Hãy tưởng tượng một thế giới nơi việc xây dựng cầu không chỉ giảm chi phí đáng kể mà còn nâng cao hiệu suất và lợi ích môi trường. Tầm nhìn này hiện đã trở thành hiện thực, nhờ sự ra đời của Thép Hiệu suất Cao (HPS) và thép phong hóa, đang cách mạng hóa lĩnh vực kỹ thuật cầu bằng cách cung cấp các giải pháp tiết kiệm hơn, bền hơn và thân thiện với môi trường hơn.
Năm 1992, Viện Sắt và Thép Hoa Kỳ (AISI) đã hợp tác với Trung tâm Chiến tranh Bề mặt Hải quân Carderock và Cục Quản lý Đường cao tốc Liên bang (FHWA) để phát triển một giải pháp thay thế vượt trội cho thép cầu. Sự hợp tác này, quy tụ các chuyên gia từ sản xuất thép, thiết kế cầu, sản xuất, hàn, chính phủ và giới học thuật, đã dẫn đến việc tạo ra Thép Hiệu suất Cao (HPS), một vật liệu mang tính đột phá.
So với các vật liệu cầu truyền thống, HPS có thể giảm chi phí tới 18% trong khi giảm trọng lượng tới 28%. Từ ý tưởng đến ứng dụng thực tế, HPS chỉ mất 5 năm để được sử dụng rộng rãi trên khắp Hoa Kỳ. Dòng HPS 100W, HPS 70W và HPS 50W tạo ra những cây cầu không chỉ tiết kiệm chi phí hơn mà còn chắc chắn hơn, nhẹ hơn và có khả năng chống ăn mòn trong khí quyển tốt hơn. Ngoài ra, chúng thể hiện khả năng chống mỏi và độ bền vượt trội.
Ý nghĩa và sự đổi mới của HPS đã được công nhận vào năm 1997 khi Quỹ Nghiên cứu Kỹ thuật Xây dựng (CERF) trao Giải thưởng Sáng tạo Charles Pankow cho nhóm hợp tác của AISI, Hải quân Hoa Kỳ và FHWA — một minh chứng cho tác động mang tính thay đổi của vật liệu.
Các kỹ sư cầu ưa chuộng thép phong hóa vì hiệu suất vượt trội, hiệu quả chi phí và lợi ích môi trường. Loại thép này chứa các nguyên tố hợp kim đặc biệt cho phép nó tạo thành một lớp gỉ bảo vệ dày đặc (thường được gọi là “lớp gỉ”) trong điều kiện khí quyển thích hợp. Lớp này ngăn chặn hiệu quả sự ăn mòn, kéo dài đáng kể tuổi thọ của cầu.
Cây cầu thép phong hóa đầu tiên ở Hoa Kỳ được xây dựng vào năm 1964, bắc qua đường cao tốc New Jersey. Theo thời gian, nó đã chứng minh được độ bền và hiệu suất đáng kể.
Việc sử dụng thép phong hóa không sơn thường tiết kiệm ít nhất 10% chi phí ban đầu và ít nhất 30% chi phí vòng đời. Khoản tiết kiệm ban đầu đến từ việc loại bỏ nhu cầu sơn, trong khi khoản tiết kiệm dài hạn bắt nguồn từ độ bền đặc biệt của vật liệu. Việc kiểm tra các cây cầu đã được sử dụng từ 18 đến 30 năm cho thấy thép phong hóa hoạt động đặc biệt tốt trong hầu hết các môi trường.
Thép phong hóa cũng mang lại những lợi thế về môi trường đáng chú ý. Bằng cách loại bỏ nhu cầu sơn ban đầu, nó làm giảm lượng khí thải hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) liên quan đến lớp phủ gốc dầu. Hơn nữa, nó tránh được nhu cầu loại bỏ lớp phủ hoặc xử lý chất thải nổ bị ô nhiễm trong suốt vòng đời của cầu, giúp tăng cường hơn nữa hồ sơ thân thiện với môi trường của nó.
Nhiều cây cầu bị khiếm khuyết về cấu trúc ở Hoa Kỳ là cầu nhịp ngắn, thường có chiều dài từ 20 đến 140 feet. Những cây cầu này đều có thể được thay thế bằng những cây cầu thép bền, bền vững và tiết kiệm chi phí. Với các hệ thống mô-đun hiện đại, một cây cầu thép hiện có thể được lắp đặt trong vòng chưa đầy 48 giờ, giảm thiểu thời gian thi công và gián đoạn giao thông.
Để hiểu đầy đủ những lợi ích của HPS, hãy xem xét những điều sau:
Các đặc tính độc đáo của thép phong hóa khiến nó trở thành một lựa chọn nổi bật:
Một số dự án làm nổi bật sự thành công của các vật liệu này:
Mặc dù những vật liệu này mang lại nhiều lợi ích, nhưng các kỹ sư phải tính đến:
Thép Hiệu suất Cao và thép phong hóa đại diện cho một bước nhảy vọt mang tính thay đổi trong kỹ thuật cầu. Bằng cách giảm chi phí, cải thiện độ bền và giảm tác động đến môi trường, chúng đang mở đường cho cơ sở hạ tầng an toàn hơn, bền vững hơn. Khi công nghệ phát triển, những vật liệu này sẽ tiếp tục đóng một vai trò then chốt trong việc định hình tương lai của việc xây dựng cầu.
