Когда вы слышите слово «асфальт», вы, вероятно, представляете себе черную смолу на дорогах и автомагистралях, верно? Но это не совсем так.
«Асфальт - это жидкость на дороге», - говорит Дж. Ричард Уиллис, доктор философии, вице-президент по инженерии, исследованиям и технологиям Национальной ассоциации асфальтовых покрытий (NAPA), имеющий докторскую степень. в проектировании и строительстве асфальта. «Это связующее вещество, которое скрепляет камни». Асфальт получается из сырой нефти, а смола - из угля.
Асфальт также естественным образом встречается в земле, и есть озера из него, где нефть из-под земли поднялась на поверхность, например карьеры Ла-Бреа-Тар-Питс в Лос-Анджелесе и озеро Питч-Лейк в Тринидаде, которое является крупнейшим природным месторождение асфальта в мире.
Но наиболее распространенный способ производства связующего сегодня - это процесс рафинирования масла. Асфальт - самый тяжелый материал в барреле нефти; это в основном отходы.
«Асфальт - это тяжелые остатки, которые оседают на дно, - говорит Уиллис. Его нельзя использовать для получения энергии, поэтому он обретает новую жизнь как липкое вещество, скрепляющее материалы. В сочетании с различными количествами и типами камней и других веществ он в конечном итоге становится смесью, по которой мы едем. Дорога на самом деле состоит из асфальтовой смеси или, лучше сказать, «асфальтового покрытия».
История асфальта
Все разговоры о переработке нефти могут показаться относительно современным изобретением, но первое зарегистрированное использование асфальта в дороге было в Вавилоне в 615 г. до н.э.; По данным NAPA, асфальт и обожженный кирпич использовались для мощения улицы процессий во время правления короля Набопаласара. Римляне использовали его для герметизации таких сооружений, как бани и акведуки. Когда английский исследователь сэр Уолтер Рэли появился на озере Питч в Тринидаде в 1595 году, он использовал асфальт для уплотнения своих кораблей.
«Он использовался в других внедорожных функциях на протяжении всей истории», - говорит Уиллис. Использование его в качестве связующего на дорогах стало более распространенным в 1800-х годах. Джон Лоудон МакАдам, построивший шотландскую магистраль, добавил горячую смолу, чтобы уменьшить пыль и уменьшить техническое обслуживание 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. ДеСмедтом, согласно NAPA. Он был создан по образцу шоссе с естественным покрытием во Франции. Затем ДеСмедт замостил Пенсильвания-авеню в Вашингтоне, округ Колумбия, асфальтом из Тринидада, еще раз доказав его долговечность.
Предприимчивые химики и изобретатели вскоре подали патенты на различные смеси асфальтовых смесей, которые появились под разными названиями. По мере роста отрасли города стали требовать гарантий на качество изготовления и материалы. До начала 1900-х годов почти весь асфальт поступал из природных источников, но с запуском первого современного завода по производству асфальта в Ист-Кембридже, штат Массачусетс, в 1901 году и увеличением количества автомобилей, запросы на улучшение дорог оживили асфальтовую промышленность. К 1907 году производство природного асфальта уступило место очищенному нефтяному асфальту.
«Люди стали требовать более совершенных способов передвижения, - объясняет Уиллис. «Дороги, на которых люди начали использовать асфальт, чтобы удерживать камни вместе, держались дольше, чем обычная грунтовая дорога, к которой привыкли люди». Езда по гравийной дороге по сравнению с дорогой с твердым покрытием давала совершенно иные впечатления. Наконец, Федеральный закон о шоссейных дорогах 1956 года помог преобразовать дороги в Соединенных Штатах, все еще сделанные из утоптанного грунта, и создал межгосударственную систему протяженностью 48 876 миль (78 658 километров) в США
Как используется асфальт сегодня
Хотя асфальт чаще всего ассоциируется с дорогами, он используется для многих целей, хотя дороги используются чаще всего. По данным NAPA, из более чем 2,7 миллиона миль (4,3 миллиона километров) дорог с твердым покрытием в США 94 процента покрыты асфальтом.
Интересно, однако, что все это включает в себя смесь примерно 95 процентов камня, песка и гравия и всего 5 процентов асфальтобетона. Асфальт также используется для парковок, взлетно-посадочных полос и гоночных трасс.
«Асфальт - действительно гибкий и универсальный продукт, - объясняет Уиллис. Его можно использовать для облицовки прудов и водоемов или для спортивных целей, таких как теннисные корты. Пару лет назад его выбрали в качестве основы для поля на стадионе Minnesota Vikings в Миннеаполисе.
По словам Уиллиса, с самого начала производства асфальта отрасль продолжала разрабатывать новые продукты, становясь более научной и строгой.
«Мы изменили способ создания миксов, - говорит он. «Сегодня мы живем в эпоху, когда вы видите гигантский сдвиг в том, как работает отрасль и как работают государства». Используя передовые методы тестирования, исследователи асфальта стремились улучшить производительность. Включая новые материалы, добавки и технологии, они стремятся узнать, как различные рецепты будут работать в разных температурах и климатических условиях.
Одним из основных обновлений стало создание теплой асфальтобетонной смеси (WMA), которая снижает температуру производства асфальта на заводе, тем самым снижая потребление энергии и экономя время как на производстве, так и на дорожном покрытии. По данным Федерального управления автомобильных дорог Министерства транспорта США, WMA также улучшает условия труда за счет снижения воздействия топливных выбросов, паров и запахов. По словам Уиллиса, WMA - это технология, которой не существовало в США в 2002 году, и сейчас на ее долю приходится около 40 процентов рынка.
Критика Асфальта
Асфальт, вероятно, не является чем-то, что вы считаете экологически чистым; отчасти это может быть связано с ассоциацией, потому что асфальт естественным образом связан с основными загрязнителями - вождением автомобилей и добычей нефти. И часть негатива оправдана: поскольку асфальт имеет низкую отражательную способность, было установлено, что он вносит значительный вклад в эффект городского теплового острова (UHI), как написали Аббас Мохаджерани, Джейсон Бакарик и Тристан Джеффри-Бейли в статье 2017 года в журнале. «Журнал экологического менеджмента». Это может подтвердить любой, кто в жаркий летний день стоял в автомобильной пробке.
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 парковки и шоссе. EPA включает пористый асфальт и прорезиненный асфальт в качестве примеров проницаемых покрытий.
Асфальт также получил плохие оценки за то, что он непроницаем, из-за газов, которые он выделяет при плавлении, и паров, которым он подвергает рабочих во время мощения и кровельных работ. Управление по охране труда и здоровья (OSHA) говорит, что эти пары могут привести к головной боли, кожной сыпи, усталости и даже раку кожи. Хотя стандарты OSHA конкретно не касаются паров асфальта, администрация рекомендует контролировать воздействие с помощью «технических средств контроля, административных действий и средств индивидуальной защиты».
И, конечно же, асфальт делают из нефти. Но у асфальта есть и положительные экологические качества.
100% усилий по переработке
«Многие люди не знают, что асфальтовая промышленность делает экологически безопасные вещи, - говорит Уиллис. Во-первых, асфальт на 100 % 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 возвращено в новые смеси. Это означает, что каждая асфальтовая смесь, производимая в США, включает около 21% РАП. На самом деле, совокупный вес всех предметов, которые люди ежегодно перерабатывают в США - бумага, пластик и алюминий - составляет долю (около 68 процентов) веса рециклированного асфальта, ежегодно перерабатываемого асфальтовой промышленностью.
«Это всего лишь один материал, который мы перерабатываем», - говорит Уиллис. «Мы являемся самой активной перерабатывающей промышленностью в стране». Это также один из крупнейших переработчиков шинной резины, которая в некоторых штатах используется в качестве модификатора смесей. Черепица также перерабатывается в новые асфальтовые смеси, и отрасль изучает, как пластик может стать частью обсуждения. «Когда люди задают нам эти вопросы, мы пытаемся найти решения».
На строительство дороги уходит много инженерных и материаловедения. Сегодня асфальтовые дороги проектируются на основе концепции «вечного покрытия» или, по крайней мере, на 40 или более лет. Текущее техническое обслуживание заключается в «фрезеровке» поверхности - снятии верхнего слоя или около того - каждые 12-20 лет и замене его новым покрытием. Этот верхний дюйм может быть переработан, а периодические накладки «значительно улучшают ходовые качества и расход топлива транспортных средств, движущихся по этим дорогам», согласно Альянсу асфальтового покрытия..
Асфальт Будущего
До тех пор, пока не наступит время парящих машин, асфальтовые дороги, скорее всего, так и останутся. И промышленность планирует продолжать инновации в продуктах и производстве. Уиллис описывает недавние прорывы, такие как автономные ролики и оборудование, а также более широкое использование виртуальной реальности для тренировок.
«Я считаю технологии важной частью будущего отрасли, - говорит он. По мере того, как специалисты по асфальту все лучше справляются с обработкой больших данных, они могут использовать их для производства и укладки, чтобы повысить эффективность в режиме реального времени. Однажды он даже смог увидеть интеллектуальные тротуары с нанодатчиками на дорогах, обеспечивающими обратную связь о том, как ведет себя тротуар и как он прослужит.«Наши дороги станут намного умнее. У нас есть технология, которая действительно улучшит впечатления водителей».
Интересно
Бостонский международный аэропорт Логан имеет первый в мире терминал, получивший аккредитацию Leadership in Energy and Environmental Design, отчасти благодаря взлетно-посадочной полосе с твердым покрытием WMA, которая, как утверждается, обеспечивает пропускную способность 2000 тонн (1814 метрических тонн) сокращение выбросов углерода при строительстве.