Reparation af huller lavet miljøvenligt ved hjælp af grus fra spildevandsrensning

Huller er skærpende at køre over, og de kan forårsage skader for milliarder af dollars hvert år på bilhjul, dæk og affjedring. I øjeblikket, vejpersonale fylder disse huller ud med kulbrinteholdig asfalt, men det materiale kan udvaskes, forurener miljøet. Nu, forskere rapporterer om en helt ny måde at reparere veje på, som også er miljøvenlig - ved at bruge en rest af spildevandsbehandling kaldet grus, der normalt bortskaffes på lossepladser.

Forskerne vil præsentere deres resultater i dag på American Chemical Society (ACS) Fall 2020 Virtual Meeting &Expo.

"Vi havde en idé om at aflede spildevandsgris fra lossepladser og gøre det til et salgbart produkt, " siger Zhongzhe Liu, Ph.D., hvem der præsenterer værket. "Vi formulerede det til en keramisk mørtel, der kunne bruges som et plaster til reparation af huller." Stoffet, kendt som grit assisted patch (GAP), er i sidste ende mere sikker for miljøet end kulbrintebaseret asfalt.

Men grus, en tung, ubiologisk nedbrydeligt fast stof, kræver behandling for at blive GAP. Først, spildevand indeholdende spildevand, madrester og andet affald behandles på renseanlæg. Resultatet er rent vand, der slippes ud i vandløb, men også faste stoffer fra forbehandlingen, som for det meste er sand og grus, og dette kaldes grus. Fordi grus indeholder patogener og urenheder, der gør det uegnet til direkte genanvendelse, det bliver normalt taget til en losseplads og begravet.

Liu, der er på California State University-Bakersfield, og hans samarbejdspartnere ledte efter måder at gøre grus nyttigt, måske som vejmateriale. De besluttede at inkorporere det i en kemisk bundet fosfatkeramik (CBPC). CBPC'er bruges rutinemæssigt til at behandle farligt eller radioaktivt affald til bortskaffelse, men ingen havde brugt dette endnu på spildevandsprodukter.

Fordi en CBPC indeholder ingredienser, der ville inaktivere mikrober, forskerne mente, at dette kunne være en god måde at dræbe patogener på og ende med et materiale, der sikkert kunne påføres veje. "I det første trin i at lave en CBPC, vi blander det våde grus med calciumoxid og magnesiumoxid, som danner en basisk kornslam, der forhindrer spredning af patogener, " siger Liu. "Det andet trin er at tilføje en svag syre, kaliumdihydrogenphosphat, ind i den patogen-minimerede alkaliske gylle for at danne grit-CBPC-mørtelen."

Konventionel asfaltplaster indeholder bitumen, en klæbrig, sort rest tilbage efter petroleumsdestillation. Det konventionelle plaster indeholder polycykliske aromatiske kulbrinter (kendt som PAH'er), som er en risiko for menneskers sundhed. Et grus-formuleret plaster eliminerer denne miljømæssige bekymring, fordi dens matrix består af calcium- og magnesiumoxider, der ikke er giftige for mennesker.

Indtil nu, forskerne har analyseret GAP-præstationer i laboratoriet, viser, at den har en trykstyrke, der kan sammenlignes med asfaltbelægning, og de mener, at dens levetid vil være overlegen end asfaltbaserede lapper. Gruppen har indgivet patent på GAP baseret på disse indledende resultater. I mellemtiden, de arbejder på at forbedre GAP's trykstyrke yderligere, så det potentielt kan bruges til andre applikationer, såsom at bygge hjulstop for enden af ​​parkeringspladser.

Det næste trin for at få GAP på markedet som et hul i hullerne er at evaluere dets bindingsstyrke, når det er i kontakt med eksisterende fortov, og dets holdbarhed, når det udsættes for miljømæssige ekstremer. Holdet arbejder i øjeblikket på demonstrationsskalaeksperimenter for at teste GAP i felten på en operationel vejbane med almindelig trafik. Hvis det er nødvendigt, de vil udforske tilsætningsstoffer for yderligere at forbedre det nye materiales mekaniske egenskaber og holdbarhed. Ud over, de planlægger at foretage en side-by-side sammenligning af GAP og konventionel patch for at få en grundig forståelse af de fordele, det giver i form af CO2-fodaftryk og økonomisk fordel.