Samozahrievací betón zlikviduje sneh aj ľad bez soli a lopaty

Výskumníci začlenením materiálu meniaceho skupenstvo do betónu vytvorili samozahrievací materiál, ktorý dokáže topiť sneh a ľad až 10 hodín bez použitia soli a lopát. Nový materiál by mohol znížiť potrebu pluhovania a solenia a pomôcť zachovať celistvosť povrchu ciest. Hromadenie snehu a ľadu znižuje manévrovateľnosť vozidiel, čo spôsobuje spomalenie jazdy a zvyšuje riziko dopravných nehôd. Zasnežené jazdné pruhy a cesty tiež znižujú kapacitu vozovky a predlžujú čas cestovania.

Miestne a štátne orgány vynakladajú veľa peňazí na odstraňovanie snehu a poľadovice, ani nehovoriac o sumách na opravu škôd na infraštruktúre spôsobených snehom a ľadom. Solenie sa často používa na zabránenie vzniku námrazy, ale vysoko koncentrovaný roztok soli môže poškodiť betón alebo asfalt. Okrem toho, keď voda prenikne do vozovky a zamrzne, rozpína sa, čím poškodzuje vozovku.

V novej štúdii výskumníci z Drexelovej univerzity v Pensylvánii v USA predstavujú svoj samozahrievací betón, čo je potenciálne riešenie pre zasnežené cesty a náklady spojené s ich čistením a údržbou. Práca sa zaoberá tým, ako možno do betónu zabudovať špeciálne materiály, ktoré mu pomôžu udržať vyššiu teplotu povrchu, keď okolitá teplota klesne.

„Špeciálnym materiálom“ výskumníkov je parafín, čo je materiál meniaci skupenstvo, pretože pri poklese teploty uvoľňuje teplo, keď prechádza z kvapalného stavu pri izbovej teplote do tuhého stavu. V predchádzajúcej štúdii vedci testovali takýto betón v tepelne kontrolovanom laboratórnom prostredí, ale v súčasnej štúdii ho vyskúšali v reálnych podmienkach. Na zabudovanie parafínu do betónových dosiek sa použili dve metódy.

V prvom prípade sa porézne ľahké kamenivo (drobné kamienky a okruhliaky, ktoré sa pridávajú do betónu, aby mu dodali pevnosť) ponorilo do tekutého parafínu a absorbovalo ho ešte predtým, ako sa primiešalo do betónu. V druhom prípade sa parafín v mikrokapsulách primiešaval priamo do betónu. Výskumníci odliali tri dosky: dve s rôznymi metódami inkorporácie parafínu a tretiu bez tohto  materiálu. Všetky tri boli od decembra 2021 vonku v areáli Drexelovej univerzity.

Počas prvých dvoch rokov boli 32-krát vystavené mrazom a rozmrazovaniam a 5-krát vystavené sneženiu. Schopnosť dosiek s rozmermi 76 × 76 cm roztopiť sneh a ľad sa monitorovala pomocou kamier a tepelných senzorov. Výskumníci zistili, že ich betón si udržal povrchovú teplotu 5,6 C° až 12,8 °C počas 10 hodín, keď teplota vzduchu klesla pod bod mrazu. Vyprodukované teplo stačilo na roztopenie niekoľkých centimetrov snehu rýchlosťou približne 0,6 centimetra za hodinu.

Doska z ľahkého kameniva lepšie udržiavala teplotu nad bodom mrazu až 10 hodín, zatiaľ čo parafín v mikrokapsulách sa zohrieval rýchlejšie, ale udržiaval teplo len polovicu času. Výskumníci poznamenali, že pórovitosť kameniva pravdepodobne prispieva k tomu, že parafín zostáva tekutý pod svojou obvyklou teplotou tuhnutia 5,5 °C, čo znamená, že doska neuvoľnila svoju tepelnú energiu okamžite, keď teplota začala klesať, ale udržala ju, kým materiál nedosiahol 3,9 °C.

To je v protiklade s parafínovou doskou s mikrokapsulami, ktorá začala uvoľňovať svoju tepelnú energiu, keď jej teplota dosiahla 5,5 °C. Výskumníci konštatovali, že dosky boli menej účinné pri veľkom množstve snehu, keď hrúbka snehovej pokrývky presiahla 5 cm. A keby materiál s premenou skupenstva nemal možnosť „dobiť sa“ zahriatím natoľko, aby sa vrátil do tekutého stavu medzi zmrazovaním a rozmrazovaním alebo snežením, jeho výkonnosť by sa mohla znížiť.

Zo štúdie nie je jasné, či bol použitý parafín syntetický. Nesyntetický parafín je totiž vedľajším produktom ropy a ako neobnoviteľný zdroj nie je trvalo udržateľný, biologicky odbúrateľný ani šetrný k životnému prostrediu. Štúdia bola uverejnená v časopise Journal of Materials in Civil Engineering.

Zdroj: newatlas.com.