När du hör ordet asfalt föreställer du dig förmodligen de svarta tjärprylarna på vägar och motorvägar, eller hur? Men det är inte helt korrekt.
"Asfalt är vätskan som finns i vägen", säger J. Richard Willis, Ph.D., vice VD för ingenjörskonst, forskning och teknik vid National Asphalt Pavement Association (NAPA), som har en doktorsexamen i asfaltdesign och konstruktion . "Det är bindemedlet som håller ihop stenarna."
Så, vad är asfalt gjord av? Asfalt kommer från råolja, medan tjära kommer från kol.
InnehållAsfalt finns också naturligt i jorden, och det finns sjöar där olja från underjorden har stigit upp till ytan, som La Brea Tar Pits i Los Angeles och Pitch Lake i Trinidad, som är den största naturliga asfaltavlagringen i världen.
Men det vanligaste sättet att göra bindemedlet på idag är genom oljeraffineringsprocessen. Asfalt är det tyngsta materialet i ett fat olja; det är i princip avfallsprodukten.
"Asfalt är de tunga resterna som lägger sig till botten", säger Willis. Den kan inte användas för energi, så den får nytt liv som det klibbiga som håller ihop material. I kombination med olika mängder och typer av stenar och andra ämnen blir det så småningom blandningen vi kör på. Vägen är egentligen en asfaltblandning eller bättre kallad "asfaltbeläggning."
Allt prat om oljeraffinering kan få asfalt att låta som en relativt modern uppfinning, men den första registrerade användningen av asfalt på en väg var i Babylon 615 f.v.t.; asfalt och bränt tegel användes för att asfaltera en processionsgata under kung Nabopolassars regeringstid, enligt NAPA. Romarna använde den för att försegla strukturer som bad och akvedukter. När den engelske upptäcktsresanden Sir Walter Raleigh dök upp vid Pitch Lake i Trinidad 1595, använde han asfalten för att täta sina skepp.
"Den har använts i andra icke-road-funktioner genom historien", säger Willis. Att använda det som bindemedel i vägar blev vanligare på 1800-talet. John Loudon McAdam, som byggde den skotska vägbanan, lade till varm tjära för att minska damm och underhåll på vägar. Denna metod förbättrade också körförhållandena.
I USA dök bituminösa blandningar (asfaltbetong) upp först på 1860-talet och den första "äkta asfaltbeläggningen" lades i Newark 1870 av Edmund J. DeSmedt, en belgare, enligt NAPA. Den var modellerad efter en naturlig vägbana i Frankrike. DeSmedt asfalterade sedan Washington, D.C.s Pennsylvania Avenue med asfalt från Trinidad, vilket ytterligare bevisade dess hållbarhet.
Företagsamma kemister och uppfinnare lämnade snart in patent på olika blandningar av asfaltbeläggningsblandningar, som dök upp under en mängd olika namn. När branschen växte började städer kräva garantier på utförande och material. Fram till början av 1900-talet kom nästan all asfalt från naturliga källor, men med lanseringen av den första moderna asfaltfabriken i East Cambridge, Massachusetts, 1901 och ökningen av bilar, stärkte kraven på bättre vägar asfaltindustrin. År 1907 övertogs naturasfaltproduktionen av raffinerad petroleumasfalt.
"Folk började efterfråga bättre transportsätt", förklarar Willis. "Vägarna där folk började använda asfalten för att hålla ihop stenarna höll längre än den konventionella grusvägen som folk var vana vid." Att köra på en grusväg kontra en som var asfalterad bjöd på en betydligt annorlunda upplevelse. Slutligen, 1956 års Federal-Aid Highway Act hjälpte till att förändra vägarna i USA som fortfarande är gjorda av packad smuts och skapade det 48 876 mil (78 658 kilometer) Interstate System i USA.
Även om det oftast förknippas med vägar, används asfalt för många ändamål, även om vägar står för dess mest omfattande användning. Av de mer än 2,7 miljoner miles (4,3 miljoner kilometer) asfalterade vägar i USA är 94 procent belagda med asfalt, enligt NAPA.
Intressant nog inkluderar allt detta en blandning av cirka 95 procent sten, sand och grus och bara 5 procent asfaltcement. Asfalt används också för parkeringsplatser, flygplatsbanor och racerbanor.
"Asfalt är en riktigt flexibel och mångsidig produkt", förklarar Willis. Den kan användas för att fodra fiskdammar och vattenreservoarer eller för sportändamål som tennisbanor. För ett par år sedan valdes den som basyta för planen på Minnesota Vikings stadion i Minneapolis.
Sedan asfaltproduktionens tidiga dagar har industrin fortsatt att förnya nya produkter och blivit mer vetenskapliga och rigorösa, enligt Willis.
"Vi har ändrat sättet vi konstruerar blandningarna", säger han. "Vi är inne i en era idag där du ser ett stort skifte i hur branschen och hur stater fungerar." Med hjälp av avancerade testmetoder har asfaltforskare siktat på att förbättra prestandan. Genom att införliva nya material, tillsatser och teknologier försöker de lära sig hur olika recept kommer att fungera i olika temperaturer och klimat.
En stor uppdatering har varit skapandet av varmblandad asfalt (WMA), som sänker produktionstemperaturen för asfalt vid en anläggning, och därigenom minskar energianvändningen och sparar tid i både produktion och vägbeläggning. WMA förbättrar också arbetsförhållandena med minskad exponering för bränsleutsläpp, rök och lukter, enligt US Department of Transportation Federal Highway Administration.
Hot Mix Asphalt vs Warm Mix AsphaltHot Mix Asphalt (HMA) tillverkas vid höga temperaturer, vilket gör den hållbar och väderbeständig, men den har högre energiförbrukning och utsläpp av växthusgaser. Warm Mix Asphalt (WMA) å andra sidan tillverkas vid lägre temperaturer med hjälp av speciella tillsatser, vilket minskar dess miljöpåverkan. WMA kanske inte fungerar lika bra som HMA i extrema väderförhållanden.
Asfalt är förmodligen inte något du tänker på som miljövänligt; det kan vara delvis skuld av association eftersom asfalt är naturligt i linje med stora förorenare - bilar och oljeproduktion. Och en del av negativiteten är berättigad:Eftersom asfalt har låg reflektionsförmåga har den bestämts vara en betydande bidragande faktor till effekten av urban heat island (UHI), skrev Abbas Mohajerani, Jason Bakaric och Tristan Jeffrey-Bailey i en artikel 2017 i "Tidskrift för miljöledning." Den som har suttit i en bilkö på motorvägen en varm sommardag kan intyga det.
När det gäller asfaltens bidrag till UHI uppger Naturvårdsverket att konventionella asfaltbeläggningar kan modifieras med material eller behandlas efter installation för att höja reflektansen. I decennier har detta ibland implementerats på ytor som parkeringsplatser och motorvägar. EPA inkluderar porös asfalt och gummerad asfalt som exempel på permeabla trottoarer.
Asfalt har också fått dåliga betyg för att vara ogenomtränglig, för de gaser som den producerar när den smälts och de ångor som den utsätter arbetare för när den asfalterar vägar och takläggning. Occupational Safety and Health Administration (OSHA) säger att dessa ångor kan leda till huvudvärk, hudutslag, trötthet och till och med hudcancer. Även om OSHA:s standarder inte specifikt behandlar asfaltrök, rekommenderar administrationen att kontroll av exponering kan göras genom "tekniska kontroller, administrativa åtgärder och personlig skyddsutrustning."
Och naturligtvis finns det fortfarande det faktum att asfalt är gjord av petroleum. Men asfalt har positiva ekoegenskaper också.
"Vad många inte vet är alla de miljövänliga saker som asfaltindustrin faktiskt gör", säger Willis. Till att börja med kan asfalt vara 100 procent återvinningsbart, och ännu viktigare, den återvinns faktiskt. Under 2018 sattes 82,2 miljoner ton (74,5 miljoner ton) återvunnen asfaltbeläggning (RAP) tillbaka i nya blandningar. Det betyder att varje asfaltblandning som lagts ner i USA inkluderade cirka 21 procent RAP. Faktum är att den sammanlagda vikten av alla föremål som människor återvinner årligen i USA – papper, plast och aluminium – uppgick till en bråkdel av (cirka 68 procent) av vikten av RAP som asfaltindustrin återvinner årligen.
"Det är bara ett material vi återvinner", säger Willis. "Vi är den mest aktiva återvinningsindustrin i landet." Det är också en av de största återvinningsföretagen av däckgummi, som används som modifierare för blandningar i vissa stater. Takshingel återvinns också till nya asfaltblandningar, och industrin undersöker hur plast kan bli en del av diskussionen. "När människor kommer med dessa frågor till oss försöker vi hitta lösningar."
Mycket teknik och materialvetenskap går åt till att bygga en väg. Idag är asfaltvägar utformade kring konceptet "evig trottoar" - eller åtminstone för att hålla i 40 år eller mer. Rutinunderhåll består av att "fräsa" asfaltytan - ta bort den översta tum eller så - vart 12 till 20:e år och ersätta den med en ny beläggning. Den översta tum kan återvinnas, och de periodiska överläggen "avsevärt förbättrar åkkvaliteten och bränsleförbrukningen för fordon som färdas på dessa vägar", enligt Asphalt Pavement Alliance.
Tills det är dags för svävande bilar, kommer asfaltvägar sannolikt att stanna kvar. Och branschen planerar att fortsätta förnya sig inom produkt och produktion. Willis beskriver de senaste genombrotten som autonoma rullar och utrustning, såväl som den ökade användningen av virtuell verklighet för träning.
"Jag ser teknik som en stor del av branschens framtid", säger han. Allt eftersom asfaltexperter blir bättre på att hantera big data kan de använda den för produktion och placering för att förbättra effektiviteten i realtid. En dag kunde han till och med se intelligenta trottoarer med nanosensorer på vägarna som ger feedback om hur trottoaren beter sig och håller. "Våra vägar kommer att bli mycket smartare. Vi har tekniken för att verkligen förbättra upplevelsen för åkande allmänheten."
Nu är det intressant
Boston Logan International Airport har världens första terminal att vinna en Leadership in Energy and Environmental Design-ackreditering, delvis tack vare dess WMA-belagda landningsbana, som sades ge en minskning med 2 000 ton (1 814 ton) i byggnaders koldioxidutsläpp.
