Nové technologie pomáhají likvidovat výmoly
Údržba silnic zůstává jedním z nejnákladnějších problémů. Praskliny jsou na každé silnici nevyhnutelné kvůli slábnoucím materiálům a opakovanému namáhání v průběhu času.
Při projíždění aut přes tyto trhliny se kusy vozovky odlamují a vytvářejí výmoly, které ničí pneumatiky i tlumiče. Proto inženýři při hledání nových odolnějších materiálů, které by pomohly těmto problémům čelit, začali experimentovat s vylepšováním asfaltové povrchové vrstvy, kde se normálně využívá směs kameniva propojeného viskózní látkou na bázi ropy zvanou živice (bitumen), přidáním grafenu, materiálu odvozeného z grafitu.
Grafen je vyroben z jediné vrstvy atomů uhlíku uspořádaných do mřížek podobných voštinám, díky čemuž je neuvěřitelně odolný (nabízí až 200krát vyšší pevnost ve srovnání s ocelí) a supravodivý. Je milionkrát tenčí než lidský vlas a je také nejtenčí známou dvourozměrnou strukturou.
Gipave: silniční zázrak stvořený z grafenu
Projekt na vytvoření grafenového aditiva Gipave, vyvinutého ve spolupráci vědců z Univerzity studií Milana Bicoccy a firem, probíhal za účasti italského města Miláno. Patentovaný polymerní supermodifikátor byl poprvé testován v září 2018 na kilometru silnice v Římě, další zkouška proběhla následující rok na úseku silnice Miláno-Meda, aby se potvrdily výsledky z laboratoře, které prokazují prodloužení životnosti vozovek o 250 % s následným snížením nákladů na údržbu.
V roce 2022 zahájil testování asfaltu kombinovaného s grafenem Gipave britský okres Essex. Dělníci položili přes 165 tun Gipave na jízdní pruh na nové příjezdové silnici k dálnici poblíž Londýna a pro kontrolu byl vytvořen i druhý jízdní pruh s použitím tradičního asfaltu. Vozovka s použitím Gipave byla poté v průběhu následujících tří let vystavena intenzivnímu provoznímu zatížení pneumatikami tisíců osobních i nákladních automobilů během měnícího se počasí a teplot v každém ročním období.
Na konci experimentu odebrala externí firma vzorky jádra z obou jízdních pruhů pro laboratorní testování i analýzu. Inženýři změřili, jaký tlak je potřeba k deformaci každého suchého vzorku, a poté je po 72hodinovém ponoření do vody znovu otestovali. Asfalt vylepšený grafenem si vedl o 10 % lépe v testech tuhosti a vykazoval také o 20 % lepší parametry, pokud jde o citlivost na vodu. Když se Gipave rozlomil, praskal kamenný agregát, a nikoli živice (bitumen) nebo vazba mezi těmito dvěma složkami, což dokazuje, že grafen skutečně posiluje celkovou odolnost vozovky, a představuje tak bezpečnější a pravděpodobně i ekologičtější variantu.
Navíc lze silnice postavené s použitím materiálu Gipave znovu recyklovat, čímž se snižuje těžba nových materiálů a používání živice prvního užití. Nevýhodou Gipave je zatím vyšší cena za metr čtvereční.
Samoopravitelný asfalt vylepšený AI
Na silnice však možná brzy zamíří i další novinka z laboratoří britských výzkumníků. Tým vědců ze Swansea University a Kings College London ve spolupráci s chilskými výzkumníky navrhl nový typ samoopravitelného asfaltu, který dokáže sám zacelit vznikající trhliny bez nutnosti údržby nebo lidského zásahu.
Vědci našli způsob, jak tento degradační proces zvrátit a také metody, jak asfalt znovu „scelit“ dohromady, a vytvářet tak odolnější a udržitelnější silnice. Při své práci využili strojové učení ke studiu organických molekul ve složitých tekutinách, jako je živice a vyvinuli nový model založený na datech, který urychluje atomistické simulace a výzkum oxidace živice a tvorby trhlin.
Aby se asfalt samoopravoval, zakomponovali do něj vědci drobné, porézní částice známé jako spory, které jsou menší než vlas a produkují je rostliny. Jsou naplněny recyklovanými oleji, jež se uvolňují, když asfalt začne praskat, a pomáhají tak zvrátit degradační proces.
Při laboratorních experimentech bylo prokázáno, že tento pokročilý asfaltový materiál dokáže kompletně zacelit mikrotrhlinu na svém povrchu za méně než hodinu. Současný výzkum v oblasti biologických zapouzdřených řešení pro samoopravu asfaltu zahrnuje i vytváření kapslí z biopolymerů získaných z hnědých řas a recyklovaných kuchyňských olejů, i vývoj regeneračních činidel prostřednictvím tepelné přeměny pneumatik s ukončenou životností.
Petr Sedlický
Foto: Univerzita studií Milana Bicoccy, Swansea University
45
