วัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมสำหรับการก่อสร้างสะพานค่อยๆ กลายเป็นกระแสหลัก และอนาคตของสะพานโลหะผสมอลูมิเนียมก็ดูสดใส

สะพานถือเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ ตั้งแต่สมัยโบราณที่ผู้คนใช้ต้นไม้ที่ถูกตัดและหินวางซ้อนกันเพื่อข้ามทางน้ำและหุบเขา ไปจนถึงการใช้สะพานโค้งและสะพานแขวน วิวัฒนาการของสะพานนี้ถือว่าน่าทึ่งมาก การเปิดสะพานฮ่องกง-จูไห่-มาเก๊าเมื่อไม่นานนี้ถือเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญในประวัติศาสตร์ของสะพาน ในการก่อสร้างสะพานสมัยใหม่ นอกจากการใช้โครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กแล้ว วัสดุโลหะ โดยเฉพาะโลหะผสมอะลูมิเนียม ยังกลายมาเป็นตัวเลือกหลักเนื่องจากมีข้อดีหลายประการ

ในปี 1933 สะพานโลหะผสมอะลูมิเนียมแห่งแรกของโลกถูกนำมาใช้กับสะพานที่ทอดข้ามแม่น้ำในเมืองพิตต์สเบิร์ก ประเทศสหรัฐอเมริกา มากกว่าสิบปีต่อมา ในปี 1949 แคนาดาได้สร้างสะพานโค้งที่ทำจากอะลูมิเนียมทั้งหมดทอดข้ามแม่น้ำซาเกอเนย์ในควิเบก โดยช่วงเดียวมีความยาว 88.4 เมตร สะพานนี้เป็นโครงสร้างที่ทำจากอะลูมิเนียมทั้งหมดแห่งแรกของโลก สะพานนี้มีเสาสูงประมาณ 15 เมตรและมีช่องจราจร 2 ช่อง สะพานใช้โลหะผสมอะลูมิเนียม 2014-T6 และมีน้ำหนักรวม 163 ตัน เมื่อเทียบกับสะพานเหล็กที่วางแผนไว้ในตอนแรกแล้ว สะพานนี้ช่วยลดน้ำหนักได้ประมาณ 56%

ตั้งแต่นั้นมา กระแสของสะพานโครงสร้างโลหะผสมอะลูมิเนียมก็ไม่หยุดนิ่ง ระหว่างปี 1949 ถึง 1985 สหราชอาณาจักรได้สร้างสะพานโครงสร้างโลหะผสมอะลูมิเนียมประมาณ 35 แห่ง ในขณะที่เยอรมนีได้สร้างสะพานดังกล่าวประมาณ 20 แห่งระหว่างปี 1950 ถึง 1970 การสร้างสะพานจำนวนมากนี้ถือเป็นประสบการณ์อันมีค่าสำหรับผู้สร้างสะพานโลหะผสมอะลูมิเนียมในอนาคต

เมื่อเทียบกับเหล็กแล้ว วัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมจะมีความหนาแน่นต่ำกว่า ทำให้มีน้ำหนักเบากว่ามาก โดยมีน้ำหนักเพียง 34% ของเหล็กในปริมาตรเดียวกัน อย่างไรก็ตาม โลหะผสมอลูมิเนียมยังมีคุณสมบัติความแข็งแรงที่ใกล้เคียงกับเหล็ก นอกจากนี้ โลหะผสมอลูมิเนียมยังมีความยืดหยุ่นและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม ในขณะที่มีต้นทุนการบำรุงรักษาโครงสร้างที่ต่ำกว่า ด้วยเหตุนี้ โลหะผสมอลูมิเนียมจึงได้รับการนำไปใช้ในการก่อสร้างสะพานสมัยใหม่เป็นจำนวนมาก

จีนได้ก้าวหน้าอย่างมากในการก่อสร้างสะพานเช่นกัน สะพาน Zhaozhou ซึ่งมีอายุกว่า 1,500 ปี ถือเป็นความสำเร็จสูงสุดอย่างหนึ่งของวิศวกรรมสะพานจีนโบราณ ในยุคปัจจุบัน จีนได้สร้างสะพานเหล็กหลายแห่งด้วยความช่วยเหลือจากอดีตสหภาพโซเวียต รวมถึงสะพานแม่น้ำแยงซีในหนานจิงและอู่ฮั่น รวมถึงสะพานแม่น้ำเพิร์ลในกว่างโจว อย่างไรก็ตาม การใช้งานสะพานโลหะผสมอลูมิเนียมในจีนดูเหมือนจะมีจำกัด สะพานโครงสร้างโลหะผสมอลูมิเนียมแห่งแรกในจีนคือสะพานคนเดินบนถนน Qingchun ในหางโจว ซึ่งสร้างขึ้นในปี 2007 สะพานนี้ได้รับการออกแบบและติดตั้งโดยวิศวกรสะพานชาวเยอรมัน และวัสดุทั้งหมดนำเข้าจากเยอรมนี ในปีเดียวกันนั้น สะพานคนเดินในซู่เจียฮุย เซี่ยงไฮ้ ได้รับการพัฒนาและผลิตในประเทศทั้งหมดโดยใช้โครงสร้างโลหะผสมอลูมิเนียม โดยส่วนใหญ่ใช้โลหะผสมอลูมิเนียม 6061-T6 และแม้จะมีน้ำหนัก 15 ตัน แต่ก็สามารถรับน้ำหนักได้ 50 ตัน

ในอนาคตสะพานโลหะผสมอะลูมิเนียมจะมีแนวโน้มการพัฒนาที่ก้าวหน้าอย่างมากในประเทศจีน ด้วยเหตุผลหลายประการ:

การก่อสร้างทางรถไฟความเร็วสูงของจีนกำลังเฟื่องฟู โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ภูมิประเทศที่ซับซ้อนของภูมิภาคตะวันตกที่มีหุบเขาและแม่น้ำจำนวนมาก สะพานโลหะผสมอะลูมิเนียมซึ่งขนส่งง่ายและมีน้ำหนักเบา คาดว่าจะมีศักยภาพทางการตลาดที่สำคัญ

วัสดุเหล็กมีแนวโน้มที่จะเกิดสนิมได้ง่ายและมีประสิทธิภาพต่ำในอุณหภูมิต่ำ การกัดกร่อนของเหล็กส่งผลกระทบอย่างมากต่อเสถียรภาพของสะพาน ส่งผลให้ต้นทุนการบำรุงรักษาสูงขึ้นและมีความเสี่ยงต่อความปลอดภัย ในทางตรงกันข้าม วัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมมีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูงและทำงานได้ดีในอุณหภูมิต่ำ ทำให้เหมาะสำหรับสภาพภูมิอากาศต่างๆ และรับประกันความทนทานในระยะยาว แม้ว่าสะพานโลหะผสมอลูมิเนียมอาจมีต้นทุนการก่อสร้างในช่วงแรกสูงกว่า แต่ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาที่ต่ำสามารถช่วยลดช่องว่างด้านต้นทุนได้ในระยะยาว

การวิจัยเกี่ยวกับแผ่นสะพานอลูมิเนียมทั้งในประเทศและต่างประเทศได้รับการพัฒนาอย่างดีและวัสดุเหล่านี้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ความก้าวหน้าในการวิจัยวัสดุให้การรับประกันทางเทคนิคสำหรับการพัฒนาโลหะผสมใหม่ ๆ ที่ตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน ผู้ผลิตอลูมิเนียมในจีน รวมถึงยักษ์ใหญ่ในอุตสาหกรรมอย่าง Liaoning Zhongwang ได้ค่อยๆ เปลี่ยนโฟกัสไปที่โปรไฟล์อลูมิเนียมอุตสาหกรรม ซึ่งวางรากฐานสำหรับการก่อสร้างสะพานโลหะผสมอลูมิเนียม

การก่อสร้างรถไฟใต้ดินในเมืองใหญ่ๆ ของจีนอย่างรวดเร็วมีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับโครงสร้างที่อยู่เหนือพื้นดิน เนื่องจากมีข้อได้เปรียบด้านน้ำหนักอย่างมาก จึงคาดการณ์ได้ว่าจะมีการออกแบบและใช้สะพานคนเดินและสะพานบนทางหลวงที่ทำจากโลหะผสมอะลูมิเนียมมากขึ้นในอนาคต

เรียบเรียงโดย เมย์ เจียง จาก MAT Aluminum