Меньше ям и ремонтов: химики научились оценивать старение асфальта
Исследователи из Missouri S&T разработали способ заранее оценивать, как асфальт будет стареть и насколько эффективно его можно восстановить. Метод позволяет заглянуть в микроструктуру дорожного покрытия с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Результаты работы команда профессора химии Клауса Велька представляет специалистам Министерства транспорта штата Миссури.
Асфальт стареет под солнцем и дождем
Дорожный асфальт постоянно испытывает нагрузку. Солнце, кислород, перепады температуры, замерзание и оттаивание, а также поток машин постепенно меняют его структуру. Связующее вещество становится более хрупким, теряет эластичность и со временем начинает трескаться.
Чтобы продлить срок службы покрытия, используют специальные составы для восстановления свойств старого асфальта. Их называют омолаживающими материалами. Проблема в том, что пока нет единого способа точно определить, насколько хорошо они работают.
«Сейчас это настоящий Дикий Запад в исследованиях и разработках, потому что четкого определения омоложения асфальта не существует», — говорит Ребекка Херндон, сотрудница лаборатории Велька и специалист по гражданскому строительству.
Асфальт проверяют почти как организм
Ученые используют ЯМР-релаксометрический анализ. Этот метод показывает, как материал реагирует на воздействие радиочастотного сигнала и как быстро возвращается в исходное состояние. По характеру сигнала исследователи могут судить об изменениях в микроструктуре асфальта.
«Это похоже на МРТ для раннего обнаружения рака, только в нашем случае речь идет о разрушении асфальта», — объясняет Вельк.
Команда сравнивает образцы нового, состарившегося и восстановленного покрытия. Исследователей интересует, как меняется внутренняя структура материала после воздействия окружающей среды и насколько хорошо омолаживающие составы возвращают ему прежние свойства.
«Где вы видите выбоину, я вижу возможность для исследования. Мы выясняем, как лучше обрабатывать асфальт, чтобы ремонтировать дороги эффективнее и дешевле», — говорит Вельк.
Метод поможет оценивать ремонт до и после укладки
Сейчас ученые работают с образцами, полученными с реальных дорог. В исследовании участвуют Missouri S&T, Министерство транспорта Миссури и компания Corrective Asphalt Materials.
По словам Херндон, такая проверка может пригодиться еще до укладки покрытия и после ремонта. Анализ микроструктуры позволяет отличить новый материал от состарившегося и понять, насколько успешно его удалось восстановить.
На свойства покрытия сильно влияет климат. В Миннесоте, например, дороги переживают совсем другие условия, чем в Луизиане. Поэтому команда собирает образцы из разных регионов.
«Асфальт стареет из-за ультрафиолетового излучения, кислорода и циклов замерзания и оттаивания, поэтому мы стараемся получать образцы из самых разных мест», — рассказывает студентка Кэтрин Скаггс.
В перспективе метод может помочь создать единые критерии для оценки средств, восстанавливающих свойства старого асфальта. Это позволит сравнивать разные материалы и точнее определять, какие из них действительно продлевают срок службы покрытия.
Пока исследование не означает, что дороги перестанут ремонтировать или менять асфальт. Но более точная оценка старения может помочь находить проблемы раньше и не тратить деньги на ремонт, который быстро придется повторять.
