澳大利亞基礎設施的腐蝕相關損壞仍然是建築行業日益關注的問題,估計每年造成驚人的 80 億美元的損失。
每年有 300 億噸混凝土用於建築,混凝土仍然是該行業中使用最廣泛的材料,其使用頻率是木材、鋼鐵、塑料和鋁等所有其他工業材料總和的兩倍,這是由於其低成本、多功能性和耐用性。
鋼筋混凝土已被廣泛的使用在各種民用基礎設施,例如隧道、橋梁、海洋結構和下水道系統。海洋結構,如碼頭和港口,通常用鋼筋混凝土建造,並且由於暴露在海水等惡劣條件下而腐蝕的風險最大。
這些結構的耐用性和使用壽命受到頻繁暴露於加速老化過程的腐蝕性環境的影響。這主要是由混凝土的老劣化和鋼筋的腐蝕共同造成的。
這些結構對於依賴這些類型結構進行日常運營的海洋和運輸工業至關重要。如果它們被腐蝕,可能會導致功能喪失、高維護成本、離岸作業中斷,並且在極少數極端情況下,大災難式的破壞會導致人員傷亡。
能夠預測鋼筋混凝土結構在其實際環境中的長期耐久性能對於如何針對現有結構進行維護、以及設計耐用的新一代永續結構至關重要。
到底該如何解決呢?
儘管進行了數十年的研究,但海洋環境中鋼筋腐蝕和結構損壞背後的潛在機制仍然難以捉摸。Curtin腐蝕中心的團隊在 SmartCrete CRC 的資助下,正在著手尋找一種創新的解決方案來解決這個日益嚴重的問題。
該中心已經開始研究開發一種人工智能 (AI) 為核心的腐蝕監測工具,以改善受腐蝕影響的海洋結構的維護作業,並尋找更好的方法來修復以常用工程材料(如鋼筋混凝土)建造的老化海洋結構。
另外,透過結合維修歷史紀錄和新型無線傳感器,新一代以人工智慧為核心的決策工具將提供有關海洋結構的數據,機器學習 (ML) 演算法將為港務局自動產出高風險區域的報告,因此可以進一步安排維護策略。
在確認高風險區域後,將可進一步安裝合適的監測感測器,如此將可開發出更好的維修解決方案,以延長這些結構的使用壽命並延長檢查週期。
開發可長距離通信的新型無線傳感器亦是該研究項目的一部分,同時將建立新的測試標準以評估新型和可持續建築材料、新型塗料和密封劑以及新型緩蝕劑的耐腐蝕性。
腐蝕對我們的影響比我們意識到的要多。建築行業中金屬的使用率很高,這些類型的材料通常會由於其特殊的暴露環境導致腐蝕。
根據這些金屬的使用場所,腐蝕程度可能包括基礎設施損壞、飲用水污染、天然氣供應短缺和重大環境破壞。
目前,關於現有鋼筋混凝土結構腐蝕的知識有限,這可能會導致做出較為保守的決定,並在使用壽命之前過早進行修復或修復。
腐蝕管理的未來
工程師和研究人員將繼續面臨的另一個挑戰是需要不斷評估新一代創新和永續建築材料的適用性,以滿足日益苛刻的耐久性要求。
能夠及早發現腐蝕的腐蝕監測技術對於降低結構解體的風險扮演著關鍵的腳色。然而,傳統的腐蝕監測技術通常昂貴且仰賴大量的勞工成本。
測量鋼筋混凝土氯化物含量的傳統方法涉及化學或物理實驗室技術,並需要從實際結構中取出樣品。這些方法通常具有破壞性,並且會產生高昂的直接和間接成本。
例如,傳統的公路結構的現地檢查和維護計畫將導致交通延誤,並佔建設成本的 15% 至 40%。因此,利用安裝感測器達成自動腐蝕監測技術的發展在全球受到越來越多的關注。
Curtin University的Curtin腐蝕中心致力於領導該領域的研究,並與工業界合作,以確保更適當地管理結構的腐蝕程度。
考慮到混凝土腐蝕的多重性質,使用人工智慧等新興技術將是未來的方向。這些技術對於相關研究工作的進展非常有效,並且可以在建築行業中發揮關鍵作用。
簡言之,人工智慧不僅有助於改進日常監測腐蝕的執行方式,更可大幅減少了承包商實際評估腐蝕所花費的時間,從而顯著降低了維護成本。
2022.08.22 INFRA STRUCTURE by the Curtin Corrosion Centre