Jak dystansory wytrzymują działanie wody i wilgoci?

Nauka materiałów: dlaczego dystansory niemetalowe świetnie sprawdzają się w wilgotnych środowiskach

Stabilność elektrochemiczna kompozytów polimerowych w wodzie morskiej

Odstępniki niemetalowe są wykonane z szczególnych kompozytów polimerowych, które bardzo dobrze wytrzymują warunki elektrochemiczne występujące w środowiskach morskich. Metale mają tendencję do negatywnej reakcji ze słoną wodą poprzez znane nam wszystkim reakcje galwaniczne, co prowadzi do korozji i ostatecznego zniszczenia całej konstrukcji z upływem czasu. Te alternatywy polimerowe posiadają budowę molekularną, która po prostu nie przepuszcza jonów chlorkowych — problem ten jest szczególnie istotny w przypadku prętów zbrojeniowych w konstrukcjach betonowych. Dodatkowo zachowują swój kształt nawet po długim przebywaniu pod wodą. Testy przeprowadzone w kontrolowanych środowiskach naśladujących rzeczywiste warunki oceaniczne wykazują, że według większości producentów odstępniki te mogą służyć znacznie ponad pół wieku w aplikacjach podwodnych, choć niektórzy eksperci wciąż kwestionują, czy wyniki z terenu będą dokładnie odpowiadać rezultatom laboratoryjnym.

Dlaczego odstępniki ocynkowane korodują szybciej niż alternatywy niemetaliczne w strefach o wysokiej zawartości chlorków

Metalowe dystanse pokryte cynkiem mają tendencję do znacznie szybszego uszkadzania się, gdy są montowane w miejscach o dużej zawartości jonów chlorkowych, takich jak wybrzeża lub mosty, gdzie gromadzi się sól drogowa. Chroniąca warstwa cynku początkowo pomaga zabezpieczyć stal znajdującą się pod spodem, jednak szybko ulega zużyciu w warunkach wilgotnych lub przy ekspozycji na mgłę solną. Badania wskazują, że te dystanse korodują z prędkością trzy razy większą niż ich odpowiedniki stosowane we wnętrzu lądu. Gdy ochrona cynkowa w końcu ulega zniszczeniu, odsłonięta stal zaczyna rdzewieć, co powoduje rozszerzanie się i pękanie otaczających konstrukcji betonowych. Alternatywy niemetalowe działają zupełnie inaczej, ponieważ wykonane są z wyspecjalizowanych polimerów naturalnie odpornych na wchłanianie wody (pochłanianie mniejsze niż 0,8%). Materiały te dodatkowo zapobiegają reakcjom elektrochemicznym, które prowadzą do korozji. Obserwacja rzeczywistych instalacji w strefach pływowych ukazuje również wyraźny wzorzec: większość metalowych dystansów wymaga wymiany co 7–10 lat, podczas gdy wersje plastikowe nadal prawidłowo funkcjonują po ponad dwudziestu latach użytkowania.

Inżynieria odporna na wodę: powłoki i zmodernizowane konstrukcje dystansów za pomocą nanotechnologii

Powłoki hydrofobowe silanowo-siloksanowe: zwiększające efektywność przerwy kapilarnej o 73%

Nowe techniki inżynierii powierzchni sprawiają, że dystansory znacznie lepiej działają w warunkach wilgotnych. Najnowsze hydrofobowe powłoki wykonane z silanu i siloksanu tworzą mikroskopijne bariery na poziomie cząsteczkowym, które odpychają wodę zamiast pozwalać jej się zatrzymać. Oznacza to, że znacznie mniej wody przedostaje się do materiałów przez mikroskopijne kanały zwane kapilarami. Zgodnie z testami opublikowanymi w ubiegłorocznym raporcie Badania Osłon Budowlanych, te specjalne powłoki zwiększają odporność materiałów na przenikanie wody o około trzy czwarte w porównaniu do zwykłych nieprzetworzonych powierzchni. Co to oznacza w praktyce dla budownictwa? Mniejsza ilość soli i brudu gromadzi się wewnątrz konstrukcji betonowych, co pozwala mostom dłużej wytrzymywać, chroni mury przeciwpowodziowe przed erozją oraz zachowuje integralność tuneli i innych obiektów podziemnych, gdzie wilgoć stanowi zawsze problem.

Dystansory z modyfikowanego nano-polipropylenu: pochłanianie wody zredukowane do <0,8% (w stosunku do standardowego poziomu 4,2%)

Najnowsze przełomy w dziedzinie nauki o materiałach sprawiły, że materiały stały się znacznie bardziej odporne na wilgoć dzięki modyfikacjom na poziomie nano. Gdy producenci wprowadzają drobne cząstki krzemionki do polipropylenu, tworzą powierzchnie, które wyjątkowo dobrze odpierają wodę. Wchłanianie wody spada do mniej niż 0,8%, co jest około pięć razy lepsze niż w przypadku starszych materiałów, które zazwyczaj wchłaniały około 4,2%. Raport ASTM z 2024 roku potwierdza te wyniki. Materiały te poddane specjalnej obróbce pozostają stabilne nawet przy długotrwałym działaniu ciśnienia wody. Spełniają również wszystkie wymagania określone w normie ASTM C1712 dla produktów, które muszą funkcjonować pod wodą lub w wilgotnych środowiskach.

Ta podwójna strategia – inżynieria powierzchni i modyfikacja struktury materiału – zapewnia dystansory o niezmienionej wydajności w strefach pływowych, oczyszczalniach ścieków oraz innych środowiskach o wysokiej wilgotności.

Weryfikacja w praktyce: długoterminowa wydajność dystansorów w zastosowaniach zanurzonych i podziemnych

Most Hongkong—Zhuhai—Makau: 8-letnia wydajność pól betonowych w warunkach morskich

Most Hongkong-Zhuhai-Makau stanowi solidny dowód na to, jak dobrze odporne są nie-metalowe dystansory wobec surowych środowisk morskich. Od czasu otwarcia w 2018 roku polimerowe dystansory pracujące pod wodą są narażone na ciągłe działanie wody morskiej, regularne ruchy pływów oraz poziom chloru znacznie przekraczający normę, wynoszący około 35 000 części na milion. Kontrole przeprowadzone po kilku latach nie wykazały żadnych oznak korozji, a warstwa betonu o grubości 50 mm pozostaje nietknięta we wszystkich konstrukcjach nośnych mostu. Jest to wyraźna różnica w porównaniu do testów przeprowadzonych wcześniej na metalowych alternatywach w warunkach laboratoryjnych, które znacznie wcześniej zaczęły pokazywać oznaki ubytków. To, co obserwujemy, daje inżynierom pewność co do stosowania tych materiałów w innych projektach infrastruktury nadmorskiej napotykającej podobne wyzwania.

• 98% retencja wytrzymałości na ściskanie po ośmiu latach ekspozycji
• <0,5 mm zmienność wymiarowa pomimo wielokrotnego cyklu zwilżania i suszenia
• Brak mierzalnego przenikania chlorków na styku beton-odstawkę

Stabilność wymiarowa pod ciśnieniem hydrostatycznym: spełnienie normy ASTM C1712 dla infrastruktury podziemnej

W przypadku ukrytej infrastruktury odstawkę muszą wykazywać odporność na odkształcenia pod długotrwałym obciążeniem hydrostatycznym. Ścisłe testy zgodnie z ASTM C1712 potwierdzają, że niemetalowe odstawkę zachowują kluczowe dopuszczenia wymiarowe, gdy są narażone na ciśnienie odpowiadające słupowi wody o wysokości 15 metrów. Wyniki weryfikacji obejmują:

• ±0,2% ekspansja objętościowa po 500 godzinach cyklowania pod ciśnieniem
• zgodność w 100% z tolerancjami rozmieszczenia zbrojenia w segmentach tuneli podwodnych
• Brak tworzenia się ścieżek przepływu wody na styku beton-odstawkę

Te wyniki potwierdzają niezawodną długoterminową wydajność w oczyszczalniach ścieków, rurociągach podmorskich oraz innych środowiskach pod ciśnieniem — gdzie stabilność wymiarowa bezpośrednio zapobiega uszkodzeniom konstrukcyjnym i gwarantuje integralność projektowaną przez cały okres użytkowania

Najczęściej zadawane pytania

• Dlaczego separatory niemetalowe są preferowane od metalowych w wilgotnych środowiskach?

  Separatory niemetalowe, wykonane z specjalnych kompozytów polimerowych, lepiej odpierają reakcje elektrochemiczne i jony chlorkowe niż metale, zapobiegając korozji i degradacji strukturalnej w warunkach wilgoci.

• Jak powłoki hydrofobowe poprawiają wydajność separatorów?

  Powłoki hydrofobowe, takie jak te wykonane z silanu i siloksanu, oddzielają wodę na poziomie cząsteczkowym, zmniejszając wchłanianie wody przez materiały i przedłużając ich trwałość.

• Jakie zalety oferują separatory z modyfikowanego nano-polipropylenu?

  Te separatory charakteryzują się znacznie niższym współczynnikiem wchłaniania wody dzięki osadzonym cząstkom krzemionki, oferując większą odporność na wilgoć w porównaniu z tradycyjnymi materiałami.

• Czy separatory niemetalowe zostały zweryfikowane pod kątem zastosowań w warunkach rzeczywistych?

  Tak, badania i projekty zrealizowane w praktyce, takie jak most Hongkong–Zhuhai–Macau, dowodzą, że dystansory niemetalowe mogą zachować integralność konstrukcyjną i odporność na korozję w surowych warunkach morskich.