Os pesquisadores da Universidade Drexel fizeram uma descoberta que pode criar estradas que degeneram durante as tempestades de inverno. O segredo deles? - Adicionar um pouco de cera de parafina à mistura de concreto da estrada.

Em um artigo publicado recentemente na revista Compósitos de cimento e concreto pesquisadores, liderado por Yaghoob Farnam, PhD, professor assistente na Faculdade de Engenharia de Drexel, Explique como substâncias como o óleo de parafina - conhecidas como "materiais de mudança de fase" em química - podem ser usadas no concreto para armazenar energia e liberá-la como calor quando uma estrada precisa ser derretida.

Manter as estradas abertas para viagens é um desafio persistente durante os meses de inverno, mas os esforços para torná-los transitáveis ​​com segurança, incluindo o uso constante de limpadores de neve, produtos químicos de degelo e sal rodoviário - tendem a deteriorar a superfície. Os produtos químicos e sais rodoviários usados ​​atualmente para derreter neve e gelo também podem ter um impacto ambiental deletério quando o escoamento superficial os carrega para os ecossistemas próximos - o que é bastante provável, considerando que só o estado da Pensilvânia tem mais de 900 lixões, 000 toneladas nas estradas a cada inverno. Por isso, os pesquisadores já há algum tempo buscam uma opção de inverno melhor do que salgar e arar.

O grupo de Farnam em colaboração com pesquisadores da Purdue University e da Oregon State University, está entre os primeiros a demonstrar que o uso de materiais de mudança de fase como uma alternativa ambientalmente correta pode ser tão eficaz quanto os métodos padrão de salga e raspagem.

"Os materiais de mudança de fase podem ser incorporados ao concreto usando agregados leves porosos ou tubos embutidos e quando o PCM se transforma de líquido em sólido durante eventos de resfriamento, pode liberar calor térmico que pode ser usado para derreter gelo e neve, "Farnam disse." Ao inibir a formação de gelo e neve no pavimento ou na superfície da ponte, o uso de PCM pode reduzir ou eliminar a necessidade de produtos químicos / sais de degelo, remoção de neve ou ambos - economizando dinheiro e influenciando positivamente o impacto ambiental de tais operações. "

Óleo de parafina, um ingrediente comum em velas, polidores de cera, cosméticos e compostos à prova de água, foi o material de escolha para este empreendimento porque é orgânico, amplamente disponível, quimicamente estável e relativamente barato. Como todos os materiais de mudança de fase, ele libera energia térmica quando muda seu estado físico, o que significa que à medida que as temperaturas caem e o óleo começa a se solidificar, ele libera energia por meio do calor latente de fusão. Isso significa que o óleo de parafina pode ser adaptado para incorporar recursos de degelo na superfície da estrada, de modo que se torne termicamente ativo durante eventos de neve ou quando o degelo for necessário.

Para testar sua capacidade de derreter neve e gelo, a equipe criou um conjunto de lajes de concreto - uma com tubos cheios de parafina dentro, um contendo agregado leve poroso que foi infundido com parafina, e uma terceira placa de referência sem parafina. Cada um foi selado em um contêiner isolado e então coberto com cerca de cinco polegadas de "neve" feita em laboratório.

Com temperaturas dentro das caixas entre 35-44 graus Fahrenheit, ambas as placas tratadas com parafina foram capazes de derreter completamente a neve nas primeiras 25 horas de teste, enquanto a neve na amostra de referência permaneceu congelada. A placa com os tubos preenchidos com parafina derreteu a neve um pouco mais rápido do que aquela composta de agregado tratado com parafina. Farnam sugere que isso ocorre porque a parafina dentro dos tubos é capaz de se solidificar mais rapidamente - liberando assim sua energia - devido ao diâmetro regular dos tubos. Enquanto o diâmetro dos poros do agregado variam em tamanho.

Mas no segundo experimento do grupo, em que a temperatura do ar ambiente na caixa foi reduzida para zero antes de a neve ser adicionada, o agregado tratado com parafina foi mais eficaz do que os tubos embutidos. Isso ocorre porque a pressão do poro capilar atrasou o congelamento da parafina, permitindo assim que ele libere sua energia térmica por um longo período de tempo.

"A liberação gradual de calor devido aos diferentes tamanhos de poros em agregados porosos leves é mais benéfica no derretimento da neve quando o concreto é exposto a uma variedade de mudanças de temperatura quando o derretimento ou degelo da neve é ​​necessário, "Farnam disse." Acreditamos que o uso de agregados leves porosos pode ser uma forma potencial de incorporar materiais de mudança de fase no concreto, pois é fácil de ser implementado na prática e pode abranger as condições ambientais de vários locais nos EUA lidando com neve, principalmente o derretimento de neve ou o degelo em estradas e pontes no Nordeste. "

Um dos primeiros usos dessa tecnologia de infraestrutura poderia ser em aeroportos, onde manter as pistas livres de neve e gelo é vital e um desafio permanente no inverno. A Federal Aviation Administration apoiou esta pesquisa como parte de seu Projeto de Pavimentos Aquecidos de Aeroporto em sua Parceria para Melhorar a Segurança Geral da Aviação, Programa de acessibilidade e sustentabilidade.

"Pesquisas adicionais são necessárias para entender melhor outros fatores que influenciam a construtibilidade do concreto, incluindo concreto fresco e desempenho endurecido quando o concreto contém materiais de mudança de fase, e o desempenho térmico do material de mudança de fase em diferentes locais nos EUA, "Farnam disse." Eventualmente, isso poderia ser usado para reduzir a quantidade de produtos químicos de degelo que usamos ou pode ser usado como um novo método de degelo para melhorar a segurança de estradas e pontes. Mas antes que possa ser incorporado, precisaremos entender melhor como isso afeta a durabilidade do pavimento de concreto, resistência à derrapagem e estabilidade a longo prazo. "