Za díry v silnici po zimě nemůže rozpínání vody, ale kryosukce, zjistili vědci

Díry na silnicích se nejvíc objevují na přelomu zimy a jara. Podle nových vědeckých poznatků mají ale jinou příčinu, než se běžně předpokládá. Podle expertů totiž není viníkem rozpínání objemu vody při jejím zamrzání, ale jev zvaný kryosukce.

Zimní období s mrazy se zpravidla podepisuje na stavu asfaltových, ale i betonových chodníků a silnic. Pozná se to snadno – na konci zimy je jejich povrch často poškozený a někdy se vytvoří i díry různých velikostí.

Tyto škody se běžně dávají do souvislosti se zvětšením objemu vody při jejím zmrznutí. Přechodem vody z tekutého do pevného skupenství, tedy ledu, se zvětší objem asi o devět procent. Tato expanze tlačí na okolí, kde tak významně roste tlak, který může vést k narušení pevnosti materiálů a škodám na nich. Mechanismus zvětšování objemu je téměř jedinečný právě pro vodu, respektive led. Většina kapalin se totiž při mrznutí smršťuje, a snižuje se tak jejich tlak, dokud kapalina není zcela tuhá. 

Voda a benzen

Nové výzkumy ukázaly, že tento mechanismus rozpínání vlastně nehraje téměř žádnou roli ve většině případů poškození způsobených mrazem. Jde například o trhliny ve stěnách zděných budov nebo výmoly na asfaltových silnicích. Domněnka, že takové škody vznikají v důsledku rozpínání vody, je dlouho známý omyl, prokázala nedávno skupina vědců z Federálního technologického institutu (ETH) ve švýcarském Curychu.

Při pokusech s půdou totiž vědci prokázali, že benzen, kapalina, která se při mrznutí na rozdíl od vody smršťuje, způsobuje stejné poškození jako mrznoucí voda. A to naznačuje, že změna objemu při přechodu z vody do ledu není viníkem destrukce. Místo toho se zdá, že hlavním faktorem je schopnost mrznoucích kapalin „nasávat“ další kapalinu do zamrzající oblasti.

Jak to funguje

Pro přiblížení toho, jak celý proces funguje, si lze představit brčko naplněné vodou, které leží vodorovně na rovném povrchu a na jednom konci je vystaveno teplotám pod bodem mrazu. Jak se voda na mrazivém konci brčka mění v led, vzniká kolem takto vytvořeného krystalického materiálu podtlak. Tento podtlak vyvolává „sací“ účinek, který tlačí kapalnou vodu do zóny zamrzání.

Tato nasátá voda pak rovněž zmrzne a proces se opakuje, dokud se bobtnající ledový válec nestane pro brčko příliš širokým a neroztrhne ho. Tento proces se v zahraničí označuje jako kryosukce, běžné české označení zatím nemá. V přirozeném prostředí může probíhat i poměrně dlouho a může poškozovat materiály i struktury.

Provést důkaz tohoto působení nebylo úplně jednoduché – asfalt nebo cement jsou totiž neprůhledné materiály, a tak není možné jednoduše sledovat, co se děje uvnitř. Výzkumníci z ETH v Curychu proto vizualizovali tento proces vytvořením jednoduchého modelu porézního materiálu mezi dvěma průhlednými sklíčky. Mezi těmito oddělenými sklíčky vymodelovali pomocí vhodného lepidla jediný pór o délce a šířce několika milimetrů.

Na spodní stranu póru pak nanesli tenkou vrstvu silikonu s fluorescenčními částicemi, což mělo pomoci při vizualizaci. Pór naplnili čistou vodou, jeden konec ochladili pod bod mrazu a druhý, který sloužil jako zásobník kapalné vody, zahřáli. Tým pozoroval, jak se silikon v průběhu času mění. Teprve když voda v póru zmrzla do dlouhého ledového krystalu, začala se silikonová vrstva postupně deformovat. Tento proces pokračoval i nadále. Ledový krystal se rozšiřoval a stále silněji tlačil na silikon. Mezi ním a ledem se vytvořila mezera s velmi tenkou vrstvou vody, která zajišťovala neustálé smáčení krystalu a umožňovala jeho další růst. To se však dělo mnohem pomaleji než například u půdy a asfaltu. Mezera byla totiž příliš úzká a nepřiváděla dostatek vody.

Teprve u polykrystalického ledu, což je jeho v přírodě se běžně vyskytující podoba, bylo možné dosáhnout znatelně rychlejšího růstu. A to díky mnoha kanálkům mezi krystalky, kterými mohla voda proudit. Současně platí, že led, který se tvoří rychle, obsahuje více krystalů než ten, který se tvoří pomalu. Z toho plyne, že například vznik náledí, které se často tvoří po večerním zimním dešti během následného nočního vyjasnění a poklesu teplot pod nulu, je velmi problematické nejen pro dopravu, ale i pro samotný povrch vozovek a chodníků. Po rychlém příchodu zimy a mrazu je tak žádoucí dávat si pozor na nové výmoly.

Zjištěné závěry lze využít samozřejmě i v jiných oblastech než jen u silnic a chodníků. Existence mikroskopických kanálků v polykrystalickém ledu a s tím spojené zesílení napětí v ledu činí například zvětrávání mnohem účinnějším, než se dříve předpokládalo.

Konečné odhady zvýšení této účinnosti budou zřejmě záviset na dalších, v současnosti ještě neprozkoumaných faktorech, jako je například přítomnost rozpuštěných látek ve vodě. Studium vlivu polykrystalinity na škody způsobené ledem ale může ovlivnit například využití materiálů nebo i samotnou konstrukci silnic. 

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Firma Amazon vypustila první várku svých internetových družic

Společnost Amazon miliardáře Jeffa Bezose v pondělí tamního času (v noci na úterý SELČ) vypustila na oběžnou dráhu první várku družic svého projektu Kuiper, který má z vesmíru poskytovat vysokorychlostní internetové připojení po celém světě a snažit se konkurovat nyní dominantnímu Starlinku nejbohatšího muže planety Elona Muska. Informovaly o tom tiskové agentury s odkazem na živý přenos.
06:32Aktualizovánopřed 1 hhodinou

Levá, nebo pravá? Vědci zkoumali, do jaké ruky je lepší očkovat

Když lidé dostávají posilující dávku vakcíny, mnohdy si ji nenechají dát do stejné ruky jako tu první. Nový výzkum popsal, že vhodnější je očkovat do stejného místa. Výsledky by se podle autorů daly využít zejména během pandemií, během nichž je nutné očkovat v průběhu epidemické situace.
před 2 hhodinami

Do vesmíru odstartovala evropská sonda, která se zaměří na lesy

Po jedenácté hodině dopoledne odletěla do kosmu mise Evropské vesmírné agentury (ESA). Raketa Vega-C vynesla na oběžnou dráhu sondu Biomass, jejímž cílem je monitorovat biomasu na Zemi, hlavně lesy.
11:16Aktualizovánopřed 2 hhodinami

Čechoslovačky chtěly bojovat i na Západě. Vlastní armáda o ně ale nestála

I ženy chtěly bojovat – ale nezáleželo to pouze na jejich odhodlání. Pokud se Čechoslovačky chtěly zapojit do zahraničního odboje na Západě, musely se kromě svého odhodlání vybavit i silou čelit mnohým překážkám. Navzdory prvotním plánům se totiž nesměly do války zapojit v československé armádě, ale pouze v britských jednotkách jako cizinky. Více než dvě stě žen ochotných pomáhat v boji s Hitlerem přitom plnilo důležité úkoly – sloužily mimo jiné jako elektrikářky, opravářky optických přístrojů, šifrantky i baličky padáků. Ani válečné hrdinství jim ale uznání nepřineslo.
před 2 hhodinami

Všudypřítomný protein je trend, mnohdy ale klame

Všude samý protein, chce se říct při pohledu na regály obchodů. Obaly jogurtů, těstovin, sýrů, cukrovinek i nápojů lákají na proteiny, tedy bílkoviny, které zajišťují svalový růst, podílí se na imunitě, regeneraci či hormonální činnosti. Touhu po zdravé výživě však pohání i marketingové triky. „Utrácíme za něco, co ve skutečnosti nepotřebujeme,“ řekl ČT24 nutriční expert Martin Jelínek.
před 3 hhodinami

Robotická trojkolka Helhest může pomoci vojákům i záchranářům

Jmenuje se po koni, na němž jezdila vikinská bohyně smrti. Ale on sám by měl přinášet spíše život, pomoc a podporu. Řeč je o novém pokročilém autonomním systému Helhest, který vznikl na Českém vysokém učení technickém v Praze. Robot připomínající trojkolku by se měl podle jeho autorů dát využít pro průzkum, obranné operace i pátrací a záchranné mise.
před 18 hhodinami

Za tučnější pas u čtyřicátníků mohou kmenové buňky, tvrdí vědci

Se stárnutím je spojená celá řada změn, k nimž patří rostoucí objem v pase po čtyřicítce. Navzdory tomu, jak důležitý vliv má břišní tuk na zdraví, se tomuto fenoménu vědci zatím příliš nevěnovali. Teď s novým pohledem přišla studie, kterou vydal odborný časopis Science.
před 23 hhodinami

Bestiarius stanul proti lvu. Vědci našli první fyzický důkaz

Britští vědci tvrdí, že se jim povedlo poprvé prokázat pomocí archeologických důkazů, že v antickém Římě mezi sebou bojovali lidé a lvi. A že bojovníci mohli v klání proti velkým šelmám přežít.
včera v 12:30
Načítání...