Slimme wegen smelten zelf sneeuw: Zelfverwarmend beton tegen winterse gevaren

Onderzoekers hebben een zelfverwarmend beton ontwikkeld dat het op grote schaal ruimen van sneeuw of het strooien van zout tot het verleden zou kunnen laten behoren. Het nieuwe materiaal https://www.researchgate.net/publication/377471346_Development_of_Self-Heating_Concrete_using_Low-Temperature_Phase_Change_Materials_Multi-scale_and_In-situ_Real-Time_Evaluation_of_Snow-Melting_and_Freeze-thaw_Performance waar al vijf jaar onderzoek naar wordt gedaan aan de Drexel Universiteit in Philadelphia, smelt sneeuw op wegen en trottoirs tot wel tien uur lang.

Besneeuwde en beijzelde wegen vertragen het verkeer en verhogen het risico op ongelukken doordat manoeuvreren moeilijker wordt. Alleen al in de VS geven overheidsinstanties elk jaar meer dan $2,3 miljard uit om sneeuw en ijs te bestrijden. Voor het verwijderen van ijs en sneeuw wordt vaak zout gebruikt, maar dit is schadelijk voor het milieu en kan een nadelig effect hebben op de integriteit van het wegdek. Als bijvoorbeeld gesmolten ijs in de weg sijpelt, opnieuw bevriest en uitzet, kunnen er scheuren ontstaan. Het herstellen van deze en soortgelijke schade kost miljoenen dollars.

Geheim ingrediënt: vloeibare paraffine bij lage temperatuur

Het geheim van het zelfverwarmende beton zit hem in de toevoeging van paraffine, een zogenaamd faseveranderingsmateriaal. Bij iets warmere temperaturen is het materiaal vloeibaar en slaat het de warmte-energie uit de lucht op, maar als het afkoelt, wordt het vast en geeft het de opgeslagen warmte af aan de omgeving. De onderzoekers experimenteren momenteel met twee methoden: Bij de ene worden microcapsules van paraffine in het beton gemengd; bij de andere absorberen kleine stukjes steen de paraffine voordat ze in het beton worden gemengd.

Het voorkomen van bevriezen en ontdooien en het verminderen van de noodzaak om te ploegen en zout te strooien zijn goede manieren om te voorkomen dat het oppervlak verslechtert. Wij onderzoeken dus hoe we speciale materialen in het beton kunnen verwerken die helpen om een hogere oppervlaktetemperatuur te behouden wanneer de omgevingstemperatuur rondom het beton daalt.

- Amir Farnam, senior onderzoeker bij het Drexel Laboratory for Advanced Infrastructure Materials (AIM) en een van de auteurs van het onderzoek

Het nieuwe materiaal is nog niet klaar voor gebruik op grote schaal en verder onderzoek is nodig. De prestaties van het fase-uitwisselende materiaal kunnen bijvoorbeeld worden beïnvloed als het niet genoeg tijd heeft om op te warmen tussen vorst en sneeuw. Bovendien is het materiaal nog niet geschikt voor zeer zware sneeuwval.

We ontdekten dat met PCM geïntegreerde bestratingen zware sneeuwophopingen - groter dan 2 inch - niet volledig kunnen smelten," aldus Deb. "Het kan echter wel heel effectief sneeuwval van minder dan 2 inch smelten. De PCM-geïncorporeerde tegels beginnen met het smelten van sneeuw zodra deze zich begint op te hopen. En de geleidelijke warmteafgifte kan het oppervlak van een bestrating effectief ijsvrij maken, waardoor het niet meer nodig is om voor te strooien voor de zware sneeuwval.

- Robin Deb, promovendus in het College of Engineering, die het onderzoek hielp leiden