Автомобильные дороги есть повсюду и требуют углеродоемких процессов для строительства, но ученые исследуют, как альтернативные материалы могут сделать весь процесс более экологичным. Команда исследователей из Швейцарии открыла новую интересную возможность, демонстрируя, как узоры переплетенных нитей, аккуратно уложенных роботизированной рукой, могут быть использованы для связи асфальта вместо битума, наносящего ущерб окружающей среде.

Исследование проводилось в Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологий (Empa) и является результатом художественного и научного проекта, в котором образцы были сделаны из смеси гравия и нитей. Вместо того, чтобы использовать бетон, чтобы связать отдельные камни вместе, гравий был связан нитью, которая удерживала всю конструкцию. В результате были созданы колонны, которые достигли высоты 80 см (2,6 фута) и при испытаниях под давлением были способны выдерживать нагрузки, равные 20 тоннам (22 тонны).

Это заставило ученых задуматься, можно ли применить подобную технику к дорожному строительству, где асфальт, также состоящий из камней разного размера, обычно сочетается с битумным вяжущим материалом для производства готового продукта. Использование нити для укрепления дорог вместо битума может дать ряд преимуществ, который необходимо извлекать из сырой нефти и который создает загрязняющие вещества в воздухе во время производства и использования.

Эксперименты начались с резинового коврика, уложенного на дно испытательного бокса, чтобы имитировать деформируемое основание под тротуаром. Слои гравия и нити были уложены друг на друга, а роботизированная рука укладывала нить по заранее запрограммированной схеме. Применяемая нить такая же, как и для упаковки макулатуры, в соответствии с экологической темой исследования. Этот процесс повторялся до тех пор, пока внутри испытательного бокса не образовались пять слоев гравия и ниток.

Затем были проведены испытания под нагрузкой, которые показали, что грунтовый дорожный материал из гравийных камней и ниток способен выдерживать давление, равное полутонны (0,55 тонны), без смещения слишком большого количества камней. Эти тесты были дополнены компьютерным моделированием, которое помогло исследователям отследить движение камней и силу натяжения нитей.

Команда отмечает, что нынешняя форма материала еще непригодна для использования на дорогах, но полагают, что эти эксперименты демонстрируют потенциал этого подхода. Исследователи планируют провести испытания под динамической нагрузкой с давлением качения, чтобы более точно имитировать реальные условия дорог, а также проверить, как различные узоры и ширина ячеек нити могут повлиять на устойчивость материала.