Stale nierdzewne typu duplex: Innowacyjne rozwiązania w konstrukcjach mostowych na przykładzie amerykańskiego mostu I-74

W ostatnich latach obserwuje się rosnące zainteresowanie wykorzystaniem stali nierdzewnych typu duplex w dużych konstrukcjach mostowych oraz infrastrukturze drogowej i kolejowej. Konieczność wymiany starych konstrukcji stalowych daje możliwości do zastosowania nowych koncepcji projektowych oraz nowoczesnych materiałów o wydłużonej trwałości i odporności korozyjne na różne typy warunków pogodowych. Dodatkowo konieczność uwzględniania czynników środowiskowych i wymogi projektowania na długi okres eksploatacji w naturalny sposób skłaniają do wyboru tych materiałów.

Konstrukcje mostowe stosujące stale nierdzewne typu duplex są licznie spotykane w krajach Azjatyckich, rzadziej w Europie, gdzie najwięcej konstrukcji występuje w Skandynawii. Natomiast w Stanach zjednoczonych są one do tej pory nieliczne. Konieczność wymiany starych konstrukcji na nowe zwiększa szansę na zastosowanie nowoczesnych stali nierdzewnych, w tym wysokostopowych stali typu duplex i super-duplex. Takim przykładem jest konstrukcja mostu I-74, znanego również jako Iowa-Illinois Memorial Bridge. Konstrukcja znajduje się na środkowym zachodzie Stanów Zjednoczonych i rozciąga się nad rzeką Mississippi, ma ponadto kluczowe znaczenie dla transportu w regionie.

Most I-74 składa się z pary mostów łukowych, jednego prowadzącego do Iowa i jednego do Illinois. Niedawna wymiana tych mostów wymagała starannego wyboru materiałów, które przetrwają sto lat przy minimalnej konserwacji. W moście zastosowano stal nierdzewną typu duplex 2205 (1.4462) i super-duplex 2507 (1.4410), co zapewnia wytrzymałość, trwałość i odporność na korozję.

Jednym z głównych wyzwań w budowie mostów jest narażenie na działanie soli odladzających, które w kompozycji zawierają między innymi chlorki magnezu i wapnia. Oddziaływanie takich soli, w połączeniu z cyklicznym obciążeniem (od ruchu mostowego) prętów kotwiących, stwarza ryzyko dla integralności konstrukcji. W celu zmniejszenia tego ryzyka projektanci wybrali na pręty kotwiące stal nierdzewną typu duplex 2507 (1.4410). Duży udział molibdenu (3-4,5%) w gatunku 2507 (1.4410) poprzez hamowanie tworzenia się wżerów korozyjnych zmniejsza prawdopodobieństwo uszkodzenia spowodowanego korozją naprężeniową w wyniku oddziaływania chlorków. W sumie zastosowano 384 wstępnie naprężone pręty kotwiące wykonane ze stali nierdzewnej typu duplex 2507 (1.4410), które mocują konstrukcję w ośmiu punktach do żelbetowych przyczółków. Wytrzymałość stali nierdzewnej super-duplex umożliwiła projektantom zastosowanie mniejszej liczby prętów kotwiących w większych odstępach, co nie spowodowało wzrostu kosztów całego projektu.

W konstrukcji mostowej oprócz gatunku super-duplex zastosowano również stal typu duplex 2205 (1.4462). Z tego materiału wykonano zbrojenie w betonowych przyczółkach, poszyciu mostu i barierach uderzeniowych. Stal nierdzewna duplex 2205 zawierająca 3% molibdenu zapewnia znacznie większą odporność na korozję niż pręty zbrojeniowe ze stali węglowej użyte w oryginalnym moście. Zdolność molibdenu do tłumienia korozji pomaga w ten sposób osiągnąć wymagany 100-letni okres użytkowania.

Most I-74, w którym zastosowano duplex, został nagrodzony nagrodą Major Span Prize Bridge Award 2022 za kreatywność i innowacyjność w projektowaniu. Nowy most jest nie tylko imponujący wizualnie (z oświetleniem LED i oknami podłogowymi, przez które piesi mogą podziwiać rzekę w dole), ale jest także znacznie bezpieczniejszy i łatwiejszy w utrzymaniu w porównaniu do starych mostów.

Zastosowanie stali nierdzewnych typu duplex, super-duplex w konstrukcji mostu wynika z ich doskonałej odporności na korozję w środowisku chlorków, co jest szczególnie istotne w lokalizacjach, gdzie stosowana jest sól drogowa do odladzania nawierzchni. Ponadto stale duplex zapewniają zwiększoną wytrzymałość, udarność w niskich temperaturach i wydajność pod obciążeniem. Właściwości te miały kluczowe znaczenie dla zapewnienia trwałości i długowieczności mostu. Ogólnie rzecz biorąc, zastosowanie stali nierdzewnej typu duplex w konstrukcji mostu I-74 zapewniło trwałą i odporną na korozję infrastrukturę, która będzie służyć osobom dojeżdżającym do pracy jedną z najważniejszych arterii Stanów Zjednoczonych.

Literatura

[1]. Award winning bridge uses 2205 and 2507 duplex stainless steel, https://www.teamstainless.org/news/award-winning-bridge-uses-2205-and-2507-duplex-stainless-steel/