Щороку з настанням зими комунальники та водії виявляються неготовими до опадів: перші не встигають розчищати дороги, а другі не завжди встигають змінити гуму. Далі в хід іде пісок і сіль, які використовують для посипання дорожнього полотна, щоб знизити ризик ДТП на дорогах, пише New Atlas.

Сіль використовують у всьому світі, і вона частково справляється з проблемою намерзання льоду на дорожнє полотно, проте нерідко разом зі снігом навесні сходить і асфальт. У новому дослідженні вчені розробили спеціальний матеріал із фазовим переходом — його пропонують додавати в бетон. Учені вважають, що використання цього матеріалу дасть змогу розтопити сніг і лід за період часу до 10 годин, водночас не потрібно буде використовувати сіль і лопати. Ба більше, автори дослідження запевняють, що матеріал також допомагає зберегти цілісні сть дорожнього покриття.

Дані Міністерства транспорту США свідчать про те, що накопичення снігу та льоду на дорогах впливає на зчеплення з дорожнім полотном, а також маневровість транспортних засобів. У результаті водіям доводиться істотно знижувати швидкість, щоб уникнути ДТП. До того ж сніг і лід на дорогах зменшує пропускну спроможність проїжджої частини та збільшує час шляху.

Щоб запобігти обмерзанню, місцева влада часто використовує соляний розчин, однак такий метод може зіпсувати бетон або асфальт. Також вода все одно просочується на дорогу та замерзає, спричиняючи внутрішній тиск і руйнуючи полотно.

У новому дослідженні вчені з Університету Дрекселя в Пенсільванії розробили бетон, який самонагрівається та потенційно може розв’язати проблему засніжених доріг і витрат, пов’язаних із їх розчищенням і обслуговуванням.

За словами головного дослідника лабораторії перспективних інфраструктурних матеріалів і одного зі співавторів дослідження Аміра Фарнама, одним зі способів подовжити термін служби бетонних поверхонь, зокрема й доріг, є підтримання температури поверхні вище за нуль протягом усього періоду холодів. Фактично основне завдання полягає в тому, щоб запобігти процесу замерзання та відтавання.

«Секретним інгредієнтом» учених став парафін, оскільки він виділяє тепло, коли переходить із рідкого стану за кімнатної температури у твердий під час падіння температури. На першому етапі дослідження вчені протестували бетон із фазовим переходом у лабораторних умовах, а на другому — у реальному часі та в реальних умовах.

Для введення парафіну в бетонні плити вчені використовували два методи. У першому вчені занурювали в парафін пористе дрібне каміння та гальку, а потім їх додавали в бетон. У другому — мікрокапсули парафіну змішувалися безпосередньо з бетоном.

Загалом учені вивчили три бетонні плити: дві з них було створено з використанням парафіну, введеного двома різними способами, третя — контрольна, без введення парафіну. Після цього всі три плити розмістили на вулиці в грудні 2021 року — протягом наступних двох років вони піддавалися заморожуванням і відтаванням, а також опадам.

Увесь цей час учені спостерігали за плитами за допомогою датчиків і відеокамер. Результати дослідження показали, що бетон із фазовим переходом підтримував температуру від 5,6°C до 12,8°C протягом 10 годин, коли температура падала нижче за нуль. Виділеного тепла було достатньо, щоб розтопити сніг.

Плита з легкого заповнювача краще витримувала нагрівання, підтримуючи температуру вище за точку замерзання до 10 годин, тоді як мікрокапсульний парафін нагрівався швидше, але зберігав тепло лише половину часу. Так учені дійшли висновку, що використання нового матеріалу насправді може зберегти дороги, а також зменшити витрати на їхнє обслуговування.

Зазначимо, що вчені планують продовжити дослідження, аби перевірити ефективність матеріалу в довгостроковій перспективі.