Этот новый материал использует принцип фазового перехода, чтобы поддерживать температуру поверхности выше нуля, защищая дороги и тротуары до 10 часов.
По данным Министерства транспорта США (DOT), более 70% дорог в стране находятся в заснеженных регионах. Накопление снега и льда снижает сцепление с дорогой и маневренность транспортных средств, что увеличивает риск аварий. В год местные и государственные агентства тратят более 2,3 миллиарда долларов на борьбу со снегом и льдом, а также на ремонт повреждений инфраструктуры, вызванных зимними условиями.
Соль, часто используемая для предотвращения обледенения, может со временем разрушать бетон и асфальт, а также наносить вред окружающей среде. Вода, просачивающаяся на дорогу и замерзающая, расширяется, вызывая внутреннее давление и повреждая дорожное покрытие. Новый самонагревающийся бетон, разработанный в Дрекселе, предлагает решение этих проблем.
Основой нового материала стал парафин — вещество с фазовым переходом, которое выделяет тепло при переходе из жидкого состояния в твердое. Исследователи из Университета Дрекселя включили парафин в бетон двумя способами: насыщая пористый легкий заполнитель (камни и галька) жидким парафином перед его смешиванием с бетоном, и добавляя микрокапсулы парафина непосредственно в бетонную смесь.
Для проверки эффективности нового бетона были залиты три плиты: две с различными методами включения парафина и одна контрольная без парафина. Все плиты установили на улице в кампусе Университета Дрекселя. Наблюдения показали, что плиты с парафином поддерживали температуру поверхности от 5,6 до 12,8°C до 10 часов при отрицательных температурах воздуха. Это позволяло растапливать до нескольких сантиметров снега со скоростью около 0,6 см в час.
«Мы продемонстрировали, что наш самонагревающийся бетон способен растапливать снег, используя только дневную тепловую энергию окружающей среды, и делать это без помощи соли, лопат или систем отопления», — сказал Амир Фарнам, главный исследователь лаборатории перспективных инфраструктурных материалов Университета Дрекселя.
Наиболее эффективным оказался бетон с легким заполнителем, насыщенным парафином. Он лучше удерживал тепло, поддерживая температуру выше нуля до 10 часов. Микрокапсулированный парафин нагревался быстрее, но сохранял тепло лишь половину этого времени. Пористость легкого заполнителя, вероятно, способствовала тому, что парафин оставался жидким при температуре ниже обычной температуры замерзания, постепенно выделяя тепло при температуре около 3,9°C.
Бетон с фазовым переходом не только предотвращает образование льда, но и снижает необходимость в частой очистке и дорог, что помогает сохранить целостность дорожного покрытия. Исследователи продолжают изучать долгосрочную эффективность материала и его потенциал для увеличения срока службы бетона.
Таким образом, самонагревающийся бетон с фазовым переходом может стать революционным решением для борьбы со снегом и льдом, снижая затраты на очистку дорог и предотвращая их повреждение.
