道路インフラは、現代の経済の背骨であり、従来のアスファルト舗装は、多くの場合、期待の不足を招く、コストリーな修理と頻繁に再サーフェシングを必要とする数十年のインストール内で。 亀裂、座る、およびポットホールは、重トラフィック負荷、温度の極端な、および湿気の浸入によって運転される一般的な故障です。 より弾力のあるソリューションの検索では、研究者は、 ]] に回しました。 グラフェン は、電気的構造の交換、および複合材料の輸送、および複合材料の輸送を削減します。

グラフェン注入アスファルトとは何ですか?

グラフェン注入アスファルトは、微小なグラフェンの薄片または小板が瀝青のバインダー全体に分散される複合材料であり、または直接集約と混合される複合材料です。 グラフェンは、化学蒸気堆積、機械的剥離、または黒鉛酸化物の化学的削減を介して製造することができます。後者は、建設用途に最も一般的に、低コストとスケーラビリティのために最も一般的です。 典型的な投与量は、バインダーの体重によって0.1%から1%から1%の範囲で、大幅に変化することなく、設計を向上させます。

プライマリインコープメソッドは2つあります。

  • しかしプロセス:]]のグラフェンは溶媒か液体のキャリアで前分散され、アスファルト植物で熱瀝青と混合されます。この方法は、バインダーの均一コーティングを保障しますが、温度と混合の時間の慎重な制御が必要です。
  • ドライプロセス:] グラフェンは、瀝青と混合する前に、集約に直接追加され、物流を簡素化し、均一な分布を危険にさらす。 ドライブレンド技術で進歩し、ハイシャイミキサーやプレコーティングされた集計をグラフェンソリューションで使用したり、一貫性が向上しました。

基調講演では、グラフェンの高域面積と強固なバンダーワーズとの相互作用をビットメンのアスファルトと樹脂の分岐に取り込みます。 グラフェンシートは、物理的にバインダーを強化し、マイクロクラックをブリッジし、亀裂の伝搬を遅らせる。 さらに、グラフェンの熱伝導は、舗装内の温度勾配を均等化し、熱応力を低減します。

道路建設におけるグラフェンの使用の主な利点

耐久性と拡張サービス寿命の増強

研究室の研究は一貫して、グラフェン注入アスファルトが疲労寿命と永久的な変形に対する抵抗の30〜50%の改善を発揮することを示しています。 繰り返し負荷試験では、0.5%の黒鉛酸化物と混合し、制御ミックスよりも40%の低下を経験しました。 これらの利益は、主要なリハビリテーション間の長い間隔に直接翻訳され、潜在的に15〜30年までの道路の設計寿命を倍増します。

割れ、およびポテトホールへの改善された抵抗

低温割れおよび反射割れは、より低温気候の一般的な故障モードです。グラフェンは、最大60%の低温フラクチャーエネルギーを高め、微小条件で舗装をより柔軟にします。改善された凝集と付着は、湿気の損傷、小孔形成の第一次原因を減らす。英国におけるフィールド試験は、伝統的なアスファルトセクションと比較して3つの冬の後に亀裂密度の75%削減を示しています。

サステナビリティの向上とライフサイクルコストの低減

長持ちする道路は、ニュートリクス、瀝青、エネルギーの消費を削減し、より少ない再建サイクルを意味します。マンチェスター大学によるライフサイクル評価では、グラフェン注入アスファルトが1%のグラファイトローディングを想定して、30年以上にわたり、総温室効果ガス排出量を20%削減できると推定しました。メンテナンスの必要性は、トラフィックの混乱や関連する排出を削減します。さらに、グラフェン自体は、製品から抽出された製品をグラフ化したり、循環型経済を抽出したりすることができます。

熱伝導性および熱管理

アーバンヒートアイランド効果は、太陽放射を吸収するダークアスファルト表面によって悪化します。グラフェンの熱伝導率(約5000 W / m・Kのプリスインシート)は、舗装構造により熱を効率的に消散させ、潜在的にピーク表面温度を2〜5°C低下させるのに役立ちます。これは、熱風で柔らかくなり、バインダー老化プロセスを遅くすることができます。一部の研究では、この研究では、まだ溶融の場合には、グラフェンを使用して、加熱します。[F]と[F]は、氷の初期に溶解することができます。[F]

疲労およびRuttingの抵抗の改善

繰り返しトラフィックのロードでは、グラフェン強化バインダクタは、より低いフェーズの角度とより複雑な係数を示します。これにより、ホイールパスの永久的な変形が軽減されます。ダイナミックせん断速度計テストでは、0.3%のロードでグラフェンが、サービス温度で35%のruttingパラメータ(G*/sinδ)を増加させることが実証されています。

最近のイノベーションと研究

実験室のブレークスルー

大手研究機関は、利点を定量化する多数の研究を発表しました。例えば、ジャーナル[]の2023研究では、構造と建築材料]は、ブルームンの体重によって0.2%でグラフェンナノプレートが、カーボンインデックスの進化によって測定されるように、酸化老化に対する抵抗を改善したことがわかりました。メリーランド大学のもう一つの研究は、黒鉛酸化バインドが、水分を除去するために70%の優れた抵抗を発揮したことを示しています。

フィールドトライアルとパイロットプロジェクト

いくつかの政府と民間のコンソーシアムが現実世界のテストを開始しました:

  • UKの国道:A1高速道路の3キロメートルセクションは、2022年にグラフェン注入アスファルトで舗装されました。 2年後の予備結果は、構造のひび割れと30%の減少を表わします。
  • [オーストラリアのARRBグループ:[メルボルンの高交通都市道路に関する試験では、12ヶ月後に制御セクションと比較して50%の急激なアスファルトの低下が示されている。
  • イタリアの「Pavimental:」)。独自のグラフェン添加で、TurinのA4高速道路の500メートルのセグメントが、表面テクスチャの改善による騒音低減を実証しました。

コスト効果の高い生産方法

初期のグラフェン生産コストは、非経済的にグラフェン注入されたアスファルトを作る、禁止的に高(キログラムあたり3ドル)であった。 しかし、電気化学的剥離と低グレードのグラファイトフィードストックの使用は、グラファイト酸化物のための1キログラムあたり$ 50未満のコストを削減しました。 ]グラフンストーンとファーストグラフエンのメンテナンスが許可される場合、会社が、このメンテナンスコストを削減しました。 [FLT:]は、メンテナンスコストを削減することができます。 [FLT:]は、メンテナンスが許可される場合、または、この費用は、コストを削減します。

広スプレッドの採用への挑戦

均一分散

グラフェン粒子は、強力なシートフォースにより凝集性が増し、アスファルトマトリックスの弱点につながります。粘度瀝青の一貫したナノ分散を実現し、技術的なハードルです。研究者は、シランやポリマーのグラフェンの表面機能化を探求しています。また、超音波処理と植物の高層混合を併用しています。

生産コストとスケーラビリティ

コストが低下している間、GlolenはSBS(スチレンブタジエンスチレン)のような従来の修飾語よりも高価です。 広範な採用のために、コストのプレミアムは、より長い舗装寿命とメンテナンスを下げることによってオフセットする必要があります。 これは、長期フィールド試験から堅牢なデータを必要とします。 サプライチェーンボトルネックも存在します。高品質のグラフェン生産が少ない地域で集中しているため。

健康・環境問題

吸入性グラフェンのほこりは、製造と建設中に呼吸器リスクを発生させることができます。湿式処理や封入混合システムなどの適切な処理プロトコルが必要です。環境の脂肪の研究は、舗装摩耗後の土壌や水システムに対するグラフェンの影響を評価するために継続的です。予備の生態学的評価は、低急性毒性を示していますが、長期的効果は不明です。

標準化と仕様

アスファルトのグラフェンを特徴付けるための標準化されたテスト方法はありません。ASTMやCENなどの代理店は分散品質と性能の低下のためのプロトコルを開発しています。仕様が確立されるまで、代理店は公道のためのグラフェンミックスを承認するのが躊躇するかもしれません。

未来の展望:スマートロードとセルフヒーリング舗装

グラフェンの電気伝導性は、ドアを]スマートインフラに開く。 導電性アスファルトは、トラフィック監視、重量インモーション、またはリアルタイムの構造的損傷を検出するための組み込みセンサーを有効にすることができます。 研究者は、自己治癒能力を調査しています。 若返りのマイクロカプセルを組み込んだり、グラフェンの誘導加熱を使用して、亀裂は自動的に修復され、さらには舗装寿命を延ばすことができます。

もう一つのフロンティアは、中古タイヤやバイオマスなどのリサイクルソースから得られるグラフェンの使用で、ネットゼロ構造の目標と整列します。欧州連合の[]のGRAPHENE-PAVEMENTプロジェクト]は、このクローズドループアプローチを探索しています。

コンテンツ

グラフェンインフルエンザアスファルトは、道路工事におけるパラダイムシフトを表し、耐久性、持続可能性、機能性の劇的な改善を提供します。分散、コスト、標準化の課題は残っていますが、研究と成功したフィールド試験は自信を持っています。生産規模とコストが下落し続けるにつれて、グラフェン強化舗装は、長持ちする低メンテナンス道路を求めるインフラ機関のための標準的なツールになる可能性があります。 [F] 詳細な手順を詳しく見るには、Tabli [Fab] [Fabli] を参照してください。 [Fablide]

レジリエントインフラの上昇にグローバル投資することで、グラフェン注入アスファルトは、より安全でグリーンな、そして将来の世代のためのより費用対効果の高い道路に貢献するために位置付けられます。