Cơ sở hạ tầng lão hóa của nước Mỹ đang đối mặt với một thách thức nghiêm trọng, với hơn một nửa số cầu của quốc gia này cho thấy sự xuống cấp đáng kể. Các kỹ sư tại MIT và Đại học Massachusetts tại Amherst đã phát triển một giải pháp đầy hứa hẹn có thể cách mạng hóa cách chúng ta bảo trì những cấu trúc quan trọng này bằng công nghệ in 3D tiên tiến.
Thống kê Cơ sở hạ tầng Cầu đường Hoa Kỳ
- Tổng số cầu tại Hoa Kỳ: 623,218
- Số cầu bị xuống cấp nghiêm trọng: Hơn 50%
- Chi phí sửa chữa ước tính: Hơn 191 tỷ USD
 |
|---|
| Khung cảnh đẹp như tranh của một cây cầu dàn làm nổi bật nhu cầu về các giải pháp sáng tạo để duy trì cơ sở hạ tầng đang lão hóa của Mỹ |
Công nghệ phun lạnh cách mạng được áp dụng cho cơ sở hạ tầng cầu đường
Nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc trình diễn một kỹ thuật sản xuất cộng dồn dựa trên laser được gọi là phun lạnh trên một cây cầu bị ăn mòn ở Great Barrington, Massachusetts . Quy trình đổi mới này tăng tốc các hạt bột thép bằng khí nén được gia nhiệt, sau đó áp dụng vật liệu theo từng lớp chính xác lên các phần bị hư hỏng của dầm cầu. Kỹ thuật này đại diện cho một bước tiến đáng kể trong việc sửa chữa cấu trúc tại hiện trường, vì nó có thể được thực hiện tại chỗ mà không cần đến những thách thức hậu cần khổng lồ của việc di chuyển các bộ phận cầu.
Chi tiết Quy trình Cold Spray
- Loại công nghệ: Sản xuất cộng gộp dựa trên laser
- Vật liệu: Hạt thép dạng bột
- Phương pháp ứng dụng: Gia tốc bằng khí nén được gia nhiệt
- Quy trình xây dựng: Lắng đọng từng lớp một
- Các ứng dụng trước đây: Tàu ngầm, tàu thủy, máy bay
 |
|---|
| Các kỹ sư đang áp dụng công nghệ phun lạnh khi họ làm việc bảo trì cầu, thể hiện các phương pháp sửa chữa sáng tạo đang được thực hiện |
Giải quyết cuộc khủng hoảng cơ sở hạ tầng 191 tỷ đô la Mỹ
Theo Hiệp hội Kỹ sư Dân dụng Mỹ, Hoa Kỳ đang đối mặt với một thách thức cơ sở hạ tầng khổng lồ với 623.218 cây cầu cần được chú ý, với chi phí ước tính vượt quá 191 tỷ đô la Mỹ. Các phương pháp sửa chữa truyền thống thường liên quan đến hậu cần phức tạp, gián đoạn giao thông kéo dài và chi phí đáng kể. Kỹ thuật phun lạnh cung cấp một giải pháp thay thế thực tế hơn bằng cách đưa công nghệ sửa chữa trực tiếp đến cấu trúc, giảm thiểu tác động giao thông trong khi có khả năng giảm chi phí bảo trì tổng thể.
Công nghệ đã được chứng minh được điều chỉnh cho các ứng dụng mới
Trong khi công nghệ phun lạnh trước đây đã chứng minh thành công trong việc sửa chữa các cấu trúc lớn bao gồm tàu ngầm, tàu thủy và máy bay, đây là lần đầu tiên được ghi nhận áp dụng cho cơ sở hạ tầng cầu đường. Simos Gerasimidis , phó giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường tại UMass Amherst , nhấn mạnh tầm quan trọng của cột mốc này, lưu ý rằng vẫn còn nhiều công việc nghiên cứu và phát triển đáng kể trước khi việc áp dụng rộng rãi trở nên khả thi.
Thử nghiệm thực tế và xác thực tương lai
Cây cầu Massachusetts được chọn cho việc sửa chữa tiên phong này dự kiến sẽ bị phá dỡ trong vài năm tới, cung cấp cho các nhà nghiên cứu một cơ hội độc đáo để đánh giá hiệu quả lâu dài của kỹ thuật này. Khi cấu trúc được tháo dỡ, nhóm sẽ tiến hành thử nghiệm toàn diện để so sánh kết quả ứng dụng thực địa với các mẫu phòng thí nghiệm được kiểm soát. Phân tích này sẽ kiểm tra mức độ bám dính của bột thép được lắng đọng vào cấu trúc hiện có, đánh giá bất kỳ sự ăn mòn bổ sung nào có thể xảy ra sau khi xử lý, và đánh giá các tính chất cơ học của các phần được sửa chữa.
Lịch trình nghiên cứu và thử nghiệm
- Địa điểm thử nghiệm: Cầu tại Great Barrington, Massachusetts
- Phá dỡ cầu: Được lên kế hoạch trong vài năm tới
- Trọng tâm thử nghiệm: Chất lượng độ bám dính, đánh giá ăn mòn, tính chất cơ học
- So sánh: Ứng dụng thực địa với các mẫu phòng thí nghiệm
Ý nghĩa đối với bảo trì cơ sở hạ tầng
Cuộc trình diễn thành công đại diện cho một bước quan trọng hướng tới các chiến lược bảo trì cơ sở hạ tầng hiệu quả hơn. Bằng cách cho phép sửa chữa tại chỗ với sự gián đoạn giao thông tối thiểu, công nghệ phun lạnh có thể biến đổi cách các cơ quan giao thông tiếp cận việc bảo trì cầu. Khả năng xây dựng các phần bị ăn mòn từng lớp một của kỹ thuật này cung cấp sự kiểm soát chính xác về độ dày và độ bao phủ của việc sửa chữa, có khả năng kéo dài tuổi thọ cầu trong khi giảm chi phí bảo trì lâu dài.
Nghiên cứu tiếp tục khi các kỹ sư làm việc để tinh chỉnh quy trình và thiết lập các tiêu chuẩn hiệu suất toàn diện cho việc triển khai rộng rãi trên mạng lưới cầu lão hóa của nước Mỹ.