Зима близко, а с ней гололёд на дорогах. Сейчас для борьбы с ним используют соли и реагенты, но эти вещества могут повредить дорожное покрытие и отрицательно повлиять на окружающую среду, просочившись в почву и грунтовые воды. Учёные из Дрексельского университета (Drexel University), Университета Пердью (Purdue University) и Университета штата Орегон (Oregon State University) предложили добавлять в бетон парафиновое масло: таким образом, можно создать покрытие, которое будет самостоятельно растапливать снег и лёд. Результаты исследования опубликованы в журнале Cement and Concrete Composites.
Парафиновое (оно же вазелиновое) масло — пример так называемого «материала с фазовым переходом» (phase change material, PCM). Если добавить его в бетон, оно будет сохранять энергию, а при понижении температуры начнёт отдавать её и растопит снег. «Материалы с лёгким фазовым переходом можно добавлять в бетон в виде пористого заполнителя или замоноличенных труб, — поясняет член научной группы Ягхуб Фарнам (Yaghoob Farnam). — Когда PCM под влиянием понижения температуры переходит из жидкого состояния в твёрдое, он выделяет тепло, которое можно использовать для того, чтобы растопить снег и лёд. Подавляя формирование снега и льда на поверхности дороги или моста, использование PCM может снизить или вовсе снять необходимость в антигололёдных реагентах, уборке снега или и в том, и в другом».
Исследователи выбрали парафиновое масло, поскольку это органическое вещество широко распространено и относительно дёшево. Чтобы проверить работоспособность идеи, учёные взяли несколько бетонных плит: в одну вмонтировали трубы с парафиновым маслом, в другую засыпали парафиновый заполнитель, а третью, обыкновенную, взяли для сравнения. Все четыре куска бетона поместили в изолированные контейнеры и посыпали ледяной стружкой, температуру внутри контейнеров поддерживали в пределах 0—7 градусов Цельсия. Через 25 часов обе «парафиновые» плиты полностью растопили лёд, а обычный бетонный блок остался замороженным. Плита с трубами внутри таяла несколько быстрее. Фарнам объясняет это тем, что парафин внутри затвердевает быстрее, потому что трубы, в отличие от частиц наполнителя, имеют одинаковый диаметр.
Но в ходе второго эксперимента, когда учёные сначала охладили блоки, а потом добавили лёд, парафиновый наполнитель оказался эффективнее. Он медленнее замерзал, а значит, дольше отдавал энергию. «При таянии снега, когда бетон подвергается различным изменениям температуры, постепенная теплоотдача, вызванная разными размерами пор в наполнителе, оказывается более выгодной», — комментирует Фарнам. Новая технология может найти применение в аэропортах, где чистота на взлётно-посадочных полосах крайне важна.
Авторы отмечают, что работа ещё не закончена: необходимо выяснить, насколько прочным и надёжным будет бетон с парафиновой начинкой. Но если эта технология всё-таки «пойдёт в народ», мы будем реже сталкиваться с едкой солью на дорогах.
