تقييم متانة طلاءات راتنج البوليوريا ضد محاليل عدوانية مختارة في بيئة بنية الصرف الصحي

لماذا تهم طلاءات المجاري في حياتنا اليومية

تحت شوارعنا، تنقل أنابيب وخزانات الخرسانة مياه الصرف بهدوء وتنقّيها. إذا فشلت هذه المنشآت، تصبح الإصلاحات مكلفة ومزعجة وقد تُشكل تهديدًا للبيئة. تفحص هذه الدراسة مدى تحمل مادة حماية حديثة — طلاءات راتنج البوليوريا — لمواد كيميائية قاسية توجد عادة في محطات معالجة مياه الصرف. فهم أي المواد الكيميائية تضعف هذه الطلاءات، وبأي سرعة، يساعد المدن على تصميم شبكات صرف أطول عمرًا وأكثر أمانًا.

جلد صلب للهياكل الخرسانية

تعمل طلاءات البوليوريا كجلد مطاطي سلس يُرَش على الخرسانة. تتصلب في غضون ثوانٍ وتُقدَّر لمرونتها، ومانعيتها للماء، ومقاومتها للعديد من المواد الكيميائية. وبما أنها تستطيع ردم الشقوق الدقيقة والالتصاق جيدًا بالخرسانة، يستخدمها المهندسون بشكل متزايد لحماية الخزانات والقنوات ومكونات أخرى في محطات معالجة مياه الصرف. ومع ذلك، في تلك البيئات، يجب على الطلاءات أن تصمد أمام أكثر من الماء والرواسب؛ فهي تتعرض أيضًا لمزيج متغير من الأحماض والمواد العضوية الناتجة عن الصناعة والتحلل المنزلي للنفايات.

المسببات الثلاثة للمشكلات في الصرف

ركز الباحثون على ثلاث مواد كيميائية ذات أهمية خاصة في نظم الصرف: حمض الكبريتيك، الفينول، واليوريا. يتكوّن حمض الكبريتيك عندما تحول البكتيريا غاز كبريتيد الهيدروجين في أنابيب ضعيفة التهوية، ما يخفض الحموضة محليًا إلى درجات قد تؤكل الخرسانة العارية. يأتي الفينول أساسًا من مصادر صناعية وصيدلانية ويُعرف بأنه يهاجم العديد من مواد البناء حتى عند تركيزات منخفضة. اليويا، مكون رئيسي في البول، تتحلل إلى أمونيا وثاني أكسيد الكربون وقد رُبطت أيضًا بتدهور المواد. ورغم أن التركيزات النموذجية في المنشآت الفعلية عادةً ما تكون منخفضة، استخدم الفريق عمدًا مستويات أعلى كـ"اختبار مُعجّل" لمحاكاة سنوات عديدة من التعرض خلال أسابيع قليلة.

كيف اختبروا الطلاءات

تم رش ثلاث طلاءات بوليوريا متاحة تجاريًا ذات سماكات وقوى بداية مختلفة على لوحات اختبار وُتركت لتتصلب تحت ظروف محكومة. بعد ذلك غُمرت العينات تمامًا لمدة 7 أو 28 يومًا في إحدى خمس محاليل: 1% أو 10% حمض كبريتيك، 0.1% أو 1% فينول، أو 3% يوريا. بعد النقع، فحص الفريق العينات بالعين المجردة للتحقق من الشقوق والتقشر وتغير اللون؛ وزنّوها لمعرفة مقدار السائل الذي امتصته؛ قاسوا صلابة السطح بأداة قياس انطباع قياسية؛ وسحبوا شرائط من الطلاء حتى وصلت إلى أقصى قوة شد لها ليروا مدى تغير قوتها وقابليتها للتمدد.

ما الذي صمد، وما الذي تضرر

للوهلة الأولى، بدت جميع الطلاءات متماسكة بشكل مفاجئ. باستثناء اصفرار طفيف في منتج واحد بعد التعرض لحمض قوي وفقدان اللمعان في آخر بعد الفينول، لم تُلاحظ تشققات أو تقشر واضحة. لكن القصة الخفية ظهرت في القياسات. تبين أن حمض الكبريتيك، حتى بتركيز 10%، كان الألطف من بين الثلاثة: تسبب فقط في تغييرات طفيفة في الوزن، وفقدان صلابة يصل إلى نحو 10%، وانخفاض في قوة الشد بنسبة 10–30%. كان لليوريا تأثير تليين أقوى، خصوصًا بعد نقع أطول. امتصت الطلاءات في محلول 3% يوريا مزيدًا من الرطوبة وقد تفقد ما يصل إلى نحو 13% من صلابتها، مما يجعلها أكثر عرضة للخدش والتآكل، مع بقاء انخفاض قوة الشد في نطاق 10–30%.

الفينول: قاتل الطلاء الصامت

كان الفينول في مستوى مختلف. حتى عند 0.1% فقط، تسبب في تَورّم معتدل وضعف ملحوظ في الطلاءات، مع تخفيضات في قوة الشد بلغت 40–60%. عند 1%، تحول الفينول من "مؤذي" إلى مُدمر فعليًا: امتصت الطلاءات ما يصل إلى 30% زيادة في الكتلة، وانخفضت صلابتها لما يصل إلى نحو ربع قيمتها، وهبطت قوة الشد بنسبة تصل إلى 80%. كما تراجعت قدرة الطلاءات على التمدد بأمان قبل الوصول إلى أقصى قوة لها بشكل حاد. وأكدت نتيجة ضرر مركبة، تحسب متوسط التغيرات في الكتلة والصلابة والقوة والتمدد، أن الفينول هو الكيميائي الأكثر عدوانية بفارق كبير، واليويا في مستوى متوسط، وحمض الكبريتيك هو الأقل ضررًا.

ماذا يعني هذا لأنظمة الصرف

للغير متخصصين، الخلاصة واضحة: طلاءات البوليوريا خيار واعد ودائم لحماية الخرسانة في معظم بيئات الصرف، خاصة حيث يكون حمض الكبريتيك هو الخطر الرئيسي. فهي تصمد حتى أمام الأحماض القوية مع فقدان معتدل في الأداء. في الأنظمة التي تكون فيها مستويات اليويا ملحوظة، يجب على المهندسين توقع بعض التليين وخطر تآكل السطوح بالحبيبات. ومع ذلك، في المناطق التي قد تحتوي حتى على كميات متواضعة من الفينول، قد تتدهور هذه الطلاءات بسرعة وقد لا توفر حماية طويلة الأمد موثوقة. في مثل هذه الحالات، ستكون هناك حاجة إما إلى تركيبات طلاء أكثر متانة أو إلى مواد مختلفة كليًا للحفاظ على العمود الفقري المخفي لبنى صرفنا الصحي سليماً.

الاستشهاد: Francke, B., Michalak, H., Kula, D. et al. Assessment of the durability of polyurea resin coatings against selected aggressive solutions in the sewage infrastructure environment. Sci Rep 16, 6806 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37921-0

الكلمات المفتاحية: طلاءات البوليوريا, بنية تحتية لمياه الصرف, حماية الخرسانة, تآكل كيميائي, محطات معالجة مياه الصرف