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这个创新给满分: 沥青路面不仅能自我修复, 还能给电动汽车充电 |潮科技

竹轻 · 2017-05-12
这不是开脑洞,全球已经有多个研究小组在研究路面的升级与改造方式。

作者| 廖垠雪

编辑| 傅博

随着买车一族的增加,道路质量也成为不容忽视的问题。而在道路建设的主要材料中,沥青路面相对来说具有行车舒适性佳、延长轮胎使用寿命、节省燃油等优势。

然而,一群荷兰的科学家们正在想方设法让它进一步升级,让沥青路面在能够自我修复的同时,也给愈发普及的电动汽车进行充电。

沥青很容易使用:你只需将它加温、混合,一旦冷却,它就会变成坚硬的路面。沥青路面通常是多孔的,这些毛孔可以吸收噪音,使道路更安静。

但缺点是这种多孔沥青不耐用,使用时间长了之后,它就会出现裂缝和坑洼。

这不仅仅会造成行驶颠簸和交通挤塞的问题,它还会导致马路行驶环境的不安全,要知道,缺乏良好维护的道路可能要为高速公路上死亡人数的三分之一负责。

沥青路面坑坑洼洼

解决这个问题的办法之一,就是荷兰代尔夫特大学的材料科学家 Erik Schlangen提出的“可自我修复的沥青”。在一场Ted演讲中,它向观众展示了这种特殊的沥青,其使用的材料中混合有小型钢纤维,可以使沥青导电。

他在台上甚至这种特殊的沥青

此外,如果在沥青上运行大型感应器(基本上就是一块巨大的磁铁),它会使沥青和钢纤维变热,然后这些小的裂缝就会自行闭合。

演示图

所以,这并不是完全的自我修复,因为你仍然需要一台感应电机,但是不论怎样,这还是比关闭道路、花费好几天修路来得方便。

在铺设这种“可以愈合”的道路

“自愈沥青”已经在荷兰的12条不同的道路上进行了测试,其中一个沥青路面自2010年以来一直运行并向公众开放。

所有这些沥青道路至今仍然处于完美状态,但是Schlangen指出,即使普通的沥青路面也可以使用大约7至10年,在那之后我们才能真正开始看到两种材料的差异。

他估计,材料的整体成本将比普通沥青价格高出25%,但是道路寿命可能会翻一番。据估计,如果所有的道路都使用这种材料,荷兰每年可以节省9000万欧元。

比起发明这种特殊的沥青,Schlangen实验室还有更酷的想法。他认为这种道路甚至可以为电动汽车充电:

“在沥青中放置钢纤维意味着你可以向它发送信息,这意味着,人们有可能可以在开车的时候为电动汽车充电。

这是早期的设想,我们之后将在交通信号灯前进行一些试验,进行这个试验的目的是,让你可以在交通拥堵时给汽车充电。”

直接在路面充电

根据麻省理工学院混凝土可持续发展中心主任Franz-Josef Ulm的说法,生产混凝土材料所排放的二氧化碳占全球二氧化碳排放量的10%。

因此,学院相关行业的研究人员聚集在一起,力求使材料更加耐用、环保。 

许多研究都是最近才出炉,因为虽然混凝土已经存在了几千年,但因为之前没有足够先进的工具进行测量,混凝土基础构件的密度直到2007年才被知晓。

其中,有一个项目是通过调整道路材料来减少车辆的燃料消耗。

“当你开车经过路面,你会撞出一个小的凹坑。你看不到它,因为它非常小,但是由于材料的行为和纹理,实际上你开车的时候总是有轻微向上的趋势。”

Ulm将其与在沙滩上跑步进行比较,在沙滩上跑步比在坚硬的表面跑步更难,这些“凹坑”会让汽车消耗更多能量。

所以,改变混凝土粗糙度可以减少汽车能源消耗,从而减轻对环境的影响。

研究表明,在弗吉尼亚州的道路上进行试验时,这一过程将汽车对环境的影响降低了3%。 “对于一辆私人轿车,这没有太大的区别,但对于一个州甚至一个国家来说,它扮演着重要的角色,”Ulm补充道。

混合混凝土研究和教育基金会执行董事Julia Garbini说,路面行业开始应用这一研究提供的一些启示。她说:“现在正在进行的许多工作已经开始影响到混凝土的具体生产方式了。”

Ulm与其他研究员们正在实验

力度是改善混凝土的另一种方式。

混凝土很便宜,但容易破裂,因此当裂纹发生时,人们可以通过添加钢筋来承担结构的重量。

但当混凝土破裂,水或盐从除冰建筑物渗入,钢筋就会开始腐蚀。这将会损害整个结构,也是很多旧桥崩塌的重要原因。 

Schlangen说:“如果你想制作一个自我修复的混凝土,我们必须做一些可以填充裂缝的东西,让水或盐没法渗透进来。“

现在最有希望的解决方案是在混凝土中加入特殊的细菌。细菌生活在混合物中,并产生碳酸钙,碳酸钙的形成有助于填充裂缝。 


显微镜下的这种真菌

Schlangen补充说:

“我们知道,这些细菌可以在自然界生活200多年,所以我们发明了将这些细菌置于混凝土中的技术,这些细菌的存活时间绝对比混凝土结构的使用周期要长。此外,他们对人类没有任何副作用,所以它是安全的。”

测试混凝土并不容易,因为它的失败可能是灾难性的 。尽管如此,Schlangen的团队已经将这种混凝土应用于一些小型建筑,但截止目前,他们仍在完善制作材料。

值得高兴的是,尽管欧洲和美国的混凝土相关规定相当严格,但日本、韩国等规定较为宽松的国家则对此表示了兴趣。

Schlangen在进行实验

其实,中国已经试验了再生剂微胶囊自修复道路。

今年1月5号,自修复道路的试验段在中国通过为期两年实际应用验证,试验段分别位于天津经济技术开发区和河北省邯郸市,各长50米。

天津圣工科技发展有限公司主导了这类新材料及新术的应用研究。其中的主要研发人员苏峻峰是荷兰代尔夫特理工大学的博士后,目前在天津工业大学担任教授。

苏俊峰教授

两段试验段分别采用了不同的微胶囊尺寸及添加比例,微胶囊璧材分别采用了聚合物和聚合物有机无机复合材料。

在24个月的实验和观察期间,研究团队采用不间断的收集数据的方式测定其老化程度,观察取样沥青中的微胶囊的形态等参数。

通过这些收集来的数据与试验段沥青老化程度及微胶囊在沥青中的形态进行对比,初步验证了采用再生剂微胶囊来延长沥青道面使用寿命的可行性。

根据前瞻产业研究院发布的相关报告,我国公路的总体路面铺装率仍较低,2014年,沥青混凝土路面仅占公路总里程的19%,未铺装和简易铺装道路占43%。

而这一试验的结果为可修复沥青道路在国内的进一步应用奠定了基础。

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