Kiedy słyszysz słowo asfalt, prawdopodobnie wyobrażasz sobie czarną smołę na drogach i autostradach, prawda? Ale to nie jest do końca poprawne.
„Asfalt jest płyn, który jest w drodze”, mówi Richard J. Willis, Ph.D., wiceprezes inżynierii, badań i technologii w Krajowym Związku asfaltowej nawierzchni (NAPA), który posiada doktorat w dziedzinie projektowania i budowy asfaltowej . „To środek wiążący, który trzyma razem skały”. Asfalt pochodzi z ropy naftowej, a smoła z węgla.
Asfalt występuje również naturalnie w ziemi, a są tam jeziora, w których ropa naftowa z podziemia wypłynęła na powierzchnię, takie jak La Brea Tar Pits w Los Angeles i Pitch Lake w Trynidadzie, które jest największym naturalnym złożem asfaltu w świat.
Jednak obecnie najpowszechniejszym sposobem wytwarzania spoiwa jest proces rafinacji oleju . Asfalt to najcięższy materiał w beczce ropy; jest to w zasadzie produkt odpadowy.
„Asfalt to ciężka pozostałość, która osiada na dnie” - mówi Willis. Nie można go wykorzystać na energię, więc nabiera nowego życia jako lepki materiał, który spaja materiały. W połączeniu z różnymi ilościami i rodzajami skał oraz innych substancji ostatecznie staje się mieszanką, po której jeździmy. Droga jest tak naprawdę mieszanką asfaltową lub lepiej określaną jako „nawierzchnia asfaltowa”.
Historia asfaltu
Cała rozmowa o rafinacji ropy naftowej może sprawiać, że asfalt brzmi jak stosunkowo nowoczesny wynalazek, ale pierwsze odnotowane użycie asfaltu na drodze miało miejsce w Babilonie w 615 roku pne; Według NAPA do wybrukowania ulicy procesyjnej za panowania króla Nabopolassara użyto asfaltu i spalonej cegły . Rzymianie używali go do uszczelniania konstrukcji, takich jak łaźnie i akwedukty. Kiedy angielski odkrywca Sir Walter Raleigh pojawił się nad jeziorem Pitch w Trynidadzie w 1595 roku, użył asfaltu do uszczelnienia swoich statków.
„W całej historii był używany w innych funkcjach nieporuszających się po drogach” - mówi Willis. Używanie go jako spoiwa na drogach stało się bardziej powszechne w XIX wieku. John Loudon McAdam, który zbudował szkocką autostradę, dodał gorącą smołę, aby zmniejszyć zapylenie i konserwację dróg. Ta metoda poprawiła również warunki jazdy.
W Stanach Zjednoczonych mieszanki bitumiczne (beton asfaltowy) pojawiły się po raz pierwszy w latach 60. XIX wieku, a według NAPA pierwszy „prawdziwy nawierzchnię asfaltową” położył w Newark w 1870 r. Przez Belga Edmunda J. DeSmedta . Został wzorowany na naturalnej autostradzie chodnikowej we Francji. Następnie DeSmedt wybrukował Pennsylvania Avenue w Waszyngtonie asfaltem z Trynidadu, co dodatkowo potwierdziło jego trwałość.
Przedsiębiorczy chemicy i wynalazcy wkrótce złożyli patenty na różne mieszanki mieszanek asfaltowych, które pojawiły się pod różnymi nazwami. Wraz z rozwojem przemysłu miasta zaczęły wymagać gwarancji na wykonanie i materiały. Aż do początku XX wieku prawie cały asfalt pochodził ze źródeł naturalnych, ale wraz z uruchomieniem pierwszej nowoczesnej wytwórni asfaltu w East Cambridge w stanie Massachusetts w 1901 roku i wzrostem liczby samochodów zapotrzebowanie na lepsze drogi ożywiło przemysł asfaltowy. Do 1907 roku naturalną produkcję asfaltu zastąpił rafinowany asfalt naftowy.
„Ludzie zaczęli domagać się lepszych środków transportu” - wyjaśnia Willis. „Drogi, na których ludzie zaczęli używać asfaltu, aby utrzymać skały razem dłużej niż konwencjonalna droga gruntowa, do której ludzie byli przyzwyczajeni”. Jazda po szutrowej drodze w porównaniu do tej, która była utwardzona, oferowała znacznie inne wrażenia. Wreszcie ustawa o federalnej pomocy drogowej z 1956 r. Pomogła przekształcić drogi w Stanach Zjednoczonych, które nadal są zbudowane z ubitego gruntu i stworzyła system międzystanowy o długości 48 876 mil (78 658 km) w USA.
Jak dziś używany jest asfalt
Chociaż najczęściej kojarzy się go z drogami, asfalt jest używany do wielu celów, chociaż drogi są najbardziej rozpowszechnione. Według NAPA z ponad 2,7 miliona mil (4,3 miliona kilometrów) dróg utwardzonych w Stanach Zjednoczonych, 94 procent to asfalt .
Co ciekawe, wszystko to zawiera mieszankę około 95 procent kamienia, piasku i żwiru oraz zaledwie 5 procent cementu asfaltowego. Asfalt jest również używany na parkingach, pasach startowych lotnisk i torach wyścigowych.
„Asfalt to naprawdę elastyczny i wszechstronny produkt” - wyjaśnia Willis. Może być używany do wykładania stawów rybnych i zbiorników wodnych lub do celów sportowych, takich jak korty tenisowe. Kilka lat temu wybrano ją jako podłoże pod boisko na stadionie Minnesota Vikings w Minneapolis.
Willis twierdzi, że od pierwszych dni produkcji asfaltu branża nieustannie wprowadza innowacje w zakresie nowych produktów, stając się coraz bardziej naukową i rygorystyczną.
„Zmieniliśmy sposób, w jaki konstruujemy miksy” - mówi. „Jesteśmy w dzisiejszej epoce, w której obserwuje się gigantyczną zmianę w sposobie działania branży i stanów”. Korzystając z zaawansowanych metod testowania, badacze asfaltu dążyli do poprawy wydajności. Wykorzystując nowe materiały, dodatki i technologie, chcą dowiedzieć się, jak różne receptury sprawdzą się w różnych temperaturach i klimatach.
Jedną z głównych aktualizacji było stworzenie mieszanki asfaltowej na ciepło (WMA), która obniża temperaturę produkcji asfaltu w zakładzie, zmniejszając w ten sposób zużycie energii i oszczędzając czas zarówno w produkcji, jak i przy nawierzchni drogowej. Według Federalnej Administracji Autostrad Amerykańskiego Departamentu Transportu WMA poprawia również warunki pracy dzięki zmniejszonemu narażeniu na emisje paliw, opary i zapachy . WMA to technologia, która nie istniała w USA w 2002 roku, a obecnie stanowi około 40 procent rynku, mówi Willis.
Krytyka asfaltu
Asfalt prawdopodobnie nie jest czymś, co uważasz za przyjazne dla środowiska; może to być częściowo spowodowane przez skojarzenie, ponieważ asfalt jest naturalnie powiązany z głównymi zanieczyszczającymi - napędami samochodów i produkcją ropy. Niektóre negatywne aspekty są uzasadnione: ponieważ asfalt ma niski współczynnik odbicia, ustalono, że w znacznym stopniu przyczynia się do efektu miejskiej wyspy ciepła (UHI), Abbas Mohajerani, Jason Bakaric i Tristan Jeffrey-Bailey napisali w artykule z 2017 r. „ Journal of Environmental Management ”. Każdy, kto siedział w korku na autostradzie w gorący letni dzień, może to potwierdzić.
Jeśli chodzi o wkłady asfaltowe do UHI, Agencja Ochrony Środowiska stwierdza, że konwencjonalne nawierzchnie asfaltowe mogą być modyfikowane materiałami lub poddawane obróbce po instalacji w celu zwiększenia współczynnika odbicia. Od dziesięcioleci jest to czasami wdrażane na powierzchniach, takich jak parkingi i autostrady. EPA obejmuje asfalt porowaty i asfalt gumowany jako przykłady nawierzchni przepuszczalnych.
Asfalt zyskał również złe oceny za nieprzepuszczalność, ze względu na gazy, które wytwarza podczas topienia i opary, na które naraża pracowników podczas układania nawierzchni i pokryć dachowych. Administracja ds. Bezpieczeństwa i Zdrowia w Pracy (OSHA) twierdzi, że opary te mogą powodować ból głowy, wysypkę skórną, zmęczenie, a nawet raka skóry. Podczas gdy normy OSHA nie odnoszą się konkretnie do oparów asfaltu, administracja zaleca, aby kontrolowanie narażenia mogło odbywać się poprzez „kontrole inżynieryjne, działania administracyjne i sprzęt ochrony osobistej”.
I oczywiście nadal istnieje fakt, że asfalt jest wytwarzany z ropy naftowej. Ale asfalt ma również pozytywne właściwości ekologiczne.
100 procent recyklingu
„To, czego wielu ludzi nie wie, to wszystkie przyjazne dla środowiska rzeczy, którymi zajmuje się przemysł asfaltowy” - mówi Willis. Po pierwsze, asfalt w 100% nadaje się do recyklingu, a co ważniejsze, w rzeczywistości podlega recyklingowi. W 2018 roku 82,2 miliona ton (74,5 miliona ton metrycznych) odzyskanej nawierzchni asfaltowej (RAP) zostało przywrócone do nowych mieszanek. Oznacza to, że każda mieszanka asfaltu składowana w USA zawierała około 21 procent RAP. W rzeczywistości łączna waga wszystkich przedmiotów poddawanych recyklingowi rocznie w Stanach Zjednoczonych - papieru, plastiku i aluminium - stanowiła ułamek (około 68 procent) ciężaru RAP, który przemysł asfaltowy poddaje się recyklingowi rocznie.
„To tylko jeden materiał, który poddajemy recyklingowi” - mówi Willis. „Jesteśmy najbardziej aktywną branżą recyklingową w kraju”. Jest również jednym z największych recyklerów gumy do opon, która w niektórych stanach jest stosowana jako modyfikator mieszanek. Gonty dachowe są również przetwarzane na nowe mieszanki asfaltowe, a przemysł zastanawia się, w jaki sposób plastik może stać się częścią dyskusji. „Kiedy ludzie przynoszą nam te pytania, staramy się znaleźć rozwiązania”.
Budowa drogi wymaga dużo inżynierii i materiałoznawstwa. Obecnie drogi asfaltowe są projektowane w oparciu o koncepcję „nawierzchni wieczystej” lub przynajmniej na co najmniej 40 lat. Rutynowa konserwacja polega na „frezowaniu” powierzchni - zdejmowaniu mniej więcej górnego cala - co 12 do 20 lat i wymianie jej na nową nakładkę. Ten górny cal można poddać recyklingowi, a okresowe nakładki „znacznie poprawiają jakość jazdy i zużycie paliwa pojazdów poruszających się po tych drogach” - twierdzi Asphalt Pavement Alliance .
Asfalt przyszłości
Dopóki nie nadejdzie czas na unoszące się samochody , drogi asfaltowe prawdopodobnie będą się trzymać. Przemysł planuje wprowadzać innowacje w zakresie produktów i produkcji. Willis opisuje ostatnie przełomy, takie jak autonomiczne rolki i sprzęt, a także zwiększone wykorzystanie wirtualnej rzeczywistości do treningu.
„Postrzegam technologię jako dużą część przyszłości branży” - mówi. W miarę jak eksperci od asfaltu coraz lepiej radzą sobie z dużymi zbiorami danych, mogą ich używać do produkcji i rozmieszczania, aby poprawić wydajność w czasie rzeczywistym. Pewnego dnia mógł nawet zobaczyć inteligentne chodniki z nanoczujnikami na drogach, które dostarczały informacji zwrotnych na temat zachowania i trwałości nawierzchni. „Nasze drogi staną się dużo inteligentniejsze. Mamy technologię, która naprawdę poprawia wrażenia z jazdy”.
Teraz to jest interesujące
Międzynarodowy port lotniczy Boston Logan ma pierwszy terminal na świecie, który uzyskał akredytację Leadership in Energy and Environmental Design, częściowo dzięki pasowi startowemu o nawierzchni WMA, który miał zapewnić redukcję emisji dwutlenku węgla o 2000 ton (1814 ton metrycznych).
