不再需要鹽或鏟子來鏟雪？研究人員開發出「自加熱」混凝土
最近，科學家們帶來了一項令人振奮的突破：一種能自我加熱的混凝土材料，能夠在不使用鹽或鏟子的情況下，持續融化冰雪長達10小時。這項創新可能將減少除雪和撒鹽的需要，並有助於維護道路表面的完整性。
據美國交通部統計，超過70%的道路位於多雪地區。積雪和結冰降低了道路摩擦力和車輛操控性，導致駕駛者減速並增加了車禍的風險。雪堵車道和道路還會減少道路容量並延長旅行時間。
交通部指出，地方和州政府每年在雪地和冰面控制操作上花費超過23億美元，此外還有數百萬美元用於修復由雪和冰引起的基礎設施損害。在降雪前撒鹽可防止結冰，但高濃度鹽溶液會侵蝕混凝土或瀝青。此外，當水滲入路面並凍結時，它會膨脹，造成內部壓力並損壞道路。
賓夕法尼亞州德雷塞爾大學的研究人員在這項新研究中介紹了他們的自加熱混凝土：解決冰雪覆蓋道路以及清理和維護相關成本的潛在方案。該研究將一種相變材料——石蠟，融入混凝土中。石蠟在室溫下為液態，但當溫度下降時，它釋放熱能並變為固態。
研究人員使用兩種方法將石蠟融入混凝土板中。第一種方法是將多孔輕質骨料（混凝土中增加強度的小石子和卵石）浸泡在液態石蠟中，然後混入混凝土。第二種則是將微囊化的石蠟直接混入混凝土。
研究人員澆注了三塊混凝土板：兩塊使用不同方法融入石蠟，第三塊不含相變材料。這三塊板自2021年12月起一直放在德雷塞爾大學校園的一個停車場旁，兩年間經歷了32次凍融循環，並在至少2.5公分的降雪中暴露。
石蠟在室溫下為液態，但當溫度下降即釋放熱能轉為固態
這些76公分x76公分）板塊的融雪和融冰能力通過攝像頭和熱感應器進行監測。研究發現，當氣溫降至冰點以下時，相變混凝土能維持5.6°C至12.8°C的表面溫度達10小時之久，所產生的熱量足以以每小時大約1公分的速度融化十幾公分的積雪。
主要研究人員Amir Farnam表示：「我們已證明我們的自加熱混凝土能夠獨立融化積雪，僅使用環境中的日間熱能，而不需鹽、鏟子或加熱系統的幫助。這種自加熱混凝土適用於美國山區和北部地區，如東北賓夕法尼亞州和費城，這些地區冬季適合加熱和冷卻循環。」
這項研究不僅為冬季道路維護提供了創新方案，也為環境友好技術開啟了新的可能性，有望減少因氣候極端化帶來的基礎設施維護成本和挑戰。
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首圖來源：Depositphotos cc By4.0
圖片來源：Drexel University cc By4.0
參考論文：
1.Development of Self-Heating Concrete Using Low-Temperature Phase Change Materials: Multiscale and In Situ Real-Time Evaluation of Snow-Melting and Freeze–Thaw PerformanceJournal of Materials in Civil Engineering
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