Фазоизменяющиеся материалы все чаще применяются в технике. Их отличительная черта – способность поглощать и выделять энергию в виде тепла при изменении физического состояния на определенных температурах. В ходе нового исследования парафин, являющийся типом ФИМ, был добавлен в бетон для таяния снега, скопившегося внутри. Это техническое новшество может пригодиться зимой.
Зимнее содержание дорог в снежных регионах стоит государству дорого. Работы включают обработку солью – рассыпку её на заснеженных и обледенелых дорогах. Это эффективный способ, но может навредить прочности покрытия.
Исследователи Дрексельского университета разработали самонагревающийся бетон для улучшения альтернатив традиционному бетону. Новое вещество способно поддерживать температуру поверхности выше нуля, что позволяет растопить снег и лед, предотвращая замерзание на поверхности и в земле. Такое решение повысит безопасность граждан зимой и снизит государственные расходы. Долговечность бетонной инфраструктуры также увеличится.
Технологию опробовали в лабораторных условиях, чтобы оценить ее эффективность. После успешного тестирования ученые провели более углубленное исследование в естественных условиях. Результаты разместили в журнале. .
Парафин для растапливания льда?
Основой данной технологии является фазообменный материал — парафин. При снижении температуры воздуха парафин застывает, отпуская тепло. Это свойство помогает бетону оставаться тёплым выше нуля.
Для внедрения материала в бетон исследователи применили два метода. Первый заключается в погружении наполнителей породы в жидкий парафин перед смешиванием их с бетоном. Второй подход предполагает добавление в смесь небольших капсул с парафином.
Важно отметить, что исследователи не раскрыли происхождение ФИМ, использованного в эксперименте. В случае внедрения технологии (то есть начала крупномасштабного производства) необходимо будет учитывать происхождение материала. Существует разновидность парафина, получаемая из сырой нефти. Стоит изучить возможность использования синтетических парафинов, которые являются экологически чистыми, возобновляемыми и биоразлагаемыми.
Испытания в реальных условиях
Ученые с 2021 года испытывают плиты в реальных условиях. Плиты прошли 32 цикла замораживания-оттаивания и пять снегопадов высотой не менее 2,5 см. В течение двух лет плиты из фазосдвигающего бетона поддерживали температуру поверхности в диапазоне от 5,6 до 12,8 °C в течение 10 часов на морозе. Плиты растапливали несколько сантиметров снега со скоростью около 6,35 мм в час. Бетон с компонентами, погруженными в жидкий парафин, показал большую эффективность.
В работе фазообменного бетона выявились ограничения: он с трудом справлялся со слоем снега толщиной более пяти сантиметров. Эффективность парафина зависела от возможности его «перезарядки» между замораживанием и оттаиванием, то есть поглощения достаточного тепла для последующего его отдавания при понижении температуры.