Γιατί οι πλάκες οξειδίου του μαγνησίου (πλάκες MgO) δεν είναι κατάλληλες για σήραγγες

Οι πλάκες οξειδίου του μαγνησίου, κοινώς γνωστές ως πλάκες MgO, έχουν κερδίσει δημοτικότητα στον κατασκευαστικό κλάδο λόγω των πυρίμαχων ιδιοτήτων τους, του ελαφρού σχεδιασμού τους και της ευκολίας εγκατάστασής τους. Αυτά τα εργοστασιακά προϊόντα επένδυσης, που συχνά ενισχύονται με πλέγμα από ίνες γυαλιού, αποτελούνται συνήθως από οξείδιο του μαγνησίου (MgO) και χλωριούχο μαγνήσιο (MgCl₂), σχηματίζοντας ένα συνδετικό υλικό γνωστό ως τσιμέντο οξυχλωριούχου μαγνησίου ή τσιμέντο Sorel. Αν και έχουν χρησιμοποιηθεί σε γενικές εφαρμογές δόμησης, όπως εσωτερικοί τοίχοι ή προσόψεις, πρόσφατα στοιχεία από έρευνες και κατευθυντήριες γραμμές υπογραμμίζουν σημαντικά μειονεκτήματα που τα καθιστούν ακατάλληλα για περιβάλλοντα σηράγγων. Με βάση μελέτες σχετικά με τις ζημιές που προκαλεί η υγρασία στα κτίρια και συγκεκριμένες συστάσεις για την πυροπροστασία των οδικών σηράγγων, το παρόν άρθρο εξετάζει τους λόγους για τους οποίους οι πλάκες MgO πρέπει να αποφεύγονται στις σήραγγες.

Το παρόν άρθρο έχει συνταχθεί ως προειδοποίηση για τους μηχανικούς και τους χειριστές σηράγγων που εξετάζουν το ενδεχόμενο να χρησιμοποιήσουν αυτού του είδους τα προϊόντα στις κατασκευές τους. Οι πληροφορίες που περιέχονται εδώ βασίζονται στις απόψεις των επαγγελματικών κοινοτήτων και στα έγγραφα που αναφέρονται παρακάτω.

Εάν εξακολουθείτε να θέλετε να χρησιμοποιήσετε πλάκες MgO για σήραγγες, κάντε μια απλή δοκιμή: πάρτε ένα δείγμα του προϊόντος χωρίς επίστρωση/επεξεργασία και βάλτε το σε ένα δοχείο με νερό. Δείτε μόνοι σας πόσο θα αντέξει.

Πλάκες MgO – Κίνδυνοι απορρόφησης υγρασίας και διάβρωσης σε υγρά περιβάλλοντα

Ένα από τα κύρια προβλήματα με τις πλάκες οξειδίου του μαγνησίου είναι η τάση τους να απορροφούν υγρασία από τον αέρα, ιδιαίτερα σε συνθήκες υψηλής υγρασίας. Μια μελέτη που διεξήχθη από ερευνητές του Πολυτεχνείου της Δανίας, η οποία δημοσιεύθηκε στα πρακτικά του Διεθνούς Συνεδρίου RILEM για τα Υλικά, τα Συστήματα και τις Κατασκευές στην Πολιτική Μηχανική 2016, κατέγραψε εκτεταμένες ζημιές από υγρασία σε νέα και ανακαινισμένα κτίρια στη Δανία, όπου πλάκες MgO χρησιμοποιήθηκαν ως επένδυση σε αεριζόμενες προσόψεις. Το χειμώνα 2014/15, αυτές οι πλάκες άρχισαν να εμφανίζουν σημάδια φθοράς, συμπεριλαμβανομένου του σχηματισμού σταγόνων νερού στην επιφάνειά τους —που συχνά περιγράφονται ως «δάκρυα»— οι οποίες περιείχαν υψηλές συγκεντρώσεις διαλυτών ιόντων χλωρίου.

Ο μηχανισμός πίσω από αυτό το πρόβλημα πηγάζει από τη σύνθεση των πλακών. Οι πλάκες MgO απορροφούν την υγρασία του περιβάλλοντος όταν τα επίπεδα σχετικής υγρασίας (RH) φτάνουν το 90-100%, οδηγώντας στην έκπλυση ιόντων χλωρίου από το συνδετικό υλικό οξυχλωριούχου μαγνησίου. Αυτές οι αλμυρές σταγόνες όχι μόνο τρέχουν κάτω από τις πλάκες, αλλά και στάζουν σε παρακείμενες κατασκευές, προκαλώντας διάβρωση μεταλλικών εξαρτημάτων, αγκυρίων και άλλων εξαρτημάτων. Στις περιπτώσεις της Δανίας, τα μεταλλικά εξαρτήματα διαβρώθηκαν σε μεγάλο βαθμό μέσα σε λίγα μόνο χρόνια και παρατηρήθηκε ανάπτυξη μούχλας σε κοντινά στοιχεία, όπως μονωτικά και ξύλινες κατασκευές. Η μελέτη περιελάμβανε επίσης έρευνες σχετικά με τις ιδιότητες απορρόφησης και εκρόφησης υγρασίας των πλακών, επιβεβαιώνοντας ότι απελευθερώνουν σημαντικές ποσότητες νερού με χλωριούχα, γεγονός που επιδεινώνει τις ζημιές σε κλειστούς ή ημικλειστούς χώρους.

Οι σήραγγες, από τη φύση τους, είναι επιρρεπείς σε υψηλή υγρασία λόγω του περιορισμένου αερισμού, της διήθησης των υπόγειων υδάτων και της συμπύκνωσης. Οι Οδηγίες για το Σχεδιασμό Δομών Οδικών Σηράγγων και Κτιρίων Σηράγγων, που εκδόθηκαν από το Τμήμα Οδοποιίας του Χονγκ Κονγκ τον Μάρτιο του 2023, τονίζουν την ανάγκη για ανθεκτικά υλικά σε τέτοια περιβάλλοντα, σημειώνοντας ότι ο σχεδιασμός των σηράγγων πρέπει να λαμβάνει υπόψη τη μακροχρόνια έκθεση στην υγρασία. Σε ένα τούνελ, τα προβλήματα απορρόφησης υγρασίας που παρατηρούνται στις προσόψεις των κτιρίων θα ενταθούν. Η έκπλυση χλωριούχου άλατος από τις πλάκες οξειδίου του μαγνησίου μπορεί να διαβρώσει κρίσιμα χαλύβδινα ενισχυτικά στοιχεία, ανεμιστήρες, καλωδιούχες και αγκύρια, οδηγώντας σε πρόωρη δομική αστοχία και αυξημένα έξοδα συντήρησης. Σε αντίθεση με τις προσόψεις σε ανοιχτό χώρο, τα τούνελ είναι κλειστοί χώροι όπου η συσσώρευση υγρασίας είναι πιο δύσκολο να μετριαστεί, με αποτέλεσμα μικρές διαρροές να μετατραπούν σε εκτεταμένη φθορά.

Ανησυχίες για την πυρασφάλεια και την εκπομπή τοξικών αερίων

Πέρα από τα προβλήματα υγρασίας, οι πλάκες MgO ενέχουν σοβαρούς κινδύνους σε περίπτωση πυρκαγιάς, κάτι που αποτελεί κρίσιμο παράγοντα για τις σήραγγες. Η Ομάδα Εργασίας 6 της Διεθνούς Ένωσης Σηράγγων και Υπόγειων Χώρων (ITA) για τη Συντήρηση και την Επισκευή, στην έκθεσή της για το 2017 σχετικά με την Δομική Πυροπροστασία για Οδικές Σήραγγες, κατηγοριοποιεί ρητά τα υλικά με βάση το οξυχλωριούχο μαγνήσιο ως ακατάλληλα για πυροπροστασία σε σήραγγες. Αυτές οι πλάκες, που συχνά διατίθενται στην αγορά ως «ενισχυμένο με ίνες μαγνήσιο» ή «οξείδιο του μαγνησίου με πυριτικά άλατα και πρόσθετα», περιέχουν χλωρίδια που δημιουργούν τεχνικούς κινδύνους και κινδύνους για την ασφάλεια της ζωής.

Κατά τη διάρκεια μιας πυρκαγιάς, οι πλάκες MgO μπορούν να απελευθερώσουν αέριο υδροχλωρικό οξύ (HCl), μια εξαιρετικά τοξική και διαβρωτική ουσία. Αυτό το αέριο όχι μόνο επιδεινώνει το περιβάλλον μέσα στη σήραγγα, καθιστώντας την επικίνδυνη για τους εκκενωμένους και τους διασώστες, αλλά επιταχύνει επίσης τη διάβρωση των γύρω μεταλλικών εξαρτημάτων. Η έκθεση της ITA υπογραμμίζει ότι η έκθεση σε υψηλές θερμοκρασίες προκαλεί τη διάσπαση των πλακών, απελευθερώνοντας HCl που μπορεί να επηρεάσει την ορατότητα, να ερεθίσει το αναπνευστικό σύστημα και να εμποδίσει τις επιχειρήσεις έκτακτης ανάγκης. Ανεξάρτητες έρευνες που αναφέρονται στην έκθεση, συμπεριλαμβανομένων μελετών από την Αυστραλία, καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι αυτά τα υλικά θέτουν σε κίνδυνο την ανθεκτικότητα και την ασφάλεια των σηράγγων, ειδικά σε συνθήκες υψηλής υγρασίας όπου η έκπλυση χλωριούχων αλάτων αποτελεί ήδη πρόβλημα.

Οι σήραγγες είναι περιβάλλοντα υψηλού κινδύνου για πυρκαγιές λόγω της κυκλοφορίας οχημάτων, των φορτίων καυσίμων και των περιορισμένων οδών διαφυγής. Οι Οδηγίες του Χονγκ Κονγκ τονίζουν τη σημασία των περιόδων πυραντίστασης (FRP) και των θερμικών φραγμών που μπορούν να αντέξουν σε ακραία φαινόμενα χωρίς να θέτουν σε κίνδυνο την δομική ακεραιότητα. Οι πλάκες οξειδίου του μαγνησίου, αν και είναι πυράντοχες σε ελεγχόμενα κτιριακά περιβάλλοντα, δεν πληρούν αυτές τις αυστηρές απαιτήσεις στις σήραγγες. Η αποσύνθεσή τους υπό έντονη θερμότητα μπορεί να επιδεινώσει την εξάπλωση της φωτιάς, να απελευθερώσει πυκνό καπνό και να παράγει τοξικά αέρια, παραβιάζοντας τα πρότυπα ασφάλειας ζωής που έχουν καθοριστεί από οργανισμούς όπως η PIARC (Παγκόσμια Οδική Ένωση) και η ITA.

Προκλήσεις συντήρησης και ανθεκτικότητας σε εφαρμογές σηράγγων

Οι κατασκευές σηράγγων απαιτούν εξαιρετική μακροζωία, με σχεδιαστική διάρκεια ζωής που συχνά υπερβαίνει τα 100 χρόνια, σύμφωνα με τις Οδηγίες του Χονγκ Κονγκ. Οι παράγοντες συντήρησης είναι υψίστης σημασίας, συμπεριλαμβανομένων των διατάξεων για πρόσβαση για επιθεώρηση, στεγανοποίηση και αντοχή σε περιβαλλοντικούς παράγοντες πίεσης. Η δανική μελέτη αποκάλυψε ότι οι πλάκες MgO δεν προκαλούν μόνο άμεση ζημιά λόγω υγρασίας, αλλά και έμμεσα προβλήματα όπως ανάπτυξη μούχλας, η οποία μπορεί να πολλαπλασιαστεί στο υγρό, κακώς φωτισμένο εσωτερικό μιας σήραγγας.

Στα τούνελ, όπου οι τακτικές επιθεωρήσεις είναι δύσκολες και δαπανηρές, η χρήση πλακών οξειδίου του μαγνησίου θα απαιτούσε συχνές παρεμβάσεις για την αντιμετώπιση της διάβρωσης ή των ζημιών από το νερό. Η έκθεση της ITA προειδοποιεί ότι η έκπλυση χλωριούχων αλάτων επηρεάζει αρνητικά τη μακροπρόθεσμη ανθεκτικότητα, οδηγώντας ενδεχομένως σε δαπανηρές επισκευές ή ακόμη και στο κλείσιμο των τούνελ. Η οργανική ύλη που μερικές φορές βρίσκεται σε αυτές τις πλάκες μπορεί να προωθήσει περαιτέρω τη βιολογική ανάπτυξη, επιδεινώνοντας τα προβλήματα υγιεινής και δομικά προβλήματα.

Ο περιορισμένος χαρακτήρας των σηράγγων ενισχύει αυτά τα προβλήματα σε σύγκριση με τα κτίρια. Για παράδειγμα, στις αεριζόμενες προσόψεις, η υπερβολική υγρασία μπορεί να εξατμιστεί ή να αποστραγγιστεί, αλλά στις σήραγγες μπορεί να συσσωρευτεί, οδηγώντας σε επίμονη υγρασία και επιταχυνόμενη φθορά. Οι κατευθυντήριες γραμμές τόσο της ITA όσο και του Τμήματος Οδοποιίας του Χονγκ Κονγκ υποστηρίζουν υλικά όπως οι πλάκες πυριτικού ασβεστίου ή τα σπρέι βερμικουλίτη/τσιμέντου, τα οποία προσφέρουν καλύτερη αντοχή στην υγρασία και τη φωτιά χωρίς τα μειονεκτήματα που σχετίζονται με το χλωριούχο άλας.

Συμπέρασμα

Αν και οι πλάκες MgO μπορεί να φαίνονται ελκυστικές λόγω της οικονομικής τους αποδοτικότητας και της πυραντίστασης τους σε γενικές κατασκευές, τα στοιχεία από πραγματικές εφαρμογές και οι οδηγίες των ειδικών αποδεικνύουν σαφώς την ακαταλληλότητά τους για σήραγγες. Η απορρόφηση υγρασίας που οδηγεί σε έκπλυση χλωριούχων, διάβρωση και μούχλα, η απελευθέρωση τοξικού HCl σε πυρκαγιές και τα μακροπρόθεσμα βάρη συντήρησης τις καθιστούν επικίνδυνη επιλογή σε αυτά τα κρίσιμα έργα υποδομής. Οι σχεδιαστές και οι μηχανικοί σηράγγων πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τις συστάσεις φορέων όπως η ITA και οι τοπικές αρχές, επιλέγοντας αντ’ αυτού αποδεδειγμένα υλικά χωρίς χλωριούχο άλας που εξασφαλίζουν ασφάλεια, ανθεκτικότητα και λειτουργική αξιοπιστία. Αποφεύγοντας τις πλάκες οξειδίου του μαγνησίου, μπορούμε να προστατεύσουμε καλύτερα τις ζωές και τις επενδύσεις στα υπόγεια δίκτυα μεταφορών.

Πηγές:

Carsten Rodea*, Tommy Bunch-Nielsenb, Kurt Kielsgaard Hansena, Bent Grelk – Οι πλάκες οξειδίου του μαγνησίου προκαλούν ζημιά από υγρασία στο εσωτερικό των προσόψεων σε νέα κτίρια στη Δανία

ITA – Δομική πυροπροστασία σε σήραγγες – Ομάδα εργασίας 6 – Συντήρηση και επισκευή

Οδηγίες για το σχεδιασμό δομών οδικών σηράγγων και κτιρίων σηράγγων που πρέπει να συντηρούνται από το HyD

Stefanie Wøhler Nielsen, Carsten Rode,*, Tommy Bunch-Nielsen, Kurt Kielsgaard Hansen, Wolfgang Kunther και Bent Grelk – Ιδιότητες των πλακών οξειδίου του μαγνησίου που χρησιμοποιούνται ως επένδυση σε εξωτερικούς τοίχους