В Великобритании прошли испытания, которые могут изменить будущее дорожного строительства. Согласно официальным данным из Эссекса, пилотный проект за пределами Лондона показал, что дороги, в состав которых входит один из самых прочных материалов в мире — графен, превосходят традиционный асфальт. Новая суперсмесь для дорог получила название Gipave.
Проблема содержания дорог
Содержание дорог остаётся одной из самых затратных статей расходов для местных, региональных и федеральных властей. В 2021 году на ремонт шоссе и улиц было потрачено около 206 миллиардов долларов. Это почти шесть процентов всех доступных средств — и этого далеко не достаточно. По данным Pew Research, в Соединённых Штатах также планируется потратить не менее 105 миллиардов долларов на отложенные проекты по обслуживанию.
Одной из наиболее узнаваемых и частых проблем являются трещины. Они неизбежны на любой дороге из-за ослабления материалов и повторяющихся нагрузок с течением времени. Когда по этим трещинам проезжает достаточно автомобилей, куски начинают откалываться, образуя те самые печально известные выбоины, которые прокалывают шины и разрушают амортизаторы. Помимо расходов на ремонт дорог, средний ремонт автомобиля, связанный с выбоинами, составляет около 600 долларов, а владельцы автомобилей в США ежегодно тратят на это около 26,5 миллиардов долларов.
Традиционный асфальт и графен
Традиционный асфальт изготавливается из смеси каменных заполнителей, скреплённых между собой вязким веществом на основе битума — нефти. Однако инженеры начали экспериментировать с добавлением в смесь материала, полученного из графита — графена. Впервые он был внедрён в коммерческих целях в начале 2000-х годов. Графен состоит из одного слоя атомов углерода, расположенных в виде сот, что делает его невероятно устойчивым и сверхпроводящим. Он в 200 раз прочнее стали и в миллион раз тоньше человеческого волоса.
Графен уже используется в производстве электрических батарей, полупроводников и других продуктов. Однако городские планировщики также видят потенциал в использовании графена в качестве добавки для дорожного строительства.
В 2022 году округ Эссекс объявил о планах протестировать асфальт в сочетании с графеном для создания дорожного покрытия под названием Gipave. Рабочие уложили более 165 тонн Gipave на полосу новой подъездной дороги к шоссе недалеко от Лондона. Для контроля они также уложили вторую полосу с использованием традиционного асфальта. Затем Gipave подвергался воздействию тысяч автомобильных и грузовых шин в течение всех сезонов, при различных погодных условиях и температурах в течение трёх лет.
Результаты испытаний
По окончании эксперимента сторонние инженеры взяли образцы керна из обеих полос для лабораторных испытаний и анализа. Они измерили, какое давление потребовалось, чтобы деформировать каждый сухой образец, а затем протестировали их снова после 72-часового погружения в воду. Асфальт с добавлением графена показал на 10 процентов лучшие результаты в тестах на жёсткость, а также на 20 процентов лучше проявил себя в тестах на чувствительность к воде.
Также было замечено, что при разрушении Gipave трескался именно каменный заполнитель, а не битум или связь между двумя ингредиентами. Это означает, что графен действительно укрепляет общую устойчивость дорожного покрытия, делая его более безопасным и, вероятно, более экологичным вариантом.
Стоимость Gipave
Если есть какая-то очевидная слабость у Gipave, то это цена. Инженеры оценивают стоимость использования Gipave примерно в 30 центов за квадратный фут. Менее одного доллара на первый взгляд может показаться не так уж и много, но расходы на ремонт дорог растут в геометрической прогрессии. В США одна миля четырёхполосного шоссе содержит минимум около 253 000 квадратных футов. Общая протяжённость автомобильных дорог в стране составляет около 4,2 миллиона миль, причём многие из них намного шире, чем четыре полосы. В этом (крайне консервативном) сценарии перекладка всех дорог США с использованием Gipave обойдётся примерно в 124,3 миллиарда долларов. Однако начать заделывать существующие выбоины асфальтом, усиленным графеном, было бы многообещающим началом.