איך מרווחים עמידים במים וברumidity?

מדע החומרים: הסיבה שמVERRחים לא מתכתיים vượtים בסביבות רטובות

יציבות אלקטרוכימית של פולימר-קומפוזיט במים מלוחים

המרווחים הלא מתכתיים מורכבים מחומרים פולימריים מיוחדים שממש עמידים בבעיות אלקטרוכימיות בסביבות ימיות. מתכות נוטות להגיב לרעה עם מים מלוחים באמצעות תגובות גלוואניות שכולנו מכירים, מה שגורם לחלודה ולסיום התפוררות המבנה כולו עם הזמן. לחלופות הפולימריות יש הרכב מולקולרי שלא מאפשר יוני כלוריד לחדור דרכן, דבר שמהווה בעיה גדולה לשירותי חיזוק בבנייני בטון. בנוסף, הם שומרים על צורתם גם לאחר שהייה ממושכת תחת המים. מבחנים שבוצעו בסביבות מבוקרות שמדמות תנאים ימיים אמיתיים מראים שלמרוחקים יכולים להחזיק יותר ממחצית המאה ביישומים תת-ימיים לפי רוב היצרנים, אם כי חלק מהמומחים עדיין מחזירים ספק לגבי התאמת הביצועים בפועל לתוצאות מעבדה.

למה מרווחים מתכתיים מחוסנים נשרפים מהר יותר מאשר חלופות לא מתכתיות באזורים בעלי ריכוז גבוה של כלורידים

מרווחים מפלדה מצופים בزنק נוטים להתקלקל מהר בהרבה כששמים אותם באזורים עשירים ביוני כלוריד, כמו קרוב לחופים או על גשרים שבהם מתאסף מלח דרכי. השכבה המגנה של אבניב עוזרת לפגוע בפלדה שמתחתיה בתחילה, אך היא נבלעת במהרה כשמתגלית לאדים של מים מלוחים או לתנאים רטובים. מחקר מראה שמרווחים אלה נחלשים בשלושה פעמים יותר מהר מאשר מרווחים דומים בשימוש פנים ארצי. כשהגנה האבניב מסתיימת לבסוף, הפלדה הלא-מוגנת מתחילה ליצור חלודה שמתפשטת ובסופו של דבר שוברת את מבני הבטון שמסביב. חלופות לא מתכתיות פועלות בצורה שונה לגמרי מאחר והן עשויות מפולימרים מיוחדים שממשיכים להתנגד לספיגת מים (פחות מ-0.8% ספיגה). חומרים אלו גם עוצרים את התגובות האלקטרוכימיות שגורמות לשחיקה במקומן. בחינה של התקנות בפועל באזורים גאות ושפל מראה גם היא תבנית ברורה: מרבית המרווחים המתכתיים צריכים להחליף כל 7 עד 10 שנים, בעוד שהגרסאות מפלסטיק ממשיכות לתפקד כראוי גם לאחר יותר מ-20 שנה של שירות.

הנדסה עמידה במים: ציפויים ועיצובי מפרידים משופרים בננו

ציפויים הידרופוביים של סילאן-סילוקסן: מגבירים את יעילות שיבוץ קפילרי ב-73%

טכניקות חדשות בהנדסת שטח הופכות את המפרידים לביצועים טובים בהרבה כאשר הם נחשפים ללחות. השכבות ההידרופוביות החדשות ביותר, שעשויות סילאן וסילוקסאן, יוצרות מחסומים זעירים ברמה המולקולרית שדוחים מים במקום לאפשר להם להישאר. זה אומר ש lượng מים הרבה פחות נמשכת לחומרים דרך התעלות המיקרוסקופיות שאנו מכנים קפילרות. לפי מבחנים שפורסמו בשנה שעברה בדוח המחקר על מעטפת בניין, השכבות המיוחדות הללו מגדילות את עמידות החומרים בפני חדירת מים בכ-75% לעומת שטחים רגילים לא מעובדים. מה זה בעצם אומר לבנייה? כמות מזערית יותר של מלח ואבק מצטברת בתוך מבני בטון, מה שמאריך את חיי השימוש של גשרים, מגן על חומות הים מבליה, ושומר על שלמותם של טונלים ומבנים תת-קרקעיים אחרים שבהם לחות תמיד מהווה בעיה.

מפרידים מפוליפרופילן עם מודיפיקציה ננומטרית: ספיגת מים ירדת ל-<0.8% (מול 4.2% בבסיס)

הישגים אחרונים במדעי החומרים הפכו חומרים לבעלי עמידות רבה יותר בפני לחות, הודות לשינויים ברמה ננומטרית. כשיצרנים משכבים חלקיקים זעירים של סיליקה בתוך פוליפרופילן, הם יוצרים שטחים שדוחים מים בצורה מעולה. ספיגת המים יורדת לפחות מ-0.8%, כלומר טוב פי חמישה מהחומרים הישנים יותר, שספגו בדרך כלל כ-4.2%. דוח ה-ASTM משנת 2024 מאשר את הממצאים הללו. חומרים מיוחדים אלה נשארים יציבים גם לאחר חשיפה ממושכת ללחץ מים, וכן עומדים בכל הדרישות של הסטנדרט ASTM C1712 למוצרים שצריכים לפעול מתחת למים או בסביבות רטובות.

האסטרטגיה הכפולה – הנדסת שטח ושינוי חומר בתבנית – מספקת מחזורי שינוע עם ביצועים לא מתפשרים באזורים maregraphיים, במתקני ביוב ובסביבות בעלות לחות גבוהה אחרות.

אימות בשטח: ביצועים לאורך זמן של מחזורי שינוע ביישומים טבולים ותחתיים

הקו הירוק–ג'וייה–מקראו: ביצועים בשדה במשך 8 שנים של מחזורי בטון בסביבה ימית

המעבר הירוק–ג'וייה–מקראו עומד כהוכחה איתנה של עמידותם של מחזורי פלסטיק מול סביבות ימיות קשות. מאז שנפתח בשנת 2018, מחזורי הפולימר המורכבים שפעלו מתחת למים נחשפו לספוג מתמיד של מים מלוחים, תנועות גאות ושפל חוזרות, ורמות כלורינן הגבוהות בהרבה מהרגיל – כ-35,000 חלקים למיליון. בדיקות לאחר מספר שנים לא גילו כלל סימנים לקורוזיה, והכיסוי הבטון בגובה 50 מ"מ נשאר שלם בכל מבני התמיכה לאורך כל הגשר. זהו מצב שונה מאוד מזה שהתרחש כאשר בוצעו מבחנים דומים על חלופות מתכתיות בסביבת מעבדה, שם התחילו להופיע שקעים בהרבה יותר קלות. מה שרואים כאן נותן למהנדסים ביטחון בנוגע לשימוש בחומרים אלו בפרויקטים אחרים של תשתיות חופיות שנעזרות בקשיים דומים.

• שמירה של 98% על עוצמת הכיווץ לאחר שמונה שנים של חשיפה
• שינויים ממדיים של פחות מ-0.5 מ"מ למרות מחזורי ייבוש-לכידה חוזרים
• ללא חדירה מדידה של כלורידים בממשקים בין הבטון לחומציים

יציבות ממדית תחת לחץ הידרוסטטי: עמידה בתקן ASTM C1712 עבור תשתיות תת-קרקעיות

עבור תשתיות טרומות, על חומציים לעמוד בעיוותים תחת עומסי לחץ הידרוסטטי מתמשכים. בדיקות קפדניות לפי ASTM C1712 מאשרות כי חומציים לא מתכתיים שומרים על סובלנות ממדית קריטית כאשר הם נתונים ללחצים השווים לעמוד מים בגובה 15 מטר. ממצאי האימות כוללים:

• הרחבת נפח של ±0.2% לאחר 500 שעות של מחזורי לחץ
• תאימות מלאה לסובלנות מיקום שרות בקטעי תונלים שבועים
• ללא היווצרות של מסלולי חדירת מים בממשקים בין הבטון לחומציים

תוצאות אלו מאשרות ביצועים אמינים לאורך זמן במתקני טיפול בשפכים, צינורות תת-ימיים וסביבות מודקות אחרות – בהן יציבות ממדית מונעת באופן ישיר פגיעה מבנית ומבטיחה שלמות לאורך חיי העיצוב

שאלות נפוצות

• למה מעדיפים מחזורי פלסטיק על פני מחזורי מתכת בסביבות לחות?

  מחזורי פלסטיק, שעשויים מחומרים פולימריים מיוחדים, עמידים יותר בتفاعולים אלקטרוכימיים וביוני כלוריד מאשר מתכות, ובכך מונעים קורוזיה ושחיקה מבנית בתנאים לחים.

• איך ציפויים הידרופוביים משפרים את ביצועי המחזורים?

  ציפויים הידרופוביים, כמו אלו שמבוססים על סילאן וסילוקסאן, דוחים מים ברמה המולקולרית, מקטינים את ספיגת המים בחומר ומארכים את אמינותו.

• אילו יתרונות מציעים מחזורי פוליפרופילן עם מודיפיקציה ננו?

  מחזורי פלסטיק אלו מאופיינים בקצב ספיגת מים מופחת משמעותית הודות לחלקיקי סיליקה משובצים, מה שנותן עמידות גבוהה יותר בפני רטיבות בהשוואה לחומרים מסורתיים.

• האם מחזורי הפלסטיק מאושרים לשימוש ביישומים אמיתיים?

  כן, מחקר ופרויקטים במציאות, כמו גשר הונג קונג–ג'ויהי–מקראו, מראים שמרווחים לא מתכתיים יכולים לשמור על שלמות המבנית ולעמוד בפני קורוזיה בסביבות ימיות קשות.