В регионах с холодным климатом очистка дорог от снега и льда является постоянной и крайне затратной задачей. В США ежегодно на эти цели тратится более 2,3 миллиардов долларов. И это не считая последствий аварий, которые нередко заканчиваются трагически.

Ученые из Пенсильвании разработали новый тип дорожного покрытия, которое не замерзает и способно самостоятельно разогреваться, освобождаясь от снега и льда благодаря эффекту фазового перехода. В качестве добавки к бетону для заливки дорог исследователи из Дрекселевского университета использовали парафин - органическое соединение, получаемое из нефти. Парафин способен выделять тепло при переходе из жидкого состояния в твердое. Таким образом, парафин в составе бетона должен нагревать дорожное покрытие в процессе затвердевания при охлаждении окружающей среды ниже определенной температуры, идеально - при достижении точки замерзания воды.

Ученые залили три бетонные плиты размером 76 x 76 см: одну без добавок, вторую с микрокапсулами парафина и третью с пористым наполнителем (подобным щебню), предварительно выдержанным в парафине. За плитами было установлено видеонаблюдение и датчики для отслеживания их состояния и состояния снежного покрова в течение трех лет, что позволило сделать важные выводы.

Наиболее эффективным оказалось покрытие с пористым наполнителем, выдержанным в парафине. Температура такого покрытия постепенно снижалась в течение 10 часов, поддерживая в материале положительную температуру (от 5,6°C до 12,8°C), не позволяя образовываться льду и скапливаться слою снега. Затем материал "перезаряжался" в течение следующих суток при дневном повышении температуры и снова начинал работать после ночного похолодания. При продолжительном снижении температуры эффект ослабевает, однако в межсезонье и во время оттепелей он работает, что лучше, чем когда бетон промерзает, а вода в трещинах начинает разрушать покрытие.

Бетон с микрогранулами парафина показал худшие результаты, выделяя тепло вдвое быстрее - примерно за пять часов. Ученые объяснили это тем, что в пористых присадках парафин медленнее переходил из жидкой фазы в твердую, дольше отдавая тепло покрытию. Переход парафина в твердую фазу в пористых присадках начинался при охлаждении до 3,9°C, тогда как в виде микрогранул - при 5,6°C. Позднее начало фазового перехода означает более длительную отдачу тепла, что позволит повысить эффективность саморазогрева бетона. "Мы продемонстрировали, что наш самонагревающийся бетон способен растапливать снег самостоятельно, используя только дневную тепловую энергию окружающей среды - и делать это без помощи соли, лопат или систем подогрева," - говорят авторы исследования.

"Этот самонагревающийся бетон подходит для горных и северных регионов США, таких как Северо-Восточная Пенсильвания и Филадельфия, где зимой случаются подходящие циклы нагрева и охлаждения."

Источник: NewAtlas