Πώς αντέχουν οι διαστηλωτές στο νερό και την υγρασία;

Επιστήμη Υλικών: Γιατί οι μη μεταλλικοί διαστηλωτές ξεπερνούν σε υγρά περιβάλλοντα

Ηλεκτροχημική σταθερότητα πολυμερικών σύνθετων υλικών στο θαλασσινό νερό

Οι μη μεταλλικοί διαχωριστικοί κατασκευάζονται από ειδικά πολυμερή σύνθετα υλικά που αντέχουν ιδιαίτερα καλά σε ηλεκτροχημικά προβλήματα σε θαλάσσια περιβάλλοντα. Τα μέταλλα τείνουν να αντιδρούν δυσμενώς με το θαλασσινό νερό λόγω των γνωστών γαλβανικών αντιδράσεων, γεγονός που οδηγεί σε σκουριά και τελικά προκαλεί την καταστροφή ολόκληρης της κατασκευής με την πάροδο του χρόνου. Αυτά τα πολυμερή εναλλακτικά υλικά έχουν μια μοριακή δομή που απλώς δεν επιτρέπει στα ιόντα χλωριδίου να διεισδύσουν, κάτι που αποτελεί σημαντικό πρόβλημα για τους οπλισμούς σε κατασκευές από σκυρόδεμα. Επιπλέον, διατηρούν το σχήμα τους ακόμα και μετά από πολλά χρόνια βύθισης στο νερό. Δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν σε ελεγχόμενα περιβάλλοντα που προσομοιώνουν πραγματικές θαλάσσιες συνθήκες δείχνουν ότι αυτοί οι διαχωριστικοί μπορούν να διαρκέσουν πολύ περισσότερο από μισό αιώνα σε εφαρμογές υποβρύχιας χρήσης, σύμφωνα με τους περισσότερους κατασκευαστές, αν και ορισμένοι ειδικοί εξακολουθούν να αμφιβάλλουν αν η απόδοση στην πραγματική χρήση θα αντιστοιχεί ακριβώς στα αποτελέσματα των εργαστηριακών δοκιμών.

Γιατί οι γαλβανισμένοι μεταλλικοί διαχωριστικοί διαβρώνονται γρηγορότερα από τους μη μεταλλικούς εναλλακτικούς σε περιοχές υψηλής περιεκτικότητας σε χλωριούχα

Οι μεταλλικοί διαχωριστικοί επικαλυμμένοι με ψευδάργυρο τείνουν να αποτυγχάνουν πολύ πιο γρήγορα όταν τοποθετούνται σε περιοχές πλούσιες σε ιόντα χλωριδίου, όπως κοντά σε παράκτιες περιοχές ή σε γέφυρες όπου συσσωρεύεται αλάτι οδοστρώματος. Το προστατευτικό στρώμα ψευδαργύρου βοηθάει αρχικά στην προστασία του χάλυβα που βρίσκεται από κάτω, αλλά φθείρεται γρήγορα όταν εκτίθεται σε αλμυρό αέρα ή υγρές συνθήκες. Έρευνες δείχνουν ότι αυτοί οι διαχωριστικοί διαβρώνονται με ρυθμό περίπου τρεις φορές μεγαλύτερο σε σύγκριση με παρόμοιους που χρησιμοποιούνται ενδοχώρα. Όταν τελικά καταστραφεί η προστασία του ψευδαργύρου, ο γυμνός χάλυβας αρχίζει να σχηματίζει σκουριά, η οποία διαστέλλεται και τελικά ραγίζει τις περιβάλλουσες κατασκευές από σκυρόδεμα. Οι μη μεταλλικές εναλλακτικές λειτουργούν εντελώς διαφορετικά, καθώς κατασκευάζονται από ειδικά πολυμερή που αντιστέκονται φυσικά στην απορρόφηση νερού (λιγότερο από 0,8% απορρόφηση). Αυτά τα υλικά επίσης αποτρέπουν τις ηλεκτροχημικές αντιδράσεις που προκαλούν διάβρωση. Η εξέταση πραγματικών εγκαταστάσεων σε περιοχές με παλιρροϊκές επιδράσεις δείχνει επίσης μια ξεκάθαρη τάση: οι περισσότεροι μεταλλικοί διαχωριστικοί χρειάζονται αντικατάσταση κάθε 7 έως 10 χρόνια, ενώ οι πλαστικές εκδόσεις συνεχίζουν να λειτουργούν σωστά για περισσότερο από είκοσι χρόνια.

Μηχανική Ανθεκτικότητα σε Υγρασία: Επιστρώσεις και Σχεδιασμοί Διαχωριστικών με Νανοτροποποίηση

Υδροφοβικές επιστρώσεις σιλανίου-σιλοξάνης: αύξηση της απόδοσης διακοπής της καπιλλαρότητας κατά 73%

Νέες τεχνικές μηχανικής επιφανειών κάνουν τα διαστημόμετρα να αποδίδουν πολύ καλύτερα όταν εκτίθενται σε υγρασία. Οι πιο πρόσφατες υδροφοβικές επιστρώσεις, που παρασκευάζονται από σιλάνιο και σιλοξάνιο, δημιουργούν μικροσκοπικά εμπόδια στο μοριακό επίπεδο, τα οποία απωθούν το νερό αντί να το αφήνουν να προσκολληθεί. Αυτό σημαίνει ότι πολύ λιγότερο νερό εισέρχεται στα υλικά μέσω των μικροσκοπικών αυτών διαύλων που ονομάζουμε τριχοειδείς. Σύμφωνα με δοκιμές που δημοσιεύθηκαν στην Έκθεση Έρευνας για το Κέλυφος Κτιρίων του περασμένου έτους, οι ειδικές αυτές επιστρώσεις αυξάνουν την αντίσταση των υλικών στη διείσδυση νερού κατά περίπου τρεις τέταρτα σε σχέση με τις συνηθισμένες, μη επεξεργασμένες επιφάνειες. Τι σημαίνει αυτό στην πράξη για την κατασκευή; Συσσωρεύονται λιγότερα αλάτια και βρωμιά εντός των κατασκευών από σκυρόδεμα, με αποτέλεσμα οι γέφυρες να διαρκούν περισσότερο, οι αναχώσεις θάλασσας να προστατεύονται από τη διάβρωση και να διατηρείται η ακεραιότητα σηράγγων και άλλων υπόγειων έργων, όπου η υγρασία αποτελεί πάντα πρόβλημα.

Διαστημόμετρα από νανοτροποποιημένο πολυπροπυλένιο: απορρόφηση νερού μειωμένη σε <0,8% (έναντι βάσης 4,2%)

Πρόσφατες εξελίξεις στην επιστήμη των υλικών έχουν καταστήσει τα υλικά πολύ πιο ανθεκτικά στην υγρασία, χάρη σε τροποποιήσεις σε νανοεπίπεδο. Όταν οι κατασκευαστές ενσωματώνουν μικροσκοπικά σωματίδια αμμωνίας στο πολυπροπυλένιο, δημιουργούν επιφάνειες που απωθούν εξαιρετικά καλά το νερό. Η απορρόφηση νερού μειώνεται σε λιγότερο από 0,8%, που είναι περίπου πέντε φορές καλύτερη από τα παλαιότερα υλικά, τα οποία συνήθως απορροφούσαν περίπου 4,2%. Η έκθεση ASTM του 2024 επιβεβαιώνει αυτά τα ευρήματα. Αυτά τα ειδικά επεξεργασμένα υλικά παραμένουν σταθερά ακόμα και όταν εκτίθενται σε υδροστατική πίεση για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Επίσης, πληρούν όλες τις απαιτήσεις του προτύπου ASTM C1712 για προϊόντα που πρέπει να λειτουργούν υποβρύχια ή σε υγρά περιβάλλοντα.

Αυτή η διπλή στρατηγική—μηχανική επιφανειών και τροποποίηση του όγκου του υλικού—παρέχει διαζώματα με απαράμιλλη απόδοση σε περιοχές με υψηλή υγρασία, όπως ζώνες παλιρροιών, εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων και άλλα περιβάλλοντα με υψηλή υγρασία.

Επαλήθευση στην πράξη: Μακροχρόνια απόδοση διαζωμάτων σε βυθισμένες και υπόγειες εφαρμογές

Γέφυρα Χονγκ Κονγκ-Ζουχάι-Μακάο: 8-χρονη επίδοση στο πεδίο των διαστημολογητών σκυροδέματος σε θαλάσσιες συνθήκες

Η γέφυρα Χονγκ Κονγκ-Ζουχάι-Μακάο αποτελεί στέρεα απόδειξη της αντοχής των μη μεταλλικών διαστημολογητών σε σκληρά θαλάσσια περιβάλλοντα. Από το άνοιγμά της το 2018, οι συνθετικοί διαστημολογητές πολυμερών που βρίσκονται υποβρύχια υφίστανται συνεχή έκθεση σε αλμυρό νερό, κανονικές παλιρροϊκές κινήσεις και επίπεδα χλωρίου πολύ πάνω από το φυσιολογικό, περίπου 35.000 μέρη ανά εκατομμύριο. Οι επιθεωρήσεις μετά από αρκετά χρόνια δεν δείχνουν καθόλου σημάδια διάβρωσης, ενώ η προστατευτική στρώση σκυροδέματος 50 mm παραμένει ακέραιη σε κάθε φέροντα στοιχείο σε όλη τη γέφυρα. Αυτό διαφέρει σημαντικά από ό,τι συνέβη σε παρόμοιες δοκιμές με μεταλλικές εναλλακτικές λύσεις σε εργαστηριακές συνθήκες, όπου εμφάνιζαν ήδη σημάδια πηγαδιών. Αυτό που παρατηρούμε εδώ δίνει στους μηχανικούς εμπιστοσύνη όσον αφορά τη χρήση αυτών των υλικών σε άλλα έργα υποδομής στις ακτές που αντιμετωπίζουν παρόμοιες προκλήσεις.

• διατήρηση του 98% της θλιπτικής αντοχής μετά από οκτώ χρόνια έκθεσης
• <0,5 mm διαστατική μεταβολή παρά την επαναλαμβανόμενη εναλλαγή υγρασίας-ξηρασίας
• Καμία μετρήσιμη διάχυση χλωριδίου στις διεπιφάνειες σκυροδέματος-διαστημοθέτη

Διαστατική σταθερότητα υπό υδροστατική πίεση: συμμόρφωση με ASTM C1712 για υπόγεια υποδομή

Για θαμμένες υποδομές, οι διαστημοθέτες πρέπει να αντιστέκονται σε παραμόρφωση υπό μακροχρόνια υδροστατικά φορτία. Αυστηρές δοκιμές σύμφωνα με ASTM C1712 επιβεβαιώνουν ότι οι μη μεταλλικοί διαστημοθέτες διατηρούν κρίσιμα διαστατικά εύρη ανοχής όταν υποβάλλονται σε ισοδύναμα πιέσεως ύψους νερού 15 μέτρων. Τα αποτελέσματα επαλήθευσης περιλαμβάνουν:

• ±0,2% όγκος διαστολής μετά από 500 ώρες κύκλου πίεσης
• συμμόρφωση 100% με τις ανοχές τοποθέτησης οπλισμού σε τμήματα βυθιζόμενων σηράγγων
• Μηδενικός σχηματισμός διαδρομής διαρροής νερού στις διεπιφάνειες σκυροδέματος-διαστημοθέτη

Αυτά τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν αξιόπιστη μακροπρόθεσμη απόδοση σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων, υποθαλάσσιους αγωγούς και άλλα υπό πίεση περιβάλλοντα—όπου η διαστατική σταθερότητα αποτρέπει άμεσα τη δομική υποβάθμιση και εξασφαλίζει την ακεραιότητα της σχεδιασμένης διάρκειας ζωής.

Συχνές Ερωτήσεις

• Γιατί προτιμώνται οι μη μεταλλικοί διαστηλωτές αντί των μεταλλικών σε υγρά περιβάλλοντα;

  Οι μη μεταλλικοί διαστηλωτές, κατασκευασμένοι από ειδικά πολυμερή σύνθετα υλικά, αντιστέκονται καλύτερα σε ηλεκτροχημικές αντιδράσεις και ιόντα χλωρίου σε σύγκριση με τα μέταλλα, αποτρέποντας τη διάβρωση και την υποβάθμιση της δομής σε υγρές συνθήκες.

• Πώς βελτιώνουν οι υδροφοβικές επικαλύψεις την απόδοση των διαστηλωτών;

  Οι υδροφοβικές επικαλύψεις, όπως αυτές που κατασκευάζονται από σιλάνιο και σιλοξάνιο, απωθούν το νερό σε μοριακό επίπεδο, μειώνοντας την απορρόφηση νερού από τα υλικά και διατηρώντας την ακεραιότητά τους για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.

• Ποια πλεονεκτήματα προσφέρουν οι διαστηλωτές από τροποποιημένο με νανοσωματίδια πολυπροπυλένιο;

  Αυτοί οι διαστηλωτές έχουν σημαντικά μειωμένους ρυθμούς απορρόφησης νερού λόγω των ενσωματωμένων σωματιδίων διοξειδίου του πυριτίου, προσφέροντας μεγαλύτερη αντίσταση στην υγρασία σε σύγκριση με τα παραδοσιακά υλικά.

• Επικυρώνονται οι μη μεταλλικοί διαστηλωτές για πραγματικές εφαρμογές;

  Ναι, μελέτες και πραγματικά έργα, όπως η γέφυρα Χονγκ Κονγκ–Ζουχάι–Μακάο, δείχνουν ότι οι μη μεταλλικοί διαχωριστές μπορούν να διατηρήσουν τη δομική ακεραιότητα και να αντιστέκονται στη διάβρωση σε σκληρά θαλάσσια περιβάλλοντα.