Когда вы слышите слово «асфальт», вы, вероятно, представляете себе черный гудрон на дорогах и шоссе, верно? Но это не совсем так.
«Асфальт жидкость , которая находится в дороге,» говорит Дж Ричард Уиллис, доктор философии, вице - президент по проектированию, исследований и технологий в Национальной ассоциации асфальтового покрытия (Napa), который имеет докторскую степень в области проектирования и строительства асфальтовой . «Это связующее вещество, которое скрепляет скалы». Асфальт получается из сырой нефти, а гудрон - из угля.
Асфальт также естественным образом встречается в земле, и есть его озера, где нефть из-под земли поднималась на поверхность, например, La Brea Tar Pits в Лос-Анджелесе и Pitch Lake в Тринидаде, которое является крупнейшим природным залежом асфальта в мире. Мир.
Но наиболее распространенным способом получения связующего сегодня является процесс переработки нефти . Асфальт - самый тяжелый из материалов в барреле нефти; это в основном отходы.
«Асфальт - это тяжелый осадок, который оседает на дно», - говорит Уиллис. Его нельзя использовать для получения энергии, поэтому он обретает новую жизнь в виде липкого вещества, скрепляющего материалы. В сочетании с различными количествами и типами камней и других веществ, он в конечном итоге становится смесью, на которой мы ездим. Дорога на самом деле представляет собой асфальтовую смесь или, лучше говоря, «асфальтовое покрытие».
История асфальта
Из-за разговоров о переработке нефти асфальт может показаться относительно современным изобретением, но первое зарегистрированное использование асфальта на дороге было в Вавилоне в 615 году до нашей эры; Согласно NAPA, асфальт и обожженный кирпич использовались для мощения улицы для процессии во время правления короля Набопаласара . Римляне использовали его для герметизации таких конструкций, как бани и акведуки. Когда английский исследователь сэр Уолтер Рэли появился на озере Питч в Тринидаде в 1595 году, он использовал асфальт для конопатки своих кораблей.
«На протяжении всей истории он использовался в других внедорожных функциях», - говорит Уиллис. Использование его в качестве связующего материала на дорогах стало более распространенным в 1800-х годах. Джон Лаудон Макадам, построивший шотландскую магистраль, добавил горячую смолу, чтобы уменьшить количество пыли и ремонт дорог. Этот метод также улучшил условия вождения.
В Соединенных Штатах битумные смеси (асфальтобетон) впервые появились в 1860-х годах, а первое «настоящее асфальтовое покрытие» было уложено в Ньюарке в 1870 году бельгийцем Эдмундом Дж. Де Смедтом, согласно NAPA . Он был смоделирован по образцу шоссе с естественным покрытием во Франции. Затем Де Смедт вымостил авеню Пенсильвании в Вашингтоне, округ Колумбия, асфальтом из Тринидада, что еще раз доказало его прочность.
Предприимчивые химики и изобретатели вскоре подали патенты на различные смеси асфальтобетонных смесей, которые появлялись под разными названиями. По мере роста отрасли города начали требовать гарантий на качество изготовления и материалы. До начала 1900-х годов почти весь асфальт производился из природных источников, но с запуском первого современного асфальтового завода в Восточном Кембридже, штат Массачусетс, в 1901 году и увеличением количества автомобилей, запросы на улучшение дорог оживили асфальтовую промышленность. К 1907 году производство природного асфальта было вытеснено очищенным нефтяным асфальтом.
«Люди начали требовать более совершенные виды транспорта», - объясняет Уиллис. «Дороги, на которых люди начали использовать асфальт, чтобы скалы держались вместе, держались дольше, чем обычные грунтовые дороги, к которым люди привыкли». Вождение по гравийной дороге по сравнению с асфальтированной дорогой предлагало совершенно разные впечатления. Наконец, Закон шоссе 1956 Federal-Aid помог превратить дороги в Соединенных Штатах все еще сделаны из уплотненного грунта , и была создана 48876 миль (78,658-километрового) Межгосударственная система в США
Как асфальт используется сегодня
Хотя асфальт чаще всего ассоциируется с дорогами, он используется для многих целей, хотя дороги составляют его наиболее широкое применение. По данным NAPA, из более чем 2,7 миллиона миль (4,3 миллиона километров) дорог с твердым покрытием в США, 94 процента имеют асфальтовое покрытие .
Интересно, однако, что все это включает смесь примерно 95 процентов камня, песка и гравия и всего 5 процентов асфальтобетона. Асфальт также используется для стоянок, взлетно-посадочных полос аэропортов и гоночных треков.
«Асфальт - действительно гибкий и универсальный продукт», - объясняет Уиллис. Его можно использовать для выстилки прудов и водоемов или для спортивных целей, например, для теннисных кортов. Пару лет назад он был выбран в качестве базовой поверхности для поля на стадионе Minnesota Vikings в Миннеаполисе.
По словам Уиллиса, с первых дней производства асфальта промышленность продолжала внедрять инновации в новые продукты, становясь все более научными и строгими.
«Мы изменили способ создания миксов», - говорит он. «Сегодня мы живем в эпоху, когда вы наблюдаете гигантский сдвиг в том, как работает отрасль и как работают государства». Используя передовые методы тестирования, исследователи асфальта стремились повысить производительность. Внедряя новые материалы, добавки и технологии, они стремятся узнать, как различные рецепты будут работать при разных температурах и климате.
Одним из основных обновлений стало создание асфальта с теплой смесью (WMA), который снижает температуру производства асфальта на заводе, тем самым сокращая потребление энергии и экономя время как на производстве, так и на дорожном покрытии. По данным Федерального управления шоссейных дорог Министерства транспорта США, WMA также улучшает условия труда за счет снижения воздействия топливных выбросов, дыма и запахов . По словам Уиллиса, WMA - это технология, которой в США не существовало в 2002 году, и сейчас на нее приходится около 40 процентов рынка.
Критика асфальта
Асфальт, вероятно, не является тем, что вы считаете экологически чистым; отчасти это могло быть связано с ассоциацией, потому что асфальт естественным образом связан с основными загрязнителями - вождением автомобилей и добычей нефти. И некоторая часть негатива оправдана: поскольку асфальт имеет низкую отражательную способность, было установлено, что он вносит значительный вклад в эффект городского теплового острова (UHI), написали Аббас Мохаджерани, Джейсон Бакарич и Тристан Джеффри-Бейли в статье 2017 года в « Журнал экологического менеджмента ». Это может подтвердить любой, кто в жаркий летний день попал в пробку на шоссе.
Что касается вклада асфальта в UHI, Агентство по охране окружающей среды заявляет, что обычные асфальтовые покрытия могут быть модифицированы материалами или обработаны после укладки для повышения отражательной способности. На протяжении десятилетий это иногда применялось на таких поверхностях, как автостоянки и шоссе. EPA включает пористый асфальт и прорезиненный асфальт в качестве примеров проницаемых покрытий.
Асфальт также получил плохие оценки за непроницаемость, за газы, которые он выделяет при плавлении, и за пары, которым он подвергает рабочих во время мощения и кровли. Управление по безопасности и гигиене труда (OSHA) утверждает, что эти пары могут вызывать головную боль, кожную сыпь, усталость и даже рак кожи. Хотя стандарты OSHA конкретно не касаются паров асфальта, администрация рекомендует контролировать их воздействие с помощью «инженерного контроля, административных мер и средств индивидуальной защиты».
И, конечно же, асфальт делают из нефти. Но и у асфальта есть положительные экологические качества.
Усилия по 100-процентной переработке
«Многие люди не знают всего того, чем на самом деле занимается асфальтобетонная промышленность, - говорит Уиллис. Во-первых, асфальт на 100 процентов пригоден для вторичной переработки, и, что более важно, он действительно перерабатывается. В 2018 году 82,2 миллиона тонн (74,5 миллиона метрических тонн) регенерированного асфальтового покрытия (RAP) было снова уложено в новые смеси. Это означает, что каждая асфальтовая смесь, размещаемая в США, содержала около 21 процента РАП. Фактически, совокупный вес всех предметов, которые люди перерабатывают ежегодно в США - бумаги, пластика и алюминия - составляет долю (около 68 процентов) от веса RAP, ежегодно перерабатываемого асфальтовой промышленностью.
«Это всего лишь один материал, который мы перерабатываем, - говорит Уиллис. «Мы - самая активная индустрия вторичной переработки в стране». Это также один из крупнейших переработчиков шинной резины, которая в некоторых штатах используется в качестве модификатора смесей. Кровельная черепица также перерабатывается в новые асфальтовые смеси, и промышленность изучает, как пластик может стать частью обсуждения. «Когда люди задают нам эти вопросы, мы пытаемся найти решения».
Строительство дороги требует много инженерных и материаловедческих работ. Сегодня асфальтовые дороги проектируются на основе концепции «вечного покрытия» или, по крайней мере, прослужат 40 или более лет. Текущее обслуживание состоит из «фрезерования» поверхности - снятия верхнего дюйма или около того - каждые 12–20 лет и замены его новой накладкой. Этот верхний дюйм может быть переработан, а периодические накладки «значительно улучшают качество езды и расход топлива транспортных средств, движущихся по этим дорогам», согласно Asphalt Pavement Alliance .
Асфальт будущего
Пока не пришло время парящих автомобилей , асфальтовые дороги, скорее всего, останутся. И отрасль планирует продолжать вводить новшества в продукты и производство. Уиллис описывает недавние открытия, такие как автономные ролики и оборудование, а также более широкое использование виртуальной реальности для тренировок.
«Я рассматриваю технологии как большую часть будущего отрасли», - говорит он. По мере того, как специалисты по асфальту становятся лучше справляться с большими объемами данных, они могут использовать их для производства и размещения, чтобы повысить эффективность в режиме реального времени. Однажды он даже мог видеть интеллектуальные тротуары с нанодатчиками на дорогах, которые дают обратную связь о том, как тротуар ведет себя и долговечен. «Наши дороги станут намного умнее. У нас есть технологии, которые действительно улучшат впечатления публики».
Вот это интересно
Бостонский международный аэропорт Логан имеет первый в мире терминал, получивший аккредитацию за лидерство в области энергетики и экологического дизайна, отчасти благодаря взлетно-посадочной полосе, вымощенной WMA, которая, как утверждается, обеспечивает сокращение выбросов углерода при строительстве на 2 000 тонн (1814 метрических тонн).
