Samozagrevajući beton: Kolovozi koji otapaju sneg i led bez upotrebe soli
Otporniji na cikluse smrzavanja i otapanja u poređenju sa tradicionalnim betonom, ovi kolovozi mogu održavati saobraćajnice bez leda i snega satima.
Sneg i led na kolovozu ne predstavljaju samo problem protočnosti saobraćaja. Pored smanjenja kapaciteta i produženja vremena putovanja, zimski uslovi ubrzavaju propadanje saobraćajnica, dok upotreba soli za odleđivanje dodatno opterećuje betonske konstrukcije. Kada voda prodre u pukotine, a zatim se smrzne, unutrašnji pritisci dovode do oštećenja koja se vremenom akumuliraju i skraćuju vek kolovoza.
Upravo zbog toga, tim istraživača sa Univerziteta Drexel u američkoj saveznoj državi Pensilvaniji razvio je samozagrevajući cementno-betonski kolovoz, koji bi mogao da ponudi alternativu klasičnom zimskom održavanju puteva i smanji troškove njihovog čišćenja i sanacije.
Pročitajte još na Gradnja.rs:
Parafin u betonskim pločama
„Specijalni materijal“ koji su istraživači primenili je parafin, takozvani materijal sa faznim promenama jer oslobađa toplotu kada pređe iz tečnog stanja pri sobnoj temperaturi u čvrsto stanje kada temperature padnu.
U prethodnom istraživanju, testirali su beton sa faznim promenama u kontrolisanom laboratorijskom istraživanju, dok su sada naučnici otišli korak dalje, testirajući ga u realnom vremenu pod realnim uslovima.
Korišćene su dve metode za uključivanje parafina u betonske ploče. Prva je podrazumevala primenu poroznog laka lakih agregata, koji je bio potopljen u parafin koji je upio, pre nego što je bio umešan u beton. U drugoj metodi, mikrokapsule parafina bile su direktno umešane u beton.
U prve dve godine, ploče su bile izložene kroz ukupno 32 ciklusa smrzavanja i otapanja pri temperaturama ispod tačke smrzavanja.
Istraživači su izlili tri ploče, gde su dve bile sa različitim metodama uključivanja parafina i treću koja nije sadržala materijal sa faznim promenama. Sve tri su zatim bile izložene napolju, pored parkinga na kampusu Univerziteta Drexel, počev od decembra 2021. godine.
U prve dve godine, bile su izložene kroz ukupno 32 ciklusa smrzavanja i otapanja pri temperaturama ispod tačke smrzavanja. Sposobnost ploča od 76 centimetara da tope led i sneg praćena je kamerama i termalnim senzorima.
Istraživači su na ovaj način otkrili da je beton sa faznim promenama održava površinsku temperaturu od 5,6 do 12,8 stepeni Celzijusa i to u periodu do 10 sati kada su temperature vazduha zatim padale ispod tačke smrzavanja.
Ploča nije odmah otpuštala svoju toplotnu energiju kada bi temperatura počela padati, već bi je zadržala sve dok materijal ne bi dostigao 3,9 stepeni.
Ploča sa lakim agregatom bila je bolja u održavanju svoje toplote, održavajući toplotu iznad tačke smrzavanja do deset sati, dok je parafin u mikrokapsulama brže zagrevao, ali je održavao toplotu samo polovinu vremena.
Istraživači su primetili da pozornost agregata verovatno doprinosi tome da parafin ostane tečan ispod svoje uobičajene temperature smrzavanja od 5,6 stepeni Celzijusa, što znači da ploča nije odmah otpuštala svoju toplotnu energiju kada bi temperatura počela padati, već bi je zadržala sve dok materijal ne bi dostigao 3,9 stepeni.
To je suprotno od ploče sa parafinom u mikrokapsulama, koja je počela da otpušta svoju toplotnu energiju kada bi njena temperatura dostigla 5,6 stepeni.
Sledi procena dugoročne efikasnosti
Istraživači su primetili, pak, da ploče nisu bile efikasne za tešku akumulaciju snega od više od 5 centimetara i da ako materijal sa faznim promenama nije imao priliku da se dovoljno „napuni“ zagrevanjem da se vrati u tečno stanje između ciklusa smrzavanja i otapanja ili snežnih nanosa, efikasnost može biti smanjena.
Naučnici sa Univerziteta Drexel planiraju da nastave sa prikupljanjem podataka kako bi procenili dugoročnu efikasnost ploča i proučavali kako uključivanje materijala sa faznim promenama može produžiti vek betona.
„S obzirom na ova saznanja moći ćemo da nastavimo sa poboljšanjem sistema kako bismo jednog dana optimizovali duže zagrevanje i veće otapanje. Ali ohrabrujuće je videti dokaze značajnog smanjenja ciklusa smrzavanja i otapanja, što pokazuje da je beton sa materijalom sa faznim promenama otporniji na cikluse smrzavanja i otapanja u poređenju sa tradicionalnim betonom,“ rekli su iz tima.
Iz studije nije samo moguće utvrditi da li je primenjeni parafin bio sintetički. Problem sa korišćenjem nesintetičkog parafina je što je parafin vazelin nusproizvod sirove nafte, neobnovljivog resursa koji zahteva intenzivnu mehanizaciju za eksploataciju i preradu. Kao neobnovljiv resurs, parafin vazelin nije održiv, biorazradiv i ekološki prihvatljiv.
