Inteligentne drogi same topią śnieg: Samonagrzewający się beton zwalcza zimowe zagrożenia

Naukowcy opracowali samonagrzewający się beton, który może sprawić, że odśnieżanie i posypywanie solą na dużą skalę stanie się przeszłością. Nowy materiał https://www.researchgate.net/publication/377471346_Development_of_Self-Heating_Concrete_using_Low-Temperature_Phase_Change_Materials_Multi-scale_and_In-situ_Real-Time_Evaluation_of_Snow-Melting_and_Freeze-thaw_Performance nad którym od pięciu lat prowadzone są badania na Uniwersytecie Drexel w Filadelfii, topi śnieg na drogach i chodnikach nawet przez dziesięć godzin.

Zaśnieżone i oblodzone drogi spowalniają ruch i zwiększają ryzyko wypadków, utrudniając manewrowanie. W samych Stanach Zjednoczonych agencje rządowe wydają ponad 2,3 miliarda dolarów rocznie na walkę ze śniegiem i lodem. Sól jest często używana do usuwania lodu i śniegu, ale jest to szkodliwe dla środowiska i może mieć szkodliwy wpływ na integralność nawierzchni drogi. Na przykład, jeśli roztopiony lód przedostanie się na drogę, ponownie zamarznie i rozszerzy się, mogą powstać pęknięcia. Naprawa tych i podobnych uszkodzeń kosztuje miliony dolarów.

Sekretny składnik: niskotemperaturowa ciekła parafina

Sekret samonagrzewającego się betonu tkwi w dodaniu parafiny, tak zwanego materiału zmiennofazowego. W nieco cieplejszych temperaturach materiał ten jest ciekły i magazynuje energię cieplną z powietrza, ale gdy się ochładza, staje się stały i uwalnia zmagazynowane ciepło do otoczenia. Naukowcy eksperymentują obecnie z dwiema metodami: W jednej, mikrokapsułki parafiny są mieszane z betonem; w drugiej, małe fragmenty kamienia absorbują parafinę przed zmieszaniem z betonem.

Zapobieganie zamarzaniu i rozmarzaniu oraz ograniczenie potrzeby orania i solenia to dobre sposoby na zapobieganie niszczeniu nawierzchni. Nasza praca polega więc na sprawdzeniu, w jaki sposób możemy włączyć do betonu specjalne materiały, które pomogą mu utrzymać wyższą temperaturę powierzchni, gdy temperatura otoczenia wokół niego spadnie.

- Amir Farnamstarszy badacz w Drexel Laboratory for Advanced Infrastructure Materials (AIM) i jeden z autorów badania

Nowy materiał nie jest jeszcze gotowy do użytku na dużą skalę i potrzebne są dalsze badania. Na przykład, wydajność materiału zmiennofazowego może ulec pogorszeniu, jeśli nie będzie on miał wystarczająco dużo czasu na rozgrzanie się między mrozem a śniegiem. Ponadto, materiał ten nie nadaje się jeszcze do bardzo intensywnych opadów śniegu.

Stwierdziliśmy, że nawierzchnie pokryte PCM nie są w stanie całkowicie stopić dużych opadów śniegu - większych niż 2 cale" - powiedział Deb. "Mogą jednak dość skutecznie topić opady śniegu mniejsze niż dwa cale. Płyty z wbudowanym PCM zaczynają topić śnieg, gdy tylko zacznie się on gromadzić. Stopniowe uwalnianie ciepła może skutecznie odlodzić powierzchnię chodnika, co wyeliminowałoby potrzebę wstępnego solenia przed obfitymi opadami śniegu".

- Robin Deb, doktorant w College of Engineering, który pomógł poprowadzić badania