วัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมสำหรับการก่อสร้างสะพานกำลังกลายเป็นกระแสหลัก และอนาคตของสะพานโลหะผสมอลูมิเนียมก็ดูสดใส

สะพานถือเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญในประวัติศาสตร์มนุษยชาติ ตั้งแต่สมัยโบราณที่มนุษย์ใช้ต้นไม้ที่โค่นและกองหินเพื่อข้ามทางน้ำและหุบเหว ไปจนถึงการใช้สะพานโค้งและสะพานแขวน วิวัฒนาการของสะพานนี้มีความโดดเด่นอย่างยิ่ง การเปิดสะพานฮ่องกง-จูไห่-มาเก๊าเมื่อเร็วๆ นี้ถือเป็นก้าวสำคัญในประวัติศาสตร์ของสะพาน การก่อสร้างสะพานสมัยใหม่ นอกจากการใช้โครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กแล้ว วัสดุโลหะ โดยเฉพาะโลหะผสมอะลูมิเนียม ได้กลายเป็นตัวเลือกหลักเนื่องจากข้อดีหลายประการ

ในปี พ.ศ. 2476 สะพานอะลูมิเนียมอัลลอยด์แห่งแรกของโลกถูกนำมาใช้กับสะพานข้ามแม่น้ำในเมืองพิตต์สเบิร์ก สหรัฐอเมริกา กว่าสิบปีต่อมา ในปี พ.ศ. 2492 แคนาดาได้สร้างสะพานโค้งอะลูมิเนียมทั้งหมดข้ามแม่น้ำซาเกอเนย์ในรัฐควิเบก โดยมีความยาวช่วงเดียว 88.4 เมตร สะพานนี้เป็นโครงสร้างอะลูมิเนียมอัลลอยด์แห่งแรกของโลก มีเสาสูงประมาณ 15 เมตร และมีช่องจราจรสองช่อง สะพานใช้อะลูมิเนียมอัลลอยด์ 2014-T6 และมีน้ำหนักรวม 163 ตัน เมื่อเทียบกับสะพานเหล็กที่วางแผนไว้ในตอนแรก พบว่าน้ำหนักลดลงประมาณ 56%

นับตั้งแต่นั้นมา กระแสสะพานโครงสร้างอะลูมิเนียมอัลลอยด์ก็ไม่เคยหยุดยั้ง ระหว่างปี พ.ศ. 2492 ถึง พ.ศ. 2528 สหราชอาณาจักรได้สร้างสะพานโครงสร้างอะลูมิเนียมอัลลอยด์ประมาณ 35 แห่ง ขณะที่เยอรมนีได้สร้างสะพานดังกล่าวประมาณ 20 แห่ง ระหว่างปี พ.ศ. 2493 ถึง พ.ศ. 2513 การสร้างสะพานจำนวนมากนี้มอบประสบการณ์อันมีค่าให้กับผู้สร้างสะพานอะลูมิเนียมอัลลอยด์ในอนาคต

เมื่อเทียบกับเหล็กแล้ว วัสดุอะลูมิเนียมอัลลอยด์มีความหนาแน่นต่ำกว่า ทำให้มีน้ำหนักเบากว่ามาก โดยมีน้ำหนักเพียง 34% ของเหล็กในปริมาตรเดียวกัน อย่างไรก็ตาม อะลูมิเนียมอัลลอยด์มีคุณสมบัติด้านความแข็งแรงใกล้เคียงกับเหล็ก นอกจากนี้ อะลูมิเนียมอัลลอยด์ยังมีความยืดหยุ่นและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม ในขณะที่มีต้นทุนการบำรุงรักษาโครงสร้างที่ต่ำกว่า ด้วยเหตุนี้ อะลูมิเนียมอัลลอยด์จึงถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในการก่อสร้างสะพานสมัยใหม่

จีนมีความก้าวหน้าอย่างมากในการก่อสร้างสะพานเช่นกัน สะพานจ้าวโจวซึ่งมีอายุกว่า 1,500 ปี ถือเป็นความสำเร็จอันสูงสุดแห่งหนึ่งของวิศวกรรมสะพานจีนโบราณ ในยุคปัจจุบัน ด้วยความช่วยเหลือจากอดีตสหภาพโซเวียต จีนได้สร้างสะพานเหล็กหลายแห่ง รวมถึงสะพานข้ามแม่น้ำแยงซีในหนานจิงและอู่ฮั่น รวมถึงสะพานข้ามแม่น้ำจูเจียงในกว่างโจว อย่างไรก็ตาม การนำสะพานโลหะผสมอะลูมิเนียมมาใช้ในจีนดูเหมือนจะยังมีจำกัด สะพานโครงสร้างโลหะผสมอะลูมิเนียมแห่งแรกในจีนคือสะพานคนเดินบนถนนชิงชุนในหางโจว สร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2550 สะพานนี้ได้รับการออกแบบและติดตั้งโดยวิศวกรสะพานชาวเยอรมัน และวัสดุทั้งหมดนำเข้าจากเยอรมนี ในปีเดียวกันนั้น สะพานคนเดินในซูเจียฮุย เซี่ยงไฮ้ ได้รับการพัฒนาและผลิตภายในประเทศทั้งหมดโดยใช้โครงสร้างโลหะผสมอะลูมิเนียม โดยส่วนใหญ่ใช้โลหะผสมอะลูมิเนียม 6061-T6 และแม้จะมีน้ำหนักตัว 15 ตัน แต่ก็สามารถรับน้ำหนักได้ถึง 50 ตัน

ในอนาคตสะพานโลหะผสมอลูมิเนียมจะมีแนวโน้มการพัฒนาที่ก้าวไกลในประเทศจีนด้วยเหตุผลหลายประการ:

1 การก่อสร้างรถไฟความเร็วสูงของจีนกำลังเฟื่องฟู โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ทางตะวันตกที่มีภูมิประเทศซับซ้อนซึ่งมีหุบเขาและแม่น้ำจำนวนมาก คาดว่าสะพานอะลูมิเนียมอัลลอยด์จะมีศักยภาพทางการตลาดที่สำคัญ เนื่องจากความสะดวกในการขนส่งและคุณสมบัติน้ำหนักเบา

2 วัสดุเหล็กมักเกิดสนิมได้ง่ายและมีประสิทธิภาพต่ำในอุณหภูมิต่ำ การกัดกร่อนของเหล็กส่งผลกระทบอย่างมากต่อเสถียรภาพของสะพาน ส่งผลให้ต้นทุนการบำรุงรักษาสูงขึ้นและมีความเสี่ยงด้านความปลอดภัย ในทางกลับกัน วัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมมีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูงและทำงานได้ดีในอุณหภูมิต่ำ จึงเหมาะกับสภาพภูมิอากาศที่หลากหลายและมีความทนทานในระยะยาว แม้ว่าสะพานโลหะผสมอลูมิเนียมอาจมีต้นทุนการก่อสร้างในช่วงแรกสูงกว่า แต่ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาที่ต่ำสามารถช่วยลดช่องว่างด้านต้นทุนในระยะยาวได้

งานวิจัยเกี่ยวกับแผ่นสะพานอะลูมิเนียมทั้งในประเทศและต่างประเทศได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และวัสดุเหล่านี้ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลาย ความก้าวหน้าในการวิจัยวัสดุช่วยสร้างความมั่นใจทางเทคนิคสำหรับการพัฒนาโลหะผสมใหม่ๆ ที่ตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน ผู้ผลิตอะลูมิเนียมในจีน รวมถึงบริษัทยักษ์ใหญ่ในอุตสาหกรรมอย่าง Liaoning Zhongwang ได้ค่อยๆ เปลี่ยนความสนใจไปที่โปรไฟล์อะลูมิเนียมสำหรับอุตสาหกรรม ซึ่งเป็นการวางรากฐานสำหรับการก่อสร้างสะพานด้วยโลหะผสมอะลูมิเนียม

การก่อสร้างรถไฟฟ้าใต้ดินในเมืองใหญ่ๆ ของจีนอย่างรวดเร็วมีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับโครงสร้างที่อยู่เหนือพื้นดิน เนื่องจากมีข้อได้เปรียบด้านน้ำหนักอย่างมาก จึงคาดการณ์ได้ว่าจะมีการออกแบบและใช้งานสะพานคนเดินและสะพานทางหลวงที่ทำจากอะลูมิเนียมอัลลอยด์มากขึ้นในอนาคต

แก้ไขโดย May Jiang จาก MAT Aluminum