โครงสร้างพื้นฐานที่เสื่อมสภาพของ America กำลังเผชิญกับความท้าทายที่สำคัญ โดยมีสะพานมากกว่าครึ่งหนึ่งของประเทศแสดงสัญญาณของการเสื่อมสภาพอย่างมีนัยสำคัญ วิศวกรจาก MIT และ University of Massachusetts at Amherst ได้พัฒนาโซลูชันที่มีแนวโน้มดีซึ่งอาจปฏิวัติวิธีการบำรุงรักษาโครงสร้างสำคัญเหล่านี้โดยใช้เทคโนโลยี 3D printing ขั้นสูง
สถิติโครงสร้างพื้นฐานสะพานของ US
- จำนวนสะพานทั้งหมดใน US : 623,218 แห่ง
- สะพานที่เสื่อมโทรมอย่างมีนัยสำคัญ: มากกว่า 50%
- ค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมโดยประมาณ: USD 191+ พันล้าน
 |
|---|
| ทิวทัศน์อันงดงามของสะพานโครงสร้างเหล็กที่เน้นย้ำถึงความจำเป็นในการหาแนวทางแก้ไขเชิงนวัตกรรมเพื่อบำรุงรักษาโครงสร้างพื้นฐานที่เก่าแก่ของ America |
เทคโนโลยี Cold Spray ที่ปฏิวัติวงการนำมาใช้กับโครงสร้างพื้นฐานสะพาน
ทีมวิจัยได้แสดงให้เห็นเทคนิคการผลิตแบบเติมชั้นด้วยเลเซอร์ที่เรียกว่า cold spray บนสะพานที่เกิดการกัดกร่อนใน Great Barrington, Massachusetts อย่างสำเร็จ กระบวนการใหม่นี้เร่งอนุภาคของผงเหล็กโดยใช้แก๊สอัดที่ให้ความร้อน จากนั้นนำวัสดุไปใช้เป็นชั้นที่แม่นยำกับส่วนที่เสียหายของคานสะพาน เทคนิคนี้แสดงให้เห็นความก้าวหน้าที่สำคัญในการซ่อมแซมโครงสร้างในสนาม เนื่องจากสามารถดำเนินการได้ในสถานที่จริงโดยไม่ต้องเผชิญกับความท้าทายด้านโลจิสติกส์ขนาดใหญ่ในการย้ายชิ้นส่วนสะพาน
รายละเอียดกระบวนการ Cold Spray
- ประเภทเทคโนโลยี: การผลิตแบบเพิ่มชั้นด้วยเลเซอร์
- วัสดุ: อนุภาคผงเหล็กกล้า
- วิธีการประยุกต์ใช้: การเร่งด้วยแก๊สอัดที่ได้รับความร้อน
- กระบวนการสร้าง: การสะสมทีละชั้น
- การประยุกต์ใช้ก่อนหน้า: เรือดำน้ำ เรือ อากาศยาน
 |
|---|
| วิศวกรกำลังใช้เทคโนโลจี cold spray ขณะที่พวกเขาทำงานบำรุงรักษาสะพาน แสดงให้เห็นวิธีการซ่อมแซมที่เป็นนวัตกรรมในการปฏิบัติจริง |
การแก้ไขวิกฤตโครงสร้างพื้นฐานมูลค่า 191 พันล้านดอลลาร์สหรัฐของ America
ตามข้อมูลจาก American Society of Civil Engineers สหรัฐอเมริกากำลังเผชิญกับความท้าทายด้านโครงสร้างพื้นฐานที่น่าตกใจ โดยมีสะพาน 623,218 แห่งที่ต้องการความสนใจ ด้วยค่าใช้จ่ายประมาณที่เกิน 191 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ วิธีการซ่อมแซมแบบดั้งเดิมมักเกี่ยวข้องกับโลจิสติกส์ที่ซับซ้อน การหยุดชะงักของการจราจรเป็นเวลานาน และค่าใช้จ่ายที่สูงมาก เทคนิค cold spray เสนอทางเลือกที่ปฏิบัติได้มากกว่าโดยนำเทคโนโลยีการซ่อมแซมไปยังโครงสร้างโดยตรง ลดผลกระทบต่อการจราจรในขณะที่อาจลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาโดยรวม
เทคโนโลยีที่ได้รับการพิสูจน์แล้วนำมาปรับใช้กับการใช้งานใหม่
แม้ว่าเทคโนโลยี cold spray จะได้แสดงให้เห็นความสำเร็จในการซ่อมแซมโครงสร้างขนาดใหญ่รวมถึงเรือดำน้ำ เรือ และเครื่องบินมาก่อนแล้ว แต่นี่เป็นการใช้งานครั้งแรกที่มีการบันทึกไว้กับโครงสร้างพื้นฐานสะพาน Simos Gerasimidis รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมที่ UMass Amherst เน้นย้ำถึงความสำคัญของก้าวสำคัญนี้ โดยระบุว่ายังมีงานวิจัยและพัฒนาจำนวนมากที่ต้องทำก่อนที่การนำไปใช้อย่างแพร่หลายจะเป็นไปได้
การทดสอบในโลกจริงและการตรวจสอบในอนาคต
สะพาน Massachusetts ที่ถูกเลือกสำหรับการซ่อมแซมแบบบุกเบิกนี้มีกำหนดการรื้อถอนภายในไม่กี่ปีข้างหน้า ทำให้นักวิจัยมีโอกาสพิเศษในการประเมินประสิทธิผลระยะยาวของเทคนิคนี้ เมื่อโครงสร้างถูกรื้อถอนแล้ว ทีมจะทำการทดสอบอย่างครอบคลุมเพื่อเปรียบเทียบผลการใช้งานในสนามกับตัวอย่างที่ควบคุมในห้องปฏิบัติการ การวิเคราะห์นี้จะตรวจสอบว่าผงเหล็กที่นำไปใช้ยึดติดกับโครงสร้างเดิมได้ดีเพียงใด ประเมินการกัดกร่อนเพิ่มเติมที่อาจเกิดขึ้นหลังการรักษา และประเมินคุณสมบัติทางกลของส่วนที่ซ่อมแซม
กำหนดการวิจัยและการทดสอบ
- สถานที่ทดสอบ: สะพาน Great Barrington, Massachusetts
- การรื้อถอนสะพาน: กำหนดการภายในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า
- จุดเน้นการทดสอบ: คุณภาพการยึดเกาะ การประเมินการกัดกร่อน คุณสมบัติเชิงกล
- การเปรียบเทียบ: การประยุกต์ใช้ในสนาม เทียบกับ ตัวอย่างในห้องปฏิบัติการ
ผลกระทบต่อการบำรุงรักษาโครงสร้างพื้นฐาน
การสาธิตที่ประสบความสำเร็จแสดงให้เห็นก้าวสำคัญสู่กลยุทธ์การบำรุงรักษาโครงสร้างพื้นฐานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยการเปิดใช้งานการซ่อมแซมในสถานที่จริงด้วยการหยุดชะงักของการจราจรที่น้อยที่สุด เทคโนโลยี cold spray อาจเปลี่ยนแปลงวิธีที่หน่วยงานการขนส่งเข้าถึงการบำรุงรักษาสะพาน ความสามารถของเทคนิคในการสร้างส่วนที่กัดกร่อนทีละชั้นให้การควบคุมที่แม่นยำเหนือความหนาและการครอบคลุมของการซ่อมแซม ซึ่งอาจขยายอายุการใช้งานของสะพานในขณะที่ลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาระยะยาว
การวิจัยยังคงดำเนินต่อไปในขณะที่วิศวกรทำงานเพื่อปรับปรุงกระบวนการและสร้างมาตรฐานประสิทธิภาพที่ครอบคลุมสำหรับการนำไปใช้อย่างแพร่หลายทั่วเครือข่ายสะพานที่เสื่อมสภาพของ America