم تاثير منفي بر محيط زيست و آبهاي زيرزميني (غير آلاينده بودن)
- عدم نياز به نگهداري (عدم نياز به تزريق يا شارژ مواد کاهنده نمکي يا شيميايي و آب)
- قابل کاربرد به صورت دوغاب و خشک و همچنين قابل استفاده در هر شرايط محيطي (با خوردگي کم و يا بالا) و محيطهاي خشک.
- داراي تداوم و حفظ چسبندگي بـه الکترود زمين (داراي ذرات ريز و چسبنده به خاک و الکترود)
- داراي قيمت مناسب و سهولت در اجرا
- عدم نياز به وجود رطوبت دائمي جهت حفظ رسانايي و داراي قابليت بالا در جذب و حفظ رطوبت
- باعث افزايش خاصيت تبادل يوني بين الکترود و زمين مجاور.
- داراي توانايي كاهش نقطه انجماد خاك.
براساس استاندارد IEC62561-7 مقدار مقاومت پلاريزاسيون مواد اصلاح کننده خاک براي الکترودهاي مسي و گالوانيزه را مطابق جدول (9) تعيين کرده است.
جدول 9. مقدار مقاومت پلاريزاسيون مواد اصلاح کننده خاک (IEC62561-7)
| نوع الکترود زمين | مقدار مقاومت پلاريزاسيون مواد اصلاح کننده خاک (اهم. متر مربع) | |
| در خاک خورنده | در خاک غير خورنده | |
| مسي | بزرگتر از 8 | بزرگتر از 4 |
| گالوانيزه گرم | بزرگتر از 6/7 | بزرگتر از 3 |
انواع مواد کاهنده مقاومت مخصوص خاک
به طور کلي، مواد اصلاح کننده مقاومت مخصوص خاک در انواع و اشکال مختلف مثل پودر[2]، دانهاي[3]، گلولهاي[4]، ژل يا ترکيبات سيمان[5] تهيه و استفاده ميشوند. بسياري از اين مواد داراي پايه کربن، پايه خاکستر و يا ترکيبي از آنها ميباشند. بعضي مواد کاهنده مقاومت مخصوص خاک داراي ترکيبات مس (مثل سولفات مس) بوده که چندان سازگار با محيط زيست نميباشند. بعضي ديگر از مواد کاهنده داراي ترکيبات سيمان هستند که بعد از اجرا شبيه بتن خواهند شد و در برابر شسته شدن بوسيله آبهاي زير زميني مقاوم بوده و داراي عمر بالا و بدون نياز به نگهداري ميباشند.
به طور کلي، موادي که براي کاهش مقاومت مخصوص خاک و يا در ترکيبات آنها استفاده ميشود داراي تنوع زيادي ميباشد که بعضي از اين مواد عبارتند از: سولفات مس، سولفات منيزيم، سولفات کلسيم، سيليکات آلومينيم، کلريد سديم، کلريد منيزيم، کلريد کلسيم، سيمان رسانا، سنگ نمک، کک و غيره.
سولفات منيزيم تاثير منفي کمتري نسبت به ساير نمکها بر محيط اطراف دارد. اضافه شدن انواع نمکها به خاک باعث کاهش دماي يخ زدگي خاک ميشود.
از رايجترين مواد اصلاح کننده شيمايي ميتوان به بنتونيت، بتن رسانا و مارکونيت (سيمان رسانا) اشاره نمود.
بنتونيت ماده طبيعي قهوه‌اي-زيتوني کمرنگ و پايه خاکستر است که به مقدار 5 برابر وزن خود ميتواند آب را جذب کند و پس از آن تا چندين برابر حجم اوليه‌اش فضا اشغال مي‌کند. با اضافه کردن آب مقاومت مخصوص بنتونيت بسيار کاهش مييابد و در اثر يونيزه شدن تبديل به يک الکتروليت قوي در اطراف الکترود ميشود.
مقاومت مخصوص بنتونيت عموماً بين 5/2 تا 5 اهم-متر گزارش شده است و شديداً بستگي به ميزان رطوبت موجود در بنتونيت دارد و با كاهش رطوبت مقدار آن تا 300% افزايش مييابد. اگر اين ماده نتواند رطوبت زمين اطراف را جذب كند دچار کاهش شديد حجم شده و جمع ميشود و از سطح الكترود جدا گشته و در نتيجه مقاومت الکترود به شدت افزايش مييابد.
بتن رسانا در واقع ترکيب سيمان با شن نرم ميباشد که در صورت وجود رطوبت کافي در آن ميتواند داراي مقاومت مخصوص بين 30 تا 90 اهم-متر داشته باشد.
مارکونيت ذاتاً يک نوع خاص بتن رسانا است که در آن ترکيبات کربن‌دار (گرانولهاي کربن يا خاک ذغال) جايگزين ترکيبات طبيعي (ماسه) در مخلوط بتن شده است.
مارکونيت داراي خورندگي كم و مقاومت مخصوص پايين ميباشد. اين ماده کربن‌دار به شکل بلور بوده و توسط مواد محتوي مقدار کمي سولفور و کلريد پوشانده شده است. در مدتي که مارکونيت به شکل ژله‌اي است کمي باعث خوردگي فلزات آهن و مس ميشود ولي هنگامي که به بتن سفت تبديل شود خوردگي آن متوقف ميگردد و به عنوان يک لايه محافظ، از الکترود زمين در مقابل ساير مواد شيميايي خورنده محافظت مي‌کند. وقتي که مارکونيت با بتن مخلوط ميشود مقاومت مخصوص آن به کمتر از 1/0 اهم-متر مي‌رسد. عمر اين ماده بيش از 20 سال اعلام شده است. عملکرد مارکونيت يا سيمان رسانا در زمينهاي سنگي و زمينهايي كه لايه سنگي در نزديكي سطح زمين قرار دارد بسيار مؤثر ميباشد.
در زمينهاي بسيار خورنده بهتر است الکترود زمين به يک آند فدا شونده (منيزيم يا روي) به صورت جوش حرارتي متصل شود تا از خوردگي الکترود زمين جلوگيري شود.
[1] – polarization resistance
[2] – powder
[3] – granule
[4] – pellet
[5] – cementitious mixtures
