Potholes zijn vervelend om over te rijden, en ze kunnen elk jaar miljarden dollars schade veroorzaken aan autowielen, banden en ophangingen. Momenteel, wegwerkers vullen deze gaten met koolwaterstofhoudend asfalt, maar dat materiaal kan uitlogen, het milieu vervuilen. Nutsvoorzieningen, wetenschappers rapporteren een geheel nieuwe manier om wegen te repareren die ook milieuvriendelijk is - door een overblijfsel van afvalwaterbehandeling te gebruiken dat gruis wordt genoemd en dat meestal op stortplaatsen wordt gedumpt.

De onderzoekers presenteren hun resultaten vandaag op de American Chemical Society (ACS) Fall 2020 Virtual Meeting &Expo.

"We hadden een idee om afvalwatergruis van stortplaatsen af ​​te voeren en er een verkoopbaar product van te maken. " zegt Zhongzhe Liu, doctoraat, wie het werk presenteert. "We hebben het geformuleerd in een keramische mortel die kan worden gebruikt als een patch voor het repareren van kuilen." De substantie, bekend als grit-assisted patch (GAP), is uiteindelijk veiliger voor het milieu dan asfalt op basis van koolwaterstoffen.

maar gruis, een zware, niet biologisch afbreekbare vaste stof, vereist verwerking om GAP te worden. Eerst, afvalwater dat afvalwater bevat, voedselresten en ander afval wordt verwerkt op zuiveringsinstallaties. Het resultaat is schoon water dat vrijkomt in waterwegen, maar ook vaste stoffen uit de voorbehandeling die meestal zand en grind zijn, en dit wordt grit genoemd. Omdat grit ziekteverwekkers en onzuiverheden bevat die het ongeschikt maken voor directe recycling, het wordt meestal naar een stortplaats gebracht en begraven.

Liu, die aan de California State University-Bakersfield zit, en zijn medewerkers zochten naar manieren om grit nuttig te maken, misschien als wegmateriaal. Ze besloten het op te nemen in een chemisch gebonden fosfaatkeramiek (CBPC). CBPC's worden routinematig gebruikt om gevaarlijk of radioactief afval te behandelen voor verwijdering, maar niemand had dit nog op afvalwaterproducten gebruikt.

Omdat een CBPC ingrediënten bevat die microben zouden inactiveren, de onderzoekers dachten dat dit een goede manier zou kunnen zijn om ziekteverwekkers te doden en te eindigen met een materiaal dat veilig op wegen kan worden toegepast. "In de eerste stap van het maken van een CBPC, we mengen het natte grit met calciumoxide en magnesiumoxide, die een alkalische gritslurry vormen die de verspreiding van ziekteverwekkers voorkomt, " zegt Liu. "De tweede stap is het toevoegen van een zwak zuur, Kaliumdihydrogenfosfaat, in de door pathogenen geminimaliseerde alkalische slurry om de korrel-CBPC-mortel te vormen."

Conventionele asfaltpleister bevat bitumen, een kleverige, zwart residu dat overblijft na destillatie van aardolie. De conventionele pleister bevat polycyclische aromatische koolwaterstoffen (bekend als PAK's) die een risico vormen voor de menselijke gezondheid. Een met gruis geformuleerde pleister elimineert deze zorg voor het milieu omdat de matrix is ​​samengesteld uit calcium- en magnesiumoxiden die niet giftig zijn voor mensen.

Tot dusver, de onderzoekers hebben de GAP-prestaties in het laboratorium geanalyseerd, waaruit blijkt dat het een druksterkte heeft die vergelijkbaar is met asfaltverharding, en ze geloven dat de levensduur superieur zal zijn aan die van op asfalt gebaseerde patches. Op basis van deze eerste bevindingen heeft de groep een patent aangevraagd voor GAP. Ondertussen, ze werken aan het nog verder verbeteren van de druksterkte van GAP, zodat het mogelijk voor andere toepassingen kan worden gebruikt, zoals het bouwen van wielstops aan het einde van parkeerplaatsen.

De volgende stap om GAP als kuilpleister op de markt te krijgen, is het evalueren van de hechtsterkte bij contact met bestaande bestrating en de duurzaamheid bij blootstelling aan extreme omgevingsfactoren. Het team werkt momenteel aan experimenten op demonstratieschaal om GAP in de praktijk te testen op een operationele rijbaan met regelmatig verkeer. Indien nodig, ze zullen additieven onderzoeken om de mechanische eigenschappen en duurzaamheid van het nieuwe materiaal verder te verbeteren. In aanvulling, ze zijn van plan een zij-aan-zij vergelijking van GAP en conventionele patch uit te voeren om een ​​grondig inzicht te krijgen in de voordelen die het biedt in termen van CO2-voetafdruk en economisch voordeel.