ตัวเว้นระยะสามารถทนต่อแรงน้ำและความชื้นได้อย่างไร

วิทยาศาสตร์วัสดุ: เหตุใดตัวเว้นระยะแบบไม่ใช่โลหะจึงทำงานได้ดีในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น

เสถียรภาพทางอิเล็กโทรเคมีของพอลิเมอร์คอมโพสิตในน้ำเค็ม

ชิ้นสเปซเซอร์ที่ไม่ใช่โลหะทำจากโพลิเมอร์คอมโพสิตพิเศษ ซึ่งทนต่อปัญหาทางอิเล็กโทรเคมีในสภาพแวดล้อมทางทะเลได้ดีเยี่ยม ต่างจากโลหะที่มักเกิดปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับน้ำเค็มผ่านกระบวนการกัลวานิกที่เราทราบกันดี ซึ่งนำไปสู่การเกิดสนิมและในที่สุดทำให้โครงสร้างเสื่อมสภาพลงตามกาลเวลา ทางเลือกจากโพลิเมอร์เหล่านี้มีโครงสร้างโมเลกุลที่ไม่อนุญาตให้ไอออนคลอไรด์แทรกซึมผ่านได้ ซึ่งเป็นปัญหาหลักสำหรับเหล็กเสริมในโครงสร้างคอนกรีต นอกจากนี้ พวกมันยังคงรูปร่างเดิมไว้ได้แม้จมอยู่ใต้น้ำเป็นเวลานาน การทดสอบในสภาพแวดล้อมควบคุมที่จำลองสภาพมหาสมุทรจริงแสดงให้เห็นว่าสเปซเซอร์เหล่านี้สามารถมีอายุการใช้งานยาวนานเกินครึ่งศตวรรษในการใช้งานใต้น้ำ ตามข้อมูลจากผู้ผลิตส่วนใหญ่ แม้ว่าผู้เชี่ยวชาญบางรายยังคงตั้งคำถามว่าประสิทธิภาพในโลกความเป็นจริงจะเทียบเท่ากับผลลัพธ์ในห้องปฏิบัติการได้เป๊ะขนาดไหน

เหตุใดสเปซเซอร์โลหะชุบสังกะสีถึงผุกร่อนเร็วกว่าทางเลือกที่ไม่ใช่โลหะในพื้นที่ที่มีคลอไรด์สูง

ตัวคั้นโลหะที่เคลือบด้วยสังกะสีมักเสียหายเร็วกว่ามากเมื่อนำไปใช้ในพื้นที่ที่มีไอออนคลอไรด์เข้มข้น เช่น ใกล้ชายฝั่งหรือบนสะพานที่มีการสะสมของเกลือถนน เบื้องต้นชั้นป้องกันสังกะสีจะช่วยปกป้องเหล็กด้านล่างได้ แต่จะถูกกัดกร่อนอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับละอองน้ำเค็มหรือสภาพแวดล้อมที่ชื้น งานวิจัยระบุว่าตัวคั้นประเภทนี้เกิดการกัดกร่อนเร็วกว่าตัวคั้นชนิดเดียวกันที่ใช้ในพื้นที่ภายในประเทศถึงสามเท่า เมื่อชั้นป้องกันสังกะสีหมดลง เหล็กดิบที่เปลือยออกมาก็จะเริ่มเป็นสนิม ซึ่งการขยายตัวของสนิมนี้จะทำให้โครงสร้างคอนกรีตโดยรอบแตกร้าวในที่สุด ทางเลือกที่ไม่ใช่โลหะทำงานต่างออกไปโดยสิ้นเชิง เพราะผลิตจากโพลิเมอร์พิเศษที่ทนต่อการดูดซึมน้ำตามธรรมชาติ (ดูดซึมน้อยกว่า 0.8%) วัสดุเหล่านี้ยังยับยั้งปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อนได้อีกด้วย การพิจารณาจากการติดตั้งจริงในพื้นที่ที่มีคลื่นน้ำขึ้นน้ำลงยังแสดงรูปแบบที่ชัดเจนเช่นกัน: ตัวคั้นโลหะส่วนใหญ่จำเป็นต้องเปลี่ยนทุกๆ 7 ถึง 10 ปี ในขณะที่ตัวคั้นพลาสติกยังคงทำงานได้อย่างเหมาะสมเกินกว่า 20 ปี

วิศวกรรมที่ทนต่อน้ำ: เคลือบผิวและออกแบบสเปเซอร์แบบนาโน

สารเคลือบที่ขับน้ำแบบซิลิเลน-ซิลอกเซน: เพิ่มประสิทธิภาพการตัดการทำงานของหลอดดูดซึมได้ถึง 73%

เทคนิควิศวกรรมพื้นผิวใหม่กำลังทำให้ชิ้นสเปซเซอร์ทำงานได้ดีขึ้นมากเมื่อสัมผัสกับความชื้น สารเคลือบกันน้ำรุ่นล่าสุดที่ผลิตจากไซเลนและไซลอกเซน สร้างชั้นกั้นขนาดเล็กในระดับโมเลกุล ซึ่งช่วยผลักน้ำออกไปแทนที่จะปล่อยให้น้ำเกาะอยู่ตามพื้นผิว ส่งผลให้มีน้ำซึมเข้าไปในวัสดุผ่านช่องไมโครสโคปิกที่เราเรียกว่าหลอดดูดเล็กๆ ลดลงอย่างมาก ตามการทดสอบที่เผยแพร่ในรายงานการวิจัยอาคารเปลือกหุ้มอาคาร (Building Envelope Research Report) ปีที่แล้ว สารเคลือบพิเศษเหล่านี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการต้านทานการซึมผ่านของน้ำในวัสดุได้มากขึ้นประมาณสามในสี่ เมื่อเทียบกับพื้นผิวทั่วไปที่ไม่ได้ผ่านการบำบัด แล้วสิ่งนี้หมายความอะไรต่อวงการก่อสร้าง? หมายความว่า ปริมาณเกลือและสิ่งสกปรกที่สะสมอยู่ภายในโครงสร้างคอนกรีตจะลดลง ทำให้สะพานมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น ป้องกันกำแพงกันคลื่นจากการกัดเซาะ และรักษารูปทรงและความแข็งแรงของอุโมงค์และงานใต้ดินอื่นๆ ที่มักมีปัญหาความชื้นอยู่เสมอ

ชิ้นสเปซเซอร์โพลีโพรพิลีนที่ผ่านการปรับแต่งระดับนาโน: การดูดซึมน้ำลดลงเหลือน้อยกว่า 0.8% (เมื่อเทียบกับค่าฐาน 4.2%)

ความก้าวหน้าล่าสุดในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุได้ทำให้วัสดุมีความต้านทานต่อความชื้นมากยิ่งขึ้น เนื่องจากการปรับเปลี่ยนในระดับนาโน เมื่อผู้ผลิตฝังอนุภาคซิลิกาขนาดเล็กเข้าไปในพอลิโพรพิลีน จะเกิดพื้นผิวที่สามารถสะท้อนน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพอย่างมาก การดูดซึมน้ำลดลงเหลือต่ำกว่า 0.8% ซึ่งดีกว่าวัสดุรุ่นก่อนประมาณห้าเท่าที่มักจะดูดซึมน้ำประมาณ 4.2% รายงานของ ASTM ปี 2024 ยืนยันผลการค้นพบเหล่านี้ วัสดุที่ผ่านการบำบัดพิเศษเหล่านี้ยังคงมีความเสถียรภาพแม้จะถูกเปิดรับแรงดันน้ำเป็นเวลานาน และยังเป็นไปตามข้อกำหนดทั้งหมดของมาตรฐาน ASTM C1712 สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ต้องทำงานใต้น้ำหรือในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง

กลยุทธ์คู่นี้—การวิศวกรรมพื้นผิวและการปรับเปลี่ยนวัสดุโดยรวม—ทำให้แผ่นรองมีสมรรถนะที่ไม่ลดทอนลงเมื่อใช้งานในเขตชายฝั่งที่มีคลื่นซัด, สถานีบำบัดน้ำเสีย และสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูงอื่นๆ

การตรวจสอบจากประสบการณ์จริง: สมรรถนะระยะยาวของแผ่นรองในการใช้งานจุ่มน้ำและใต้ดิน

สะพานฮ่องกง-จูไห่-มาเก๊า: ประสิทธิภาพในสนาม 8 ปีของแผ่นเว้นระยะคอนกรีตภายใต้สภาวะทะเล

สะพานฮ่องกง-จูไห่-มาเก๊า เป็นหลักฐานยืนยันอย่างชัดเจนถึงความทนทานของแผ่นเว้นระยะที่ไม่ใช่โลหะต่อสภาพแวดล้อมทางทะเลอันรุนแรง หลังจากเปิดใช้งานในปี 2018 แผ่นเว้นระยะชนิดพอลิเมอร์คอมโพสิตที่ติดตั้งอยู่ใต้น้ำได้เผชิญกับการสัมผัสน้ำเค็มอย่างต่อเนื่อง การเคลื่อนตัวตามคลื่นสม่ำเสมอ และระดับคลอรีนที่สูงกว่าปกติประมาณ 35,000 ส่วนในล้านส่วน การตรวจสอบหลังผ่านไปหลายปีไม่พบสัญญาณใด ๆ ของการกัดกร่อน และชั้นคอนกรีตปกป้องหนา 50 มม. ยังคงสภาพสมบูรณ์บนโครงสร้างค้ำยันทุกจุดตลอดเส้นทางของสะพาน ซึ่งแตกต่างอย่างชัดเจนจากผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการกับแผ่นเว้นระยะแบบโลหะที่เริ่มแสดงร่องรอยการกัดกร่อนเป็นหลุมขึ้นมาตั้งแต่ระยะแรก สิ่งที่เห็นนี้ทำให้วิศวกรเกิดความมั่นใจในการเลือกใช้วัสดุเหล่านี้ในโครงการโครงสร้างพื้นฐานชายฝั่งอื่น ๆ ที่เผชิญกับสภาวะท้าทายในลักษณะเดียวกัน

• รักษาความสามารถในการรับแรงอัดไว้ได้ 98% หลังจากการสัมผัสสภาวะจริงเป็นเวลาแปดปี
• <0.5 มม. การเปลี่ยนแปลงมิติแม้จะมีการเปียก-แห้งซ้ำหลายครั้ง
• ไม่มีการซึมผ่านของคลอไรด์ที่ตรวจวัดได้ที่บริเวณตัวคั่นระหว่างคอนกรีตกับเหล็กเสริม

ความมั่นคงของมิติภายใต้แรงดันไฮโดรสแตติก: เป็นไปตามมาตรฐาน ASTM C1712 สำหรับโครงสร้างพื้นฐานใต้ดิน

สำหรับโครงสร้างพื้นฐานที่ฝังอยู่ใต้ดิน ตัวคั่นจะต้องทนต่อการเสียรูปภายใต้แรงดันไฮโดรสแตติกที่กระทำต่อเนื่อง การทดสอบอย่างเข้มงวดตามมาตรฐาน ASTM C1712 ยืนยันว่าตัวคั่นที่ไม่ใช่โลหะสามารถรักษามิติที่จำเป็นไว้ได้เมื่อถูกกระทำด้วยแรงดันเทียบเท่ากับความสูงของน้ำ 15 เมตร ผลการตรวจสอบรวมถึง:

• การขยายตัวปริมาตร ±0.2% หลังจากรอบการทดสอบภายใต้แรงดันต่อเนื่อง 500 ชั่วโมง
• สอดคล้องตามข้อกำหนดเรื่องมิติการจัดตำแหน่งเหล็กเสริม 100% ในช่วงโครงสร้างอุโมงค์ที่จมอยู่ในน้ำ
• ไม่มีการก่อตัวของช่องทางการซึมของน้ำที่บริเวณตัวคั่นระหว่างคอนกรีตกับเหล็กเสริม

ผลลัพธ์เหล่านี้ยืนยันถึงประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ในระยะยาวสำหรับโรงงานบำบัดน้ำเสีย ท่อส่งใต้ทะเล และสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันอื่น ๆ — โดยความมั่นคงของมิติจะช่วยป้องกันความเสียหายต่อโครงสร้างโดยตรง และรับประกันความสมบูรณ์ของอายุการใช้งานตามแบบออกแบบ

คำถามที่พบบ่อย

• ทำไมสเปเซอร์ที่ไม่ใช่โลหะจึงถูกเลือกใช้มากกว่าสเปเซอร์โลหะในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น?

  สเปเซอร์ที่ไม่ใช่โลหะ ซึ่งทำจากคอมโพสิตพอลิเมอร์พิเศษ มีความสามารถในการต้านทานปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีและไอออนคลอไรด์ได้ดีกว่าโลหะ จึงช่วยป้องกันการกัดกร่อนและความเสื่อมสภาพของโครงสร้างในสภาพแวดล้อมที่เปียกชื้น

• การเคลือบที่มีคุณสมบัติกันน้ำช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของสเปเซอร์อย่างไร?

  การเคลือบที่มีคุณสมบัติกันน้ำ เช่น เคลือบด้วยซิเลนและซิลอกเซน จะผลักน้ำออกในระดับโมเลกุล ลดการดูดซึมน้ำของวัสดุ และยืดอายุการใช้งานของวัสดุให้นานขึ้น

• สเปเซอร์พอลิโพรพิลีนที่ผ่านการปรับแต่งในระดับนาโนมีข้อดีอย่างไร?

  สเปเซอร์เหล่านี้มีอัตราการดูดซึมน้ำที่ลดลงอย่างมากเนื่องจากอนุภาคซิลิกาที่ถูกฝังไว้ ทำให้มีความต้านทานต่อความชื้นได้ดีกว่าวัสดุแบบดั้งเดิม

• สเปเซอร์ที่ไม่ใช่โลหะได้รับการตรวจสอบแล้วหรือไม่ว่าสามารถใช้งานได้จริงในงานประยุกต์ใช้งานจริง?

  ใช่ งานศึกษาและโครงการจริง เช่น สะพานฮ่องกง–จูไห่–มาเก๊า แสดงให้เห็นว่าแผ่นเว้นระยะแบบไม่ใช่โลหะสามารถรักษาความแข็งแรงของโครงสร้างและทนต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมทางทะเลที่รุนแรงได้