روش‌هاي اجرا با انواع الكترودها
پيش از اين گفته شد كه مقاومت ويژه‌ي خاك‌هاي اطراف و نزديك الكترود نقش مهمي در تعيين مقاومت چاه بازي مي‌كند از طرف ديگر ديديم كه خاك‌هاي دستي و نامتراكم مي‌تواند موجب افزايش شديد مقاومت چاه شود. پس به اين نتيجه مي‌رسيم كه بايد زير، بالا و دور تا دور الكترود را با ماده‌اي مانند بنتونيت كه هر دو خاصيت مقاومت ذاتي كم و فشردگي را داراست، پُر كنيم؛ به نحوي كه اين ماده تمام فضاي موجود ميان الكترود با ديواره و كف چاه را پُر كند و در مورد الكترود صفحه‌اي، روي الكترود را نيز بپوشاند. متأسفانه ديده مي‌شود كه برخي مجريان به اين نكات مهم بي‌توجهي نموده و وجود يك لايه‌ي بنتونيت در اطراف الكترود را كافي مي‌دانند و پس از آن كه اين لايه را با روش‌هاي مختلفي دور الكترود ايجاد نمودند، فاصله‌ي باقي مانده تا ديواره‌ي چاه را با خاك معمولي يا خاك كشاورزي يا از اين قبيل، پُر مي‌كنند و به اين ترتيب با ايجاد يك لايه‌ي واسطه‌ي نه چندان مرغوب بين لايه‌ي بنتونيت و ديواره‌ي چاه بخش قابل توجهي از نتيجه را از دست مي‌دهند. شايسته است هنگام اجراي چاه، سطح الكترود ارت را از نظر عاري بودن از آلودگي‌هايي از قبيل لكه‌هاي رنگ يا چربي و يا لايه‌هاي اكسيدشده، سولفاته شده و غيره بررسي نماييم. اين مواد سطح الكترود را عايق كرده و از تماس مؤثر آن با خاك جلوگيري مي‌نمايند و مي‌توانند تأثير نامطلوبي بر ميزان مقاومت چاه ارت بگذارند. لازم به ذكر است كه به ازاي هر ليتر از فضايي كه بايد پُر شود، به حدود يك كيلوگرم بنتونيت نيازمنديم و مقدار آب لازم نيز تقريباً 3 ليتر در ازاي هر كيلوگرم بنتونيت است.
در اين جا به شرح جزئيات اجراي صحيح چاه با استفاده از انواع الكترودها پرداخته مي‌شود:
الف) كوبيدن الكترود ميله‌اي نوع اول در سطح خاك
معمولاً خاك سطح زمين در فصول گرم سال، خشك و در زمستان يخ زده است. از اين رو، تأثير مثبتي در كاهش مقاومت چاه ندارد. همچنين، به منظور حفظ خود الكترود و نقطه‌ي اتصال سيم به آن بايد انتهاي ميله در عمق مناسبي پايين‌تر از سطح خاك قرار گيرد. بنابراين، پيش از كوبيدن الكترود مي‌بايد گودالي كه عمق آن بستگي به شرايط اقليمي محل دارد (معمولاً حدود يك متر) ايجاد كرد و سپس الكترود را در كف گودال مزبور كوبيد. با اين كار، عمق نفوذ الكترود هم بيش‌تر مي‌شود. در صورت نياز، در همين گودال مي‌توان چاهك بازرسي را نيز احداث نمود. همچنين، در زمين‌هاي سخت مي‌توان پس از كندن گودال، آن را پُر از آب كرد و روز بعد اقدام به كوبيدن الكترود كرد. اين كار موجب نفوذ رطوبت به درون خاك و نرم‌تر شدن آن و در نتيجه كوبيدن راحت‌تر الكترود مي‌شود.
ب) كوبيدن الكترود ميله‌اي نوع اول در كف چاه
در اين روش، چاهي با عمق مناسب حفر نموده و الكترود را در كف آن مي‌كوبيم. به طوري که بخشي از طول الکترود بالاتر از کف چاه بماند. اكنون سيم را با استفاده از جوش كدولد به الكترود متصل نموده و سپس مطابق شكل مقداري آب در چاه ريخته و بنتونيت را به تدريج اضافه مي‌كنيم. دانه‌هاي بنتونيت بايد درون آب غرق شوند. ريختن آب و افزودن بنتونيت آن قدر ادامه مي‌يابد كه الكترود كاملاً با دوغاب بنتونيت پوشيده شود. مابقي چاه با خاك سرندشده پُر مي‌شود. در اين روش با عميق‌تر كردن چاه مي‌توان الكترود را تا عمق دلخواه در زمين فرو كرد.
ج) اجراي الكترود ميله‌اي نوع دوم در چاه
همان گونه كه گفته شد، اين نوع الكترود را نمي‌توان كوبيد، بلكه آن را در يك چاه كنده شده با دستگاه حفاري قرار مي‌دهند و اطراف آن را با الكتروليتي مناسب مانند بنتونيت پُر مي‌كنند. اين چاه‌ها داراي قطر بسيار كمي مثلاً حدود 10 تا 15 سانتي‌متر هستند و براي پر كردن آن‌ها بايد از بنتونيت ريزدانه استفاده شود. زيرا دانه‌هاي درشت به ويژه به علت قطر كم چاه، مشكلاتي ايجاد مي‌كنند. الكترود را در چاه طوري آويزان مي‌كنيم كه نوك آن چند سانتي‌متر بالاتر از كف قرار گيرد. اكنون مقداري آب در چاه ريخته و بنتونيت ريزدانه را به تدريج مي‌افزاييم. ريختن آب و بنتونيت به طور هم زمان يا به تناوب، آن قدر ادامه مي‌يابد تا ارتفاع آن به حد كافي برسد.
در حقيقت بايد از كف تا جايي كه خاك آن نمناك است و يا بهتر از آن، تا نزديكي سطح زمين با بنتونيت پُر شود.
در صورتي كه بنتونيت موجود، پودري و نرم باشد، نبايد آن را روي سطح آب داخل چاه ريخت و لازم است يك بشكه يا سطل مناسب تهيه كرد و آب و پودر موجود را در آن مخلوط نمود تا به صورت دوغابي يكنواخت در آيد. سپس الكترود را مانند قبل آويزان نموده و چاه را تا ارتفاع لازم با دوغاب آماده شده پُر مي‌كنيم.
توجه شود كه مقدار آب موجود در دوغاب بايد طوري تنظيم شود كه دوغاب ساخته شده به اندازه‌ي كافي نرم و روان باشد و زوايا و گوشه‌هاي چاه را به خوبي پُر كند؛ ولي شُل بودن زياده از حدِ آن نيز باعث مي‌شود كه حجم دوغاب افزايش يابد، و چون رطوبت بيش از حد چنين دوغابي ماندگار نيست، پس از زماني كوتاه و با از دست رفتن رطوبت اضافه، شاهد كاهش يافتن حجم الكتروليت و در نتيجه ترك خوردن توده‌ي بنتونيت و سرانجام افزايش مقاومت چاه خواهيم بود. اين موضوع كلي‌ست و بايد در تمامي روش‌هاي مختلف اجراي چاه ارت مورد توجه قرار گيرد.
د) اجراي الكترود صفحه‌اي به طور عمودي
براي اين كار، نخست 150 ليتر آب در كف چاه ريخته و بعد حدود 50 كيلوگرم بنتونيت، به تدريج روي سطح آب مي‌ريزيم. اين كار طوري انجام مي‌گيرد كه در پايان، آب تنها و يا بنتونيت خشك و بي آب روي سطح باقي نماند. سپس حدود 10 دقيقه صبر مي‌كنيم تا بنتونيت خود را بگيرد. در اين فرصت مي‌توانيم صفحه‌ي مسي را به سيم ارت متصل كنيم. اكنون صفحه‌ي مسي را به كمك سيم متصل به آن به درون چاه مي‌فرستيم تا در وسط چاه به طور عمودي روي لايه‌ي بنتونيت بايستد. مهم است كه لايه‌ي بنتونيت در فرصت داده شده آن قدر سفت شده باشد كه صفحه‌ي مسي در آن فرو نرود. به هر حال، اگر به علت شُل بودن مخلوط ريخته شده و علي رغم صبر كافي، هنوز هم صفحه در لايه اجرا شده فرو مي‌رود، مي‌بايد مقدار كمي صبر كرد تا بنتونيت خشك جديد با جذب مقداري از رطوبت، سطح كار را سفت كند. پس از قرار گرفتن صفحه، آب و بنتونيت به طور هم‌زمان يا به تناوب درون چاه ريخته مي‌شوند، به طوري كه دانه‌هاي بنتونيت درون آب غرق شوند. اين كار آن قدر ادامه مي‌يابد تا سطح بنتونيت حداقل به 5 سانتي‌متري بالاي صفحه برسد. در اين مرحله بايد حداقل يك ساعت و بهتر از آن چند ساعت صبر كنيم تا دوغاب بنتونيت كاملاً خود را بگيرد. سپس مي‌توانيم بقيه‌ي چاه را با خاك سرندشده و نرم پُر كنيم. مهم است كه پيش از آغاز ريختن خاك، سطح لايه‌ي بنتونيت آن قدر سفت شده باشد كه خاك ريخته شده از بالاي چاه درون بنتونيت فرو نرود. براي اين كار توصيه مي‌شود پس از آن كه آب موجود در چاه كاملاً جذب شد، مقداري بنتونيت خشك در حد يك لايه‌ي نازك (حدود 2 تا 3 سانتي‌متر) روي لايه‌ي قبلي بريزيم تا پس از گذشت زمان كافي، سطح كار كاملاً قوام يابد. همچنين توصيه مي‌شود همراه خاك پُركننده، مقداري آب نيز به منظور نشست دادن و متراكم كردن آن اضافه شود.
در صورتي كه بنتونيت موجود پودري و نرم باشد، به همان شكلي كه قبلاً توضيح داده شد، در بيرون چاه آن را به صورت دوغاب يكنواختي در آورده و تا ارتفاع لازم در چاه مي‌ريزيم.
معمولاً براي چاهي به قطر حدود 80 سانتي‌متر و صفحه‌اي به ارتفاع 50 سانتي‌متر، حدود 300 تا 350 كيلوگرم بنتونيت و 3 برابر آن آب لازم است.
ه) اجراي الكترود صفحه‌اي به طور افقي
براي اين كار، نخست 450 ليتر آب در كف چاه ريخته و سپس حدود 150 كيلوگرم بنتونيت، به تدريج روي سطح آب مي‌ريزيم. اين كار طوري انجام مي‌گيرد كه در پايان، آب تنها و يا بنتونيت خشك و بي آب روي سطح باقي نماند. سعي شود سطح توده‌ي بنتونيت مسطح باشد. در غير اين صورت، بايد كسي داخل چاه شده و آن را تسطيح كند. سپس حدود 10 دقيقه صبر مي‌كنيم تا بنتونيت خود را بگيرد. در اين فرصت مي‌توانيم صفحه‌ي مسي را به سيم ارت متصل كنيم. مهم است كه لايه‌ي بنتونيت در فرصت داده شده آن قدر سفت شده باشد كه صفحه‌ي مسي در آن فرو نرود. اكنون حدود 10 ليتر آب و مقدار كمي بنتونيت (حدود 2 كيلوگرم) را در ظرفي مخلوط كرده و به صورت دوغابي يكنواخت و روان در مي‌آوريم و درون چاه مي‌ريزيم و بعد صفحه‌ي مسي را به كمك سيم ارت به درون چاه فرستاده و به طور افقي روي سطح دوغاب بنتونيت مي‌نشانيم. ريختن دوغاب شُل و روان به اين دليل است كه الكتروليت به طور كامل با تمام سطح زيرين صفحه تماس پيدا كند و فضاي خالي باقي نماند. اشكالي ندارد كه صفحه در اين دوغاب سطحي فرو رود. مجدداً 450 ليتر آب درون چاه ريخته و به تدريج حدود 150 كيلوگرم بنتونيت اضافه مي‌شود (به طور كلي ريختن آب و بنتونيت به طور هم‌زمان، يا به تناوب تفاوت ندارد). در اين مرحله مي‌بايد حداقل يك ساعت و بهتر از آن چند ساعت صبر كنيم تا بنتونيت كاملاً خود را بگيرد. در صورتي كه بنتونيت موجود پودري و نرم باشد، به همان شكلي كه قبلاً توضيح داده شد، بيرون چاه آن را به صورت دوغابي يكنواخت در آورده و تا ارتفاع لازم در چاه مي‌ريزيم.
در پايان كار بقيه‌ي چاه را به همان نحو و با در نظر گرفتن همان ملاحظاتي كه در مورد الكترود عمودي توضيح داده شد، پُر مي‌كنيم. بنتونيت لازم به قطر چاه بستگي دارد و مانند اجراي صفحه‌ي عمودي براي چاهي به قطر 80 سانتي‌متر و صفحه‌اي به ارتفاع 50 سانتي‌متر، حدود 300 تا 350 كيلوگرم بنتونيت و 3 برابر آن آب لازم است.
اتصال هادي به الكترود ارت
محل اتصال سيم يا تسمه به الكترود ارت يكي از آسيب‌پذيرترين قسمت‌هاي چاه و نخستين قرباني خوردگي است و در عين حال يكي از اجزاي مهم چاه ارت است؛ به طوري كه بسياري از چاه‌ها كارآيي خود را فقط به دليل پوسيده و جدا شدن تدريجي اين اتصال از دست داده‌اند.
گرچه با استفاده از الكتروليت‌هاي ناخورنده مانند بنتونيت، عمر اتصال افزايش مي‌يابد، براي تضمين عمر طولاني چاه لازم است اين اتصال نيز مورد توجه قرار گيرد. روش‌هاي به كار رفته براي اجراي آن عبارت‌اند از:
ـ جوش انفجاري
ـ كابلشو
ـ انواع كلمپ Clamp (بست)
عمر اتصالاتي كه با كلمپ و يا كابلشو اجرا مي‌شوند، نسبتاً كوتاه است. زيرا رطوبت موجود در خاك كه داراي املاح زيادي‌ست، به فواصل ذره‌بيني موجود بين الكترود و كلمپ يا كابلشو نفوذ كرده و باعث ايجاد خوردگي و نيز ايجاد تركيبات عايق در سطح تماس بين الكترود و كلمپ مي‌شود. بنابراين، اين نوع اتصالات براي استفاده در زير خاك توصيه نمي‌شود. ولي در صورت استفاده از جوش انفجاري با چنين مشكلي مواجه نخواهيم شد. در اين نوع اتصال، طي يك فرآيند خاص ذرات مس در يك قالب مخصوص به صورت مذاب درآمده و بر روي محل تماس قطعات مورد جوش‌كاري ريخته مي‌شود. با اين كار لايه‌ي سطحي قطعات مذكور ذوب شده و با مس مذاب ريخته شده، توده‌اي يكپارچه را تشكيل مي‌دهد.
ويژگي‌هاي جوش انفجاري يا Cad Weld
جوش انفجاري يا كدولد نوع خاصي از جوش‌كاري‌ست كه براي ايجاد اتصال الكتريكي بين چند قطعه‌ي مسي يا بين قطعات مس و يك فلز ديگر مانند فولاد گالوانيزه يا فولاد معمولي طراحي شده و به كار مي‌رود.
اين نوع جوش‌كاري داراي ويژگي‌هاي زير است:
ـ يكپارچه شدن قطعات مورد اتصال (كه باعث مي‌شود در محل اتصال فاصله‌اي براي نفوذ رطوبت باقي نماند).
ـ ضخامت زياد جوش.
ـ سطح تماس زياد.
ـ عدم تغيير قابل توجه بر خواص متالوژيك قطعات مورد اتصال.
ـ سرعت و سهولت در انجام عمليات جوش‌كاري.
ـ بي‌نيازي از برق و ابزارهايي مانند پرس هيدروليك و دريل.
يكپارچه شدن قطعات مورد اتصال و ضخامت زياد جوش موجب استحكام مكانيكي قابل توجه، عدم ايجاد مقاومت الكتريكي در محل تماس و نفوذناپذيري نسبت به رطوبت مي‌شود كه اين خود پايداري بلندمدت در مقابل خوردگي را تضمين مي‌كند. همچنين، در اين جوش به دليل ايجاد سطح تماس زياد و كيفيت خوب آن، انتقال مطلوب جريان‌هاي اتصال كوتاه به آساني امكان‌پذير مي‌گردد. ضمن اين كه اين جوش اثر منفي قابل توجهي روي خواص متالوژيك قطعات مورد اتصال ندارد. نكته‌ي ديگر اين كه اجراي ارت اغلب در مراحل ابتدايي احداث ساختمان‌ها يا عرصه‌هاي صنعتي انجام مي‌شود و معمولاً در اين مراحل دسترسي به برق مشكل است. بنابراين، از اين نظر نيز جوش انفجاري برتري دارد.
به كمك اين نوع جوش مي‌توان اتصالات متنوعي پديد آورد و قطعات مسي مانند سيم، تسمه، ميله و صفحه‌ي مسي را به يكديگر جوش داد. حتي مي‌توان قطعات مس و فولاد ساده يا گالوانيزه را نيز به يكديگر متصل كرد. براي مثال، براي اجراي هم‌بندي شبكه‌ي آرماتور و سامانه‌ي ارت مي‌توان آرماتور را با استفاده از جوش انفجاري به سيم مسي متصل كرد. البته شايان توجه است كه انجام هر نوع عمليات بر روي شبكه‌ي آرماتور ساختمان مي‌بايد با اطلاع و اجازه‌ي مهندسان ناظر و طراح سازه انجام پذيرد.
در مجموع، ويژگي‌هاي اين نوع جوش براي سيستم‌هاي ارتينگ بسيار عالي‌ست. اين روش يكي از بهترين راه‌هاي اتصال سيم به الكترود ارت است.
اضافه مي‌شود كه به اين نوع جوش نام‌هاي ديگري از قبيل جوش احتراقي، exothermic و thermit نيز اطلاق مي‌شود.
روش اجراي جوش انفجاري
اجراي اين جوش بسيار آسان و سريع بوده و نياز به برق و يا ابزار خاصي ندارد. ابزارهاي مورد نياز فقط شامل يك قالب سبك و كوچك گرافيتي و فندك مناسبي براي روشن كردن فتيله مي‌شود.
قالب‌هاي كدولد داراي شكل‌هاي مختلف و متنوعي هستند و شكل آن‌ها به نوع قطعاتي كه بايد جوش‌كاري شوند، بستگي دارد. همچنين مقدار پودر جوش نيز بستگي به نوع اتصال و ابعاد قطعات مورد جوش‌كاري دارد. براي انتخاب شكل قالب و مقدار پودر جوش و اندازه‌ي پولك، بايد به كاتالوگ‌هاي سازندگان مراجعه كرد.
آموختن و كسب مهارت‌هاي لازم براي اجراي اين نوع جوش‌كاري مستلزم قدري تمرين در حضور و تحت نظر فرد خبره، با رعايت نكات ايمني مربوطه مي‌باشد. با اين حال، به منظور آشنايي كلي خواننده با روش انجام كار، در اين بخش به شرح مختصر مراحل آن مي‌پردازيم:
پس از انتخاب قالب و پودر جوش مناسب، قطعات مورد جوش‌كاري را در قالب قرار داده و سپس يك پولك مناسب داخل قالب در ته محفظه‌ي پودر مي‌گذاريم. اكنون به اندازه‌ي كافي پودر جوش‌كاري در محفظه ريخته و فتيله را روي پودر قرار مي‌دهيم. حال بايد فتيله را به كمك فندك روشن كرد. پس از چند لحظه شعله‌ي فتيله به توده‌ي پودر جوش مي‌رسد و آن را به طور ناگهاني شعله‌ور مي‌كند و عمل جوش‌كاري انجام مي‌گيرد.
تصاوير 11 تا 19 يك قالب كدولد آماده‌ي جوش‌كاري و چند اتصال نمونه را نشان مي‌دهند.
منابع
1- مبحث سيزدهم مقررات ملي ساختمان، 1382.
2- جدول‌هاي مهندسي برق و سترمان (نادر گلستاني دارياني، چاپ اول: 1372، نشر دانش امروز)
3- تجربيات و تحقيقات نگارنده.
4- استاندارد BS 7430:1998.
5- مقاله‌ي «انتخاب بهينه‌ي مصالح چاه ارت» ماهنامه‌ي «دانش‌نما» (شماره‌ي 141-139، سال 1385، عليرضا پورهمايون، ايرج اميني باغبادراني).
ماهنامه‌ي دانش نما، شماره 171-170، تير ـ مرداد 88
