Нажмите "Enter" для перехода к содержанию

Самонагревающийся материал: новое решение для борьбы с гололедом на дорогах

Исследователи нашли инновационное решение для борьбы с проблемой снега и льда на дорогах, разработав самонагревающийся материал на основе парафина с фазовым переходом. Этот новаторский материал способен растапливать снег и лед в течение продолжительных 10 часов без необходимости использования соли или снегоуборочных средств, таких как лопаты или тяжелой техники. Данный материал может существенно уменьшить затраты на использование сыпучих смесей которые применяются на сегодняшнее время для посыпки дорог, а также помочь сохранить целостность покрытия дорожного полотна, не используя уборочную технику.

Например в России более 70% дорог проходят через заснеженные регионы. Наличие снега и льда на дорогах приводит к снижению коэффициента трения и ухудшению управляемости автотранспорта, что вынуждает водителей снизить скорость движения и увеличивает вероятность дорожно–транспортных происшествий. Заснеженные участки дорог также снижают пропускную способность дорожного полотна, что приводит к увеличению времени в пути для транспортных средств.

Использование парафина с фазовым переходом для создания самонагревающегося материала

В качестве ключевого компонента, исследователи применили парафин — вещество с фазовым переходом, которое выделяет тепло в момент изменения своего состояния из жидкого в твердое. В своих экспериментах учёные использовали бетон в лабораторных условиях при разных регулируемых температурах, однако в новых исследованиях они провели тестирование этого материала уже в естественных условиях на улице.

Для нанесения парафина на бетонные плиты применялись два метода. Первый метод заключался в том, что пористый легкий заполнитель, такой как мелкие камни и гравий, используемые в бетоне, смешивались с парафином и добавлялись в цементную смесь. Во втором способе использовали микрокапсулы парафина, которые были добавлены непосредственно в сам цементный состав.

Тестирование плит с самонагревающимся материалом

Исследователи разместили три бетонные плиты на университетской парковке в декабре 2021 года и стали наблюдать. Две из плит были обработаны различными методами о которых написано выше, третья была без парафина. За два года наблюдения плиты подверглись 32 случаям замерзания и оттаивания. Температура опускалась ниже нуля в различных погодных условиях, а также было несколько снегопадов толщиной в дюйм и более (2,5 см). Для оценки способности плит растапливать снег и лёд использовались камеры и тепловые датчики.

Результаты исследования показали, что бетон с фазовым переходом способен поддерживать температуру поверхности от +5,6 ° C до +12,8  в течение 10 часов и растопить слой снега 8 см за час.

Плита с пористым заполнителем продемонстрировала более длительное сохранение тепла, удерживая температуру выше нуля в течение 10 часов. Плита с микрокапсулами парафина нагревалась быстрее, но удерживала тепло лишь половину времени. Это связано с тем, что пористость заполнителя способствует задержке фазового перехода парафина, что позволяет плите сохранять тепло дольше. 

Исследование эффективности бетонных плит с материалами с фазовым переходом

Исследователи отметили, что плиты проявляли менее эффективность при значительном накоплении снега толщиной более двух дюймов. Они также указали на важность возможности “перезарядки” материала с фазовым переходом, чтобы вернуть его в жидкое состояние между заморозками-оттаиваниями или выпадением снега, поскольку иначе производительность может ухудшиться.

Дальнейшие планы исследователей включают сбор данных для оценки долгосрочной эффективности плит и изучение того, как применение материалов с фазовым переходом может продлить срок службы бетона.

Ученые выразили надежду на то, что полученные выводы помогут им усовершенствовать систему для более продолжительного нагрева и эффективного таяния льда. Кроме того, они обнаружили, что бетон с материалами с фазовым переходом более долговечен при циклах замораживания и оттаивания по сравнению с традиционным бетоном.