Śnieg i lód pojawiające się na drogach zimą to zmora kierowców. Niemniej, sól drogowa, którą wykorzystuje się do usuwania ich z asfaltu i betonu, o ile spełnia swoją rolę, powoduje przy tym wiele skutków ubocznych. Po pierwsze niszczy samochody, powodując korozję, po drugie przyczynia się do niszczenia dróg, a po trzecie jest szkodliwa dla roślin i zwierząt.
W związku z powyższym zespół naukowców z amerykańskiego stanu Filadelfia opracował rozwiązanie, które może wykluczyć konieczność posypywania dróg solą. Tym rozwiązaniem jest specjalna forma betonu zmiennofazowego, która topiłaby śnieg i lód samodzielnie.
Beton, któremu zima nie straszna
Czym charakteryzuje się nowy typ betonu opracowany przez naukowców z Uniwersytetu Drexela w Filadelfii? W skrócie, jest on w stanie utrzymać wyższą temperaturę swojej powierzchni, gdy temperatura otoczenia spadnie poniżej zera. Właśnie dzięki temu ma być on wolny od śniegu i lodu.
„Jednym ze sposobów na przedłużenie żywotności powierzchni betonowych, takich jak jezdnie, jest pomoc w utrzymaniu temperatury powierzchni w okresie zimowym powyżej zera.”, powiedział Amir Farnam, jeden z autorów pracy poświęconej materiałowi. „Zapobieganie zamarzaniu i rozmrażaniu oraz ograniczanie konieczności odśnieżania i solenia to dobre sposoby na zapobieganie niszczeniu niszczeniu. Dlatego też pracujemy nad tym, jak wykorzystać w betonie specjalne materiały, które pomogą mu utrzymać wyższą temperaturę powierzchni, gdy temperatura otoczenia wokół niego spadnie.”
Specjalnym materiałem, który badacze wykorzystali w swoim zmiennofazowym betonie, jest zwyczajna… parafina. Jej kluczowymi cechami jest to, że w temperaturze pokojowej występuje w stanie ciekłym, a w temperaturze niższej przyjmuje formę ciała stałego, oraz to, że zmieniając stan skupienia uwalnia ciepło.
Obiecująca technologia
W ramach swoich badań naukowcy przetestowali dwie formy opracowanego przez siebie betonu. W przypadku jednego z nich porowate, lekkie kruszywo zostało zanurzone w ciekłej parafinie, a po jej wchłonięciu zmieszane z betonem. Do drugiego wmieszano mikrokapsułki parafiny.
Potem naukowcy wylali z użyciem swoich form betonu oraz klasycznego betonu trzy betonowe płyty o wymiarach 76 x 76 cm. Oczywiście dokonano tego na zewnątrz, na terenie kampusu Uniwersytetu Drexel. Potem to, co działo się z płytami monitorowano z pomocą kamer i termicznych czujników – przez kilka lat. Na przestrzeni tego czasu temperatura otoczenia spadała poniżej zera wielokrotnie. Wielokrotnie miały też miejsce opady śniegu.
Okazało się, że dzięki obecności parafiny beton zmiennofazowy utrzymywał temperaturę swojej powierzchni na poziomie od 5,6 do 12,8 stopni Celsjusza, gdy temperatura otoczenia spadała poniżej zera, nawet przez 10 godzin. Uwalniane przez beton ciepło wystarczało do topienia ponad pół centymetra śniegu na godzinę.
A która forma betonu sprawdzała się lepiej? Ta z kruszywem nasączonym parafiną. O ile nagrzewała się bowiem wolniej, tak utrzymywała swoje ciepło dłużej niż beton z mikrokapsułkami parafiny.
Naukowcy zauważają, że beton zmiennofazowy obecnie nie jest tak skuteczny w przypadku bardzo szybkiego gromadzenia się śniegu. Poza tym jego właściwości nie przynoszą efektów, jeśli ten „nie może się naładować” pod wpływem wzrostu temperatury otoczenia. Zatem beton zmiennofazowy prawdopodobnie najlepiej sprawdzałby się w takich obszarach, gdzie w tracie zimy regularnie dochodzi do naprzemiennych spadków i wzrostów temperatury.
W najbliższej przyszłości twórcy zmiennofazowego betonu zamierzają dalej go badać, monitorując jego długoterminową skuteczność. Jego możliwości już teraz brzmią obiecująco, ale naukowcy mają nadzieję, że uda się je jeszcze udoskonalić. Pytanie brzmi, czy cechuje się on wystarczającą wytrzymałością, by móc wylewać nim nie tylko chodniki czy podjazdy, ale również drogi?
Źródło: Uniwersytet Drexela, fot. tyt. Unsplash/Danny Sleeuwenhoek