Potthål är försvårande att köra över, och de kan orsaka skador för miljarder dollar varje år på bilhjul, däck och fjädringar. För närvarande, vägpersonal fyller i dessa hål med kolvätehaltig asfalt, men det materialet kan läcka ut, förorenar miljön. Nu, forskare rapporterar ett helt nytt sätt att reparera vägar som också är miljövänliga – genom att använda en rest av avloppsvattenrening som kallas grus som vanligtvis slängs på soptippar.

Forskarna kommer att presentera sina resultat idag på American Chemical Society (ACS) Fall 2020 Virtual Meeting &Expo.

"Vi hade en idé att avleda avloppsvatten från soptippar och förvandla det till en säljbar produkt, " säger Zhongzhe Liu, Ph.D., vem som presenterar arbetet. "Vi formulerade det till ett keramiskt bruk som kunde användas som en lapp för reparation av gropar." Ämnet, känd som grit assisted patch (GAP), är i slutändan säkrare för miljön än kolvätebaserad asfalt.

Men grym, en tung, obologiskt nedbrytbart fast ämne, kräver bearbetning för att bli GAP. Först, avloppsvatten som innehåller avloppsvatten, matrester och annat avfall behandlas vid reningsverk. Resultatet är rent vatten som släpps ut i vattendrag, men även fasta ämnen från förbehandlingen som mestadels är sand och grus, och detta kallas grus. Eftersom grus innehåller patogener och föroreningar som gör det olämpligt för direkt återvinning, det förs vanligtvis till en soptipp och begravs.

Liu, som är vid California State University-Bakersfield, och hans medarbetare letade efter sätt att göra grus användbar, kanske som vägmaterial. De bestämde sig för att införliva det i en kemiskt bunden fosfatkeramik (CBPC). CBPC används rutinmässigt för att behandla farligt eller radioaktivt avfall för bortskaffande, men ingen hade använt detta ännu på avloppsvattenprodukter.

Eftersom en CBPC innehåller ingredienser som skulle inaktivera mikrober, forskarna trodde att detta kunde vara ett bra sätt att döda patogener och sluta med ett material som säkert kunde appliceras på vägar. "I det första steget av att göra en CBPC, vi blandar det våta gruset med kalciumoxid och magnesiumoxid, som bildar ett alkaliskt grusuppslamning som förhindrar spridning av patogener, " säger Liu. "Det andra steget är att lägga till en svag syra, kaliumdivätefosfat, i den patogenminimerade alkaliska slurryn för att bilda grit-CBPC-bruket."

Konventionell asfaltlapp innehåller bitumen, en klibbig, svart rest kvar efter petroleumdestillation. Det konventionella plåstret innehåller polycykliska aromatiska kolväten (kända som PAH) som utgör en risk för människors hälsa. Ett grusformulerat plåster eliminerar detta miljöproblem eftersom dess matris består av kalcium- och magnesiumoxider som inte är giftiga för människor.

Än så länge, forskarna har analyserat GAP-prestanda i labbet, visar att den har en tryckhållfasthet som är jämförbar med asfaltbeläggning, och de tror att dess livslängd kommer att vara överlägsen den för asfaltbaserade lappar. Gruppen har lämnat in ett patent för GAP baserat på dessa initiala resultat. Sålänge, de arbetar med att förbättra GAP:s tryckhållfasthet ytterligare, så det kan potentiellt användas för andra applikationer, som att bygga hjulstopp i slutet av parkeringsplatser.

Nästa steg för att få ut GAP på marknaden som ett gropar är att utvärdera dess bindningsstyrka vid kontakt med befintlig trottoar och dess hållbarhet när den utsätts för extrema miljöer. Teamet arbetar för närvarande med experiment i demonstrationsskala för att fälttesta GAP på en fungerande väg med reguljär trafik. Om nödvändigt, de kommer att utforska tillsatser för att ytterligare förbättra det nya materialets mekaniska egenskaper och hållbarhet. Dessutom, de planerar att göra en jämförelse sida vid sida av GAP och konventionell patch för att få en grundlig förståelse för fördelarna det ger i termer av koldioxidavtryck och ekonomisk nytta.