美研发自热混凝土 有望解决路面盐化问题

      每当大雪来临，为防止路面结冰，不论是高速公路还是市区道路，都要洒上大量的融雪盐。然而，这种盐不但对路面和车辆的底盘造成腐蚀，给周围的植被也带来伤害。为了解决这一问题，美国一所大学研发出一种能自动融雪的混凝土，有望将来取代传统的水泥路面或柏油路面。

　　融雪盐中的氯离子的腐蚀性很强，严重时可造成路面塌陷，出现大坑。长久使用，渗入地下的盐分也会污染地下水。据美国国家公路管理局估计，美国各州每年在除雪和除冰作业上的花费超过23亿美元，每年还花费数百万美元来修复冰雪造成的基础设施损坏。

　　过去五年来，座落在费城市中心的拥有133年历史的德雷塞尔大学团队一直在开发耐寒冷天气的混凝土，目标是减少道路和其它混凝土表面的冻结、解冻和盐化侵蚀。

　　他们把低温相变材料加入混凝土中，成功开发出一种能“自动加热”的混凝土，可在低温下融化积雪。该研究成果今年3月18日发布在《土木工程材料学报》上。

　　PCM材料分有机、无机和共晶等多种形式，可根据客户需求调整配方，让材料相变过程中释放或吸收大量热能，以实现有效的温度调节。因此，用这种加入PCM的自热混凝土铺设路面，可自行融化冰雪，减少冰融循环（冰雪溶化又结冻）。

　　德雷塞尔大学工程学院副教授阿米尔·法纳姆对该校的新闻室表示，“防止冻结和解冻以及减少融雪盐的使用，是防止路面恶化和延长道路使用寿命的好方法。因此，我们的工作是研究如何在混凝土中加入特殊材料，帮助混凝土在冬季依然能保持高于冰点的温度。”

　　所谓冰点即0°C。该团队将混凝土加入“低温液体石蜡（正十四烷）”制成“自热混凝土”。让混凝土在环境温度降至0°C左右时，内部的液体石蜡能从室温状态（液体）转变成固体将释放热量，使它上方的冰雪融化。整个过程不需借助电和其它外力，只需要吸收白天周围的热能即可。

　　实验中，研究人员先将“低温液体石蜡”和多孔轻质骨材（混凝土成分中的鹅卵石和小石头碎片）浸泡和离心出多余的石蜡，再混入混凝土制成自热混凝土；又把大量30微米的石蜡微胶囊，均匀混入混凝土制成另一种自热混凝土。然后和普通混凝土进行比对。

　　研究人员将这三种混凝土做成长度76.2公分、宽76.2公分、高20.3公分的水泥块放置到户外，并用摄像机和热传感器监测它们的温度和融化冰雪的过程。这个测试耗时2年多，共经历了32次冻融，及5次大降雪。

　　结果显示，PCM-LWA混凝土在维持加热方面表现最好。当它在气温降至冰点以下时，其表面温度可以保持在5.5°C至12.80°C长达10小时，而产生的总热量足以融化几英寸厚的雪。

　　而MPPCM虽然比PCM-LWA加热更快，但维持升温时间只有一半左右，且在寿命和环境温度适应上要比PCM-LWA差。因此研究人员认为PCM-LWA材料要比MPPCM更适合成为解决冻融循环的候选材料。

　　法纳姆教授说，“目前我们已经证明，我们开发的自加热混凝土只需要利用白天的环境热能，就能自行融化积雪，且过程不需要盐、铲子或加热系统的帮助。这种自热混凝土适用于美国山区和北部地区，例如宾夕法尼亚州东北部和费城，这些地方在冬季有合适的供暖和制冷循环。”

　　参与这项研究的工程学院博士生罗宾·德布则表示，“冻融循环、极端冷却（低于冰点）和变暖的时期，可能导致马路出现膨胀和收缩，这对其结构可能造成破坏，严重会导致龟裂和剥落的现象。虽然这种材料可能无法让马路的结构退化问题完全消失，但却可以避免马路的内部继续恶化下去。”

　　德布解释说，“我们发现用自热混凝土，虽然无法完全融化大于2英寸厚的积雪，但却可以非常有效地融化不到2英寸的降雪，且只要雪积聚在PCM做的马路时，它就会逐渐释放热量去除路面上的冰。”

　　研究团队计划持续收集这些混凝土的融化数据，以了解相变材料的长期有效性。同时他们将继续优化这种材料，以使材料加热时间更长，延长混凝土的使用寿命，最后使其市场化。