علماء يطورون خرسانة يمكنها إذابة الثلوج من تلقاء نفسها

دفعت التوقعات بانخفاض درجات الحرارة واحتمالية هطول ثلوج مدينة فيلادلفيا الأميركية لوضع طبقات من ملح الطرقات لمنع تراكم الجليد والثلوج على الأرصفة والشوارع. ولكن ماذا إذا كان يمكن للرصيف أن يقوم بإذابة الجليد من تلقاء نفسه؟

فقد ذكرت صحيفة “فيلادلفيا انكوايرر” أن هذا كان الهدف من مشروع استمر ثلاثة أعوام في جامعة دريكسل لتطوير خرسانة ذاتية التسخين، يمكن أن تبقي الشوارع آمنة من الطقس الجليدي، بالإضافة إلى تجنب المخاوف المتعلقة بالبيئة والتكلفة المرتبطة بملح الطرقات التقليدي.

وقال أمير فارنام، الأستاذ المساعد في مجال الهندسة الذي يقود معمل مواد البنية التحتية المتقدمة بجامعة دريكسل، إن وضع طبقة ملح الطرقات على الشوارع يتطلب قوة عاملة كبيرة، ويمكن أن يلحق الضرر بالطرق ويلوث التربة حولها، وأضاف: “لقد أردنا التوصل لحل بديل”.

وقد قام فريق فارنام بتطوير نوعين من الخرسانة تستخدم شمع البارافين، الذي يعد زيتاً بترولياً يستخدم في الشموع وأقلام التلوين. وبعد ذلك قام بوضع عدة ألواح في فناء الجامعة وترك الطبيعة تأخذ مجراها.

وعلى الرغم من أن كل نوع كان أداؤه أفضل في ظروف طقس مختلفة، فإنهما تمكنا من إذابة الجليد من تلقاء نفسهما.

وحصل الباحثون على دليل خلال عاصفة ثلجية في فبراير 2022، حيث سجلوا صوراً تظهر طبقة من الخرسانة العادية مغطاة باللون الأبيض. ولكن نظيرتها الخرسانة ذاتية التسخين أوقفت الثلوج لأيام.

وتتمحور فكرة الخرسانة ذاتية التسخين حول استغلال خصائص مميزة في مواد تعرف باسم مواد تغيير المراحل.

وفي أحوال الطقس الدافئة والمشمسة، سوف تسيل المادة التي تغير المراحل مثل البارافين. ولكن في أحوال الطقس الباردة، سوف تتماسك المادة ببطء لتصبح كتلة صلبة. وبمجرد أن تصبح صلبة، فهي تطلق حرارة.

وقال فارنام: “الأمر مثل البطارية – البارافينات تقوم بالشحن في وجود الشمس والحرارة، وتتحول إلى مرحلة السيولة”، مضيفاً: “وعندما تكون هناك ثلوج أو أمطار أو طقس بارد، تبدأ في التماسك وإطلاق الحرارة”.

وأجرى فريق فارنام اختبارات لطريقتين لخلط الخرسانة بالبارافين. وقال فارنام إن الطريقتين تتمتعان بتطبيقات مفيدة بناء على أحوال الطقس. وأضاف: “بناء على الطقس، يمكن أن تتفوق طريقة على الأخرى”.

وتتضمن طريقة من الطرق وضع البارافين داخل كابسولات، وبعد ذلك خلط الكابسولات بالخرسانة. هذه الوسيلة تساعد في ذوبان الجليد سريعاً، ولكنها كانت فعالة خلال نطاق ضّيق من درجات الحرارة.

وبالنسبة للطريقة الأخرى، فقد قام فريق فارنام بحقن الحصى والشظايا الصخرية بالبارافين، وبعد ذلك دمج هذا الحصى بمزيج من الخرسانة. وأطلقت الخرسانة الممزوجة بالحصى المعالج بالبارافين حرارة على مدار فترة أطول، لذلك لم تكن بنفس الجودة فيما يتعلق بالعمل على ذوبان الثلج سريعاً. ولكنها كانت فعالة في نطاق واسع من دراجات الحرارة، حسبما قال فارنام. وأشار أنه على سبيل المثال، يمكن أن تكون مفيدة في فصل الثلوج عن سطح طريق بحيث يمكن التخلص منها.

وأشار فارنام إلى أنه لا يتعين على فيلادلفيا أن تتخلى بعد عن كاسحات الثلج وفرق تمليح الطرق. فعلى سبيل المثال، خلال موجة برد لمدة 10 أيام، سيطلق البارافين حرارة مع انخفاض درجة الحرارة، بعد ذلك سوف يبقي صلباً حتى ترتفع درجة الحرارة مجدداً.

وأضاف: “إذا كان هذا الإجراء مصمماً لفيلادلفيا، فإن الأمر لن يجدي نفعاً طوال 100% من الوقت”.

وأوضح أن الخرسانة ذاتية التسخين التي طورها فريق دريكسل عملت بكفاءة أكثر من 50% من الوقت خلال الظروف الثلجية في فيلادلفيا ما بين 2021 و2024. وخلال هذا الوقت، انخفضت درجة الحرارة لأقل من درجة التجمد 32 مرة، واستقبلت المدينة أكثر من بوصة من الثلوج خمس مرات، حسبما جاء في مقالة دريكسل بشأن التجربة.

وأوضح فارنام أن الخرسانة ذاتية التسخين أكثر مرونة تجاه دورات التجمد والذوبان التي تحدث حفراً وتلحق الضرر بالطرق. كما يمكن للتكنولوجيا مساعدة المدن في استخدام ملح أقل.

وقال فارنام: “ربما يمكن المزج ما بين الملح وهذه التكنولوجيا”. وأضاف: “حتى خفض استخدام الملح بنسبة 50% خلال 10 إلى 15 عاماً من دورة حياة خدمة الطرق، فهذه نسبة كبيرة”. وأوضح قائلاً: “يمكن بذلك توفير النفقات والطاقة، كما يمكن تمديد عمر خدمة الطرق. فبدلاً من أن تستمر دورة حياة خدمة الطريق لمدة 10 أعوام، يمكن أن تمتد لـ20 عاماً”.