از بررسی منابع موجود در مورد ارت، در سال‌های قبل و دهه‌های 50 و 60، استفاده از زغال و نمک رایج بوده و حتی استاندارد سیستم های اتصال زمین شبکه های توزیع در سال 74 هم ذغال و نمک را توصیه کرده و هیچ گاه رد نکرده‌اند.
اما با مرور استانداردهای خارجی مثل استانداردهای انگلیسی و آمریکایی نه تنها توصیه‌ای بر استفاده از زغال و نمک پیدا نیست بلکه به طور صریح و قاطع به عدم استفاده از زغال تاکید دارد که در ادامه به آن استانداردها اشاره خواهد شد.
و اما زغال..
اگر زغال را همان زغال چوب یا (Charcoal) بگیریم با مراجعه به دائره المعارف Wikipedia می‌توان این اطلاعات را درباره آن خلاصه نمود:
زغال ماده جامد سیاه رنگی است که شامل کربن ناخالص است و بر اثر سوزاندن چوب درختان و یا استخوان جانوران و یا شکر به وجود می آید. (سوزاندن در عدم مجاورت اکسیژن)
این ماده نرم، ترد و متخلخل است و فقط از لحاظ ظاهری کمی شبیه به زغال سنگ (Coal) است.
(Charcoal) به عنوان سوخت استفاده می شد و می شود و حتی پیش از انقلاب صنعتی ذغال چوب در کوره‌ها جهت ذوب فلزات هم استفاده می شد تا اینکه پس از انقلاب صنعتی ذغال سنگ (Coal) جانشین آن شد.
متخلخل بودن (Porosity) زغال چوب توان جذب گازها و مایعات را به او داده طوری که به عنوان بوگیر در تصفیه آب و یا درون یخچال‌ها استفاده می‌شود.
خاصیت جذب رطوبت یا (Hygroscopity) زغال چوب خیلی بالا نیست و در شرایط خاص حداکثر 15 درصد وزن خود می‌تواند رطوبت جذب کند.
زغالی که از استخوان و بقایای جانوران به وجود می‌آید با زغال چوب فرق دارد و فقط 10 درصد کربن دارد و در عوض سرشار از کلسیم و فسفات منیزیم است که معمولا در صنایع ژله و آدامس سازی استفاده می‌شود.
زغال کک (Coke) که یک ماده خاکستری رنگ و سخت و متخلخل است از قطران زغال سنگ (Coal) در کوره‌ها به وجود می‌آید و از زمین تا زیر زمین از همه لحاظ با زغال چوب فرق دارد.
کاربرد اصلی کک در فرآیند ذوب آهن به عنوان یک ماده احیاکننده و یا استفاده به عنوان سوخت است. یک ویزگی کک این است که با حداقل دود و یا بدون دود می‌سوزد که این هم یک وجه تمایز زغال چوب با زغال کک است.
یک نوع کک به نام کک نفتی یا (Petroleum Coke) هم وجود دارد که این ماده از تجزیه مواد نفتی استحصال می‌شود و علاوه بر استفاده به عنوان سوخت در ساخت باتری‌های خشک و الکترودهای صنایع ذوب استفاده می‌شود.
یک نوع از کک نفتی به نام کک کلسینه (CPC) Calcined Petroleum Coke هم به درد ما کاتدیک و ارتی‌ها می‌خورد و آن فرآورده واحدهای کک‌ سازی در پالایشگاه‌های نفت است. درصد کربن کلسینه فوق‌العاده بالا ونزدیک به 100 درصد است.
و اما نمک ..
احتیاج به معرفی ندارد و همان نمک طعام یا NaCl است که به صورت کریستالی و سنگ نمک در چاه‌های ارت استفاده می‌شد.
و اما بنتونیت..
بنتونیت یک ماده معدنی از خانواده سیلیکات‌ها به عبارت دقیق تر سیلیکات آلومینیم (Aluminium Phyllosilicate) است که از قبل در صنعت به عنوان گل حفاری (Drills Mud) در حفاری چاه‌های نفت استفاده می‌شد و علت استفاده از آن هم به علت خاصیت جذب رطوبت بسیار بالای آن است.
بنتونیت معمولاً وقتی سنگ‌هاو مذاب آتشفشانی یا همان Volcanic Ash به مرور در مجاورت هوا و رطوبت قرار گیرند به وجود می‌آید.
چند نوع بنتونیت در کاربردهای صنعتی آن وجود دارد که عمده آن ها سدیم بنتونیت ،کلسیم بنتونیت و پتاسیم بنتونیت است.
چرا ذغال نه؟؟
– دلایل نفی استفاده از ذغال کک به عنوان مواد اطراف میله ارت
استاندارد BS 7430-code of practice for EARTHING صفحه 12 بخش 7.5:
The use of coke breeze as an infill is not recommended as it may result in rapid corrosion not only of the electrode itself but also of cable sheaths
منظور از Infill در عبارت فوق همان مواد اطراف میله ارت جهت کاهش مقاومت آن می‌باشد که در کاتدیک Backfill گفته می‌شود و ترجمه آن را بعضی پشت بند گفته‌اند.
همانطور که در استاندارد مزبور صریحاً اشاره شده کک که کربن خالص است در مجاورت تمامی فلزات تشکیل پیل خوردگی خواهد داد که اتفاقاً کک کاتد شده و سایر فلزات آند خواهند شد این امر به خوبی در جدول گالوانیک یا جدول emf که در تمامی کتاب‌های خوردگی و کاتدیک از جمله کتاب مرجع Peabody و استانداردهای ASTM آورده شده است به خوبی قابل درک است چرا که طبق این جداول که نمونه آن در زیر آورده شد فلزات بالای جدول الکترونگاتیو هستند و اگر با فلزات پایین‌تر، پیل تشکیل دهند فلزات بالا آند و فلز پایینی کاتد خواهد شد بنابر این طبق جدول زیر اگر اطراف میله ارت فولادی ،و یا مسی کک بریزیم تشکیل پیلی خواهد داد که میله ارت خورده شده و آند میشود و کک باعث خوردگی میله شده یا کاتد خواهد شد.
– دلایل نفی استفاده از زغال چوب به عنوان مواد اطراف میله ارت
می‌توان این دلایل را به صورت زیر خلاصه نمود:
• جایگزین خوبی از همه جهات از جمله فنی و اقتصادی به نام بنتونیت برای آن پیدا شده این خود دلیل کنارگداشتن آن می‌تواند باشد.
• درصد جذب رطوبت آن همانطور که بیان شد حداکثر 20 درصد است در حالیکه درصد جذب رطوبت بنتونیت همان طور که بیان خواهد شد به 500 درصد هم خواهد رسید.
• به خوبی با خاک رس و خاک های باغچه که جزو بهتری مواد اطراف صفحه‌های ارت هستند ترکیب و همگن نمی‌شود لذا فاصله هوایی بین لایه‌های زغال ایجاد می‌شود که باعث بالا رفتن مقاومت ارت خواهد شد و اگر از خاک زغال هم به جای دانه زغال استفاده شود خاصیت جذب رطوبت آن بسیار کاهش می‌یابد
• مقاومت ویژه آن با اینکه حاوی کربن است کمتر از بنتونیت است
• حمل و بسته بندی و ریختن آن داخل چاه ارت توام با کثیفی محیط و نفرات خواهد بود.
• وزن حجمی دانه ای آن حداکثر 300 کیلوگرم بر متر مکعب است یعنی بسیار سبک تر از کک یا بنتونیت لذا در صورت استفاده در چاه به مرور خورد شده و سنگین میشود که این باعث میشود به مرور چاه نشست کرده و مشکلاتی را برای صفحه و سیم و حوضچه ارت به وجود آورد.

– دلایل نفی نمک به عنوان مواد اطراف میله ارت
موضوع رسانایی جریان الکتریکی فلزات مثل مس،آلومینیم، آهن و غیره و نیز عدم رسانایی موادی مثل پلاستیک ،چرم ،چوب و غیره بسیار مشخص است اما در خصوص زمین بسیار سخن‌ها وجود دارد این زمین از نظر الکتریکی در شرایطی از هادی‌ترین هادی‌ها هم هادی‌تر و بر عکس در شرایطی از پلاستیک هم عایق‌تر است. نکته جالب اینکه تمامی فلزات (عناصر نه آلیاژها) مثل مس، آلومینیم و آهن و..یا به صورت خالص مثل طلا و نقره و… یا اینکه به صورت ناخالص مثل آهن و مس و..از زمین گرفته شده‌اند و موطن اصلی آنها زمین می‌باشد.
در حفاظت کاتدیک و در انتقال و توزیع برق از زمین برای عبورجریان استفاده می‌کنند، آیا زمین با توجه به توضیحات بالا می‌تواند به عنوان هادی جریان برق عمل کند؟ البته جواب مثبت است ولی مهم این است که چگونه؟؟
قبل از هر بحثی باید ببینیم پوسته‌ی زمین (خاک) شامل چه عناصری می‌باشد و میزان این عناصر چقدر است؟
به آنالیزی از پوسته‌ی زمین که به طور میانگین مقادیر تشکیل دهنده‌ی خاک را نشان میدهد دقت می‌نماییم:
اکسیژن 46%- سیلسیم 27%- آلومینیم 8%- آهن 5% -کلسیم 4%- سدیم 3%پتاسیم 2.6%- منیزیم 2%
و 1% بقیه عناصری مثل تیتانیم ،فسفر،هیدروژن،منگنز،فلور،کلر گوگرد، کربن، نیکل، مس بریلیم کبالت و…
همانگونه که مشاهده می‌شود هشت عنصر اول به صورت ترکیبات مختلف 98.79% از ترکیبات زمین را تشکیل میدهند.
آنچه در مورد پوسته زمین باید مورد توجه قرار گیرد این است که مواد تشکیل دهنده ضمن اینکه مختلف میباشند یک پارچه هم نیستند تا اینکه مثل یک هادی فلزی عمل نمایند بنابراین در مورد زمین مثل یک هادی فلزی نمیتوانیم انتظارداشته باشیم پس مطالعه ما باید به طریق دیگری باشد.
مطالعه در این مورد را به این صورت آغاز می‌نماییم که فرض می‌کنیم پوسته زمین از نمک طعام (NaCl) که به صورت پودر و یا ذرات درشت‌تر است تشکیل شده باشد، این نمونه آزمایشی را به این علت انتخاب می‌کنیم که در اذهان نمک به عنوان هادی جریان می‌باشد و برای اینکه نتیجه‌ای بگیریم مقداری نمک، از نمک پاش روی صفحه‌ی کاغذی بریزید، ذرات نمک را حتی‌الامکان به هم نزدیک کنید، حال با یک اهم متر که پراب های آن را با نمک تماس می‌دهید هدایت نمک را بررسی نمایید و ببینید آیا نمک هادی است و یا اینکه مثل یک عایق عمل می‌نماید؟ البته به این نتیجه می‌رسید که هدایت جریانی انجام نمی‌شود و اکنون چند قطره آب روی نمونه‌ی آزمایشی بریزید (در حدی که نمک به صورت خمیر درآید) و سپس عمل اندازه‌گیری را تکرار کنید، آیا نتیجه با حالت اول یکی است ؟طبیعتا نه، و نمک هادی خواهد شد،
اولین نتیجه‌‎ای که از آزمایش فوق می‌گیریم این است که اگر پوسته‌ی زمین از نمک تشکیل شده باشد تا زمانی که خشک است نمی‌تواند به عنوان هادی برق مورد توجه قرار گیرد.
هنگامی به نمک طعام آب اضافه می‌شود، نمک طعام تجزیه می‌شود و یا به عبارتی اتم سدیم Na از اتم کلر Cl جدا می‌شود و به صورت یون در می‌آید.
NaCl=Na++Cl
ضمناً در آب نیز مقداری یون OH- و H+ وجود دارد.
و اما نقش آب: اصولاً آب الکترولیت بسیار ضعیفی می‌باشد و مقدار یون‌های H+ و OH- در آن کم است و به طور کلی وقتی عمل جابجایی یونهای ماده حل شده مشکل باشد یون‌های H+ و OH- نقش فعال را بازی خواهند کرد.
آب خالص در 25 درجه سانتی‌گراد تقریبا (7-10*2) % به یون تبدیل می‌شود یعنی تقریباً عایق الکتریکی
نتیجه اینکه اولاً نمک بدون آب هیچ‌گونه خاصیت کاهش مقاومت صفحه یا میله ارت ندارد و البته آب هم اگز با نمک همراه باشد میتواند خاصیت هدایت قابل قبولی داشته باشد.
مشکل عمده نمک جهت استفاده به عنوان مواد اطراف میله و صفحه ارت این است که بر اثر ترکیب با آب تجزیه شده و به یون‌های کلر و سدیم تبدیل می‌شود که یون کلر عامل تشدید کننده خوردگی فلزات است و در تمامی استانداردها از جمله استاندارد خاک و خوردگی توانیر، استاندارد IPS-E-TP-820 نفت و نیز استاندارد آب و خاک آلمان وجود بیش از 100 میلی‌گرم یون کلر به ازای یک کیلوگرم خاک خورندگی خاک را تشدید کرده و این موجب از بین رفتن میله یا صفحه ارت از هر جنس فلز خواهد شد.
مشکل دیگر استفاده از نمک این است که اگر چاه ارتی که درون آن نمک ریخته می‌شود نزدیک فونداسیون بتنی ساختمان‌ها و پل‌ها و غیره باشد نفود یون کلر به بتن موجب خوردگی میل‌گرد داخل بتن خواهد شد.
در سازه‌های بتن مسلح،در اثر خوردگی میلگرد اضافه حجمی تا چند برابر حجم فولاد اولیه ایجاد می‌شود. تنش‌های ناشی از نیروهای مولکولی حاصل از این اضافه حجم منجر به ترک خوردگی و نهایت تخریب کامل سازه بتونی می‌شود.
ترک‌های ایجاد شده، راه را برای نفوذآب، اکسیژن و یون کلر باز می‌کنند و این باعث تسریع در امر خوردگی میشود. بنابراین زنگ بیشتری تشکیل شده و تنش‌های بیشتری به وجود می‌آید و تنش‌های بیشتر باعث ایجاد ترک‌های بیشتر می‌شود چرخه نامطلوب به وجود آمده تا جایی که فاجعه تخریب بتن به طور کامل اتفاق بیفتد ادامه پیدا می‌کند.
حرف آخر
نمک NaCl تا آنجا که ممکن است در اطراف میله های ارت استفاده نشود.
زغال کک Coke به هیچ عنوان با توجه به استدلال‌های قبلی استفاده نشود.
زغال چوب هم درست است ضرر کمتری نسبت به دو مورد فوق از لحاظ خوردگی دارد ولی با توجه به اینکه جایگزین‌های بهتری از جمله بنتونیت و سیمان برای آن پیدا شده استفاده نشود بهتر است.