Самовосстанавливающийся асфальт и будущее «умных» дорог
Трещины на дорогах превращаются в ямы, которые постепенно разрушают автомобиль, замедляют движение транспорта или даже сокращают вашу жизнь.
Иногда кажется, что плохие дороги повсюду. Чиновники, которые за словом в карман не полезут, объясняют это глобальным потеплением и несовершенством нормативов. Поверим им и на этот раз.
Однако дорожные трещины, выбоины и крупные ремонтные мероприятия, в некоторых странах, вскоре могут уйти в прошлое благодаря таким научным прорывам, как «умный асфальт».
Австралийские ученые изыскивают уникальные и нестандартные решения по восстановлению автомагистралей путем повышения их долговечности. Вместо того, чтобы сосредоточиться на повышении прочности дороги, ученые изучают различные варианты компонентов асфальта, и ведут поиски решений как наделить его способностью исцелять себя после повреждения.
Зачем развивать самовосстановление асфальта и развивать «умные» дорожные сети?
Ремонт и обслуживание инфраструктуры — это дорогостоящая работа, которая приводит к пробкам, когда участки дороги закрываются на ремонт.
Американское Общество инженеров-строителей изучив состояние инфраструктуры присвоило дорожной системе США рейтинг D, из-за ее плохого состояния и увеличивающегося отставания в восстановлении.
Шоссе Европы и Австралии также не в лучшем положении, что безусловно является большой проблемой для многочисленных пользователей этой инфраструктуры и правительств. Деградация дорожного покрытия приводит к авариям, увеличению времени затраченного на совершение поездок и загрязнению окружающей среды.
Основным компонентом, использующимся при строительстве автомагистралей, является асфальт. И хотя существует много типов асфальта, наиболее часто применяющийся в дорожном строительстве состоит из щебеночной смеси и битума.
Как только асфальт укладывается на земную поверхность, он сразу начинает подвергаться деформации. Изнашивание обычно начинается с его поверхности, сила сцепления между каменными породами ослабевает из-за нагрузок потока транспортных средств и природных факторов, таких как дождь, колебаний температуры и ультрафиолетового излучения.
Самовосстанавливающийся асфальт из стальных волокон
Добавление стальных волокон в асфальтную смесь гарантирует, минимальный износ дорожного покрытия и после появления трещин/выбоин, асфальт нуждается только в небольшом ремонте.
Молекулы железа нагреваются дистанционно посредством магнитного поля. Под воздействием электро-магнитной индукции, стальные волокна быстро нагреваются и расплавляют асфальт вокруг себя. В результате асфальт восстанавливает свою первоначальную структуру.
Индукционная машина, которая используется при этой технологии, является основным механизмом. Затраты индукционной энергии крайне небольшие, так как она задействуется только непосредственно между стальными волокнами и битумным раствором, где образовались трещины.
Кроме того, не нужно нагревать всю поверхность, обрабатывается только та часть, где образуются трещины. При проведении небольших дорожно-восстановительных работ с применением индукционной машины, срок службы асфальта увеличивается до 20 лет (с нынешних 10-12 лет).
Самовосстанавливающийся асфальт с использованием наночастиц оксида железа
Исследователи из EMPA в Швейцарии и ETH г.Цюрих работают в том же направлении. Но для самовосстановления асфальта вместо железных волокон они используют наночастицы, которые нагреваются под воздействием электро-магнитного поля.
Вместо индукционных машин для нагрева, которые запускают процесс восстановления, швейцарскими учеными применяются транспортные средства технического обслуживания, оснащенные магнитными катушками. Как только тепло передается битуму, он размягчается и заполняет образовавшиеся в процессе эксплуатации трещины.
Самовосстанавливающийся асфальт с использованием капилляров (микрокапсулы подсолнечного масла)
Профессор Альваро Гарсия из Ноттингемского университета предлагает использовать для восстановления асфальта эффект Кафеала. Способ заключается в введении в асфальт микрокапсул с подсолнечным маслом, которые в нужный момент снижают его вязкость и способствуют заживлению смеси. Как только появляются крошечные трещины, микрокапсулы лопаются и размягчают асфальт вокруг них, и связывают компоненты. Этот метод ликвидирует трещины, прежде чем они разрастутся.
Преимущества самовосстанавливающегося асфальта
Минимальные затраты на ремонт
Самовосстанавливающийся асфальт требует минимального ремонта и замены. Это значит, что будет меньше расходов на техническое обслуживание, в отличие от других материалов и технологий, которые используются в настоящее время.
Хотя первоначальные затраты на изготовление и укладку самовосстанавливающегося асфальта на 25 процентов выше, расходы с лихвой компенсируются в ходе эксплуатации, поскольку самовосстанавливающийся асфальт имеет двойной срок службы (по сравнению с обычным асфальтом), что означает меньшие расходы на техническое обслуживание в долгосрочной перспективе.
Прочность
Асфальт смешанный с стальными волокнами более прочен и создает устойчивое дорожное покрытие. Он значительно увеличивает срок эксплуатации автомагистрали.
Меньше помех для движения
Для поддержания автотрассы в хорошем состоянии требуется меньше усилий, так как процесс индукции прост и восстановительные работы осуществляются быстрее, чем любые другие традиционные методы.
Быстрый ремонт
Наночастицы оксида металла действуют быстрее и они эффективнее в самовосстановлении, по сравнению с железными волокнами, потому что тем требуется больше времени, чтобы нагреться, и это несколько замедляет процесс ремонта.
«Умные» дороги
Как прогнозирует эксперт Дельфтского университета (Нидерланды) Эрик Шланген, помимо того, что дороги будущего будут самовосстанавливаться, они будут задействованы в получении и передаче информации. Теоретически, уже в скором будущем, возможна подзарядка электромобилей во время движения или при ожидании в пробке.
Сегодня, как и 100 лет назад, люди зависят от передвижения по миру. И поскольку дорожная сеть расширяется, а транспортные средства разрушают дорожное покрытие, актуальность самовосстанавливающегося асфальта очень велика. Появление «умных» дорог ведет к меньшим затратам на их обслуживание, снижению числа ремонтов и аварий.
