Борьба с зимней скользкостью
Виды зимней скользкости и условия ее образования. Зимняя скользкость - ледяные образования и снежные отложения на поверхности дороги, приводящие к снижению коэффициента сцепления колеса автомобиля с поверхностью дороги и ухудшению ровности.
Гололедица - слой льда, образовавшийся в результате замерзания воды, которая находилась на тёплом мокром покрытии и превратилась в лёд при понижении температуры воздуха и охлаждении покрытия до 0°С и ниже.
Гололёд - слой льда, образовавшийся при замерзании осадков, выпадающих на сухое охлаждённое покрытие.
Снежный накат - уплотнённый и обледеневший при многократном воздействии колёс автомобилей слой снега со скользкой поверхностью.
Мокрый снег - кашеобразная смесь влажного снега с водой, образовавшаяся при выпадении мокрого снега из облаков или таяния снежного слоя на покрытии при быстром повышении температуры воздуха.
Рыхлый снег - отложения на покрытии свежевыпавшего или принесённого метелью снега.
Гололедицу и гололёд чаше всего объединяют в одно понятие - гололёд.
Методы борьбы с зимней скользкостью. Все мероприятия по борьбе с зимней скользкостью можно разделить натри группы по их целевой направленности:
снижение отрицательного воздействия образовавшейся зимней скользкости и повышение коэффициента сцепления колеса с дорогой путём россыпи по обледеневшему покрытию минеральных фрикционных материалов;
удаление с покрытия образовавшегося ледяного или снежного слоя с применением химических, механических, тепловых и других методов;
предотвращение образования снежно-ледяного слоя или ослабление его сцепления с покрытием путём профилактической обработки покрытия противогололёдными химическими веществами или введения противогололёдных реагентов в состав покрытия. Наиболее часто применяемые меры борьбы с зимней скользкостью приведены в табл. 15.10.
Таблица 15.10
Рекомендуемые меры борьбы с отложениями, вызывающими зимнюю скользкость
| Снежно-ледяные отложения | Температура воздуха. °С | Рекомендуемые меры борьбы |
| Тонкие (1-2 мм) ледяные плёнки и корки | От 0 до -12 | Распределение химических веществ. Удаление остатков растопленного льда механической щёткой |
| От -12 до -20 | При кратковременном понижении температуры (не более суток) россыпь фрикционных материалов, смешанных с химическими веществами. Если низкая температура удерживается, распределение химических веществ без фрикционных материалов до полного разрушения ледяных отложений с удалением остатков льда щеткой | |
| Ниже -20 | Распределение химических веществ низкотемпературного действия с последующим удалением остатков разрушенной ледяной корки механической щеткой | |
| Уплотнённый снег, накатанный колёсами автомобилей до скользкого состояния | до-10...-15 | Удаление с предварительным ослаблением наката распределением химических противогололёдных веществ |
| Мокрый снег | от 0 до -2 | Очистка покрытия автомобильными плужными снегоочистителями со щётками. В необходимых случаях распределение небольшого количества противогололёдных химических веществ |
В практике зимнего содержания автомобильных дорог для борьбы с зимней скользкостью применяют фрикционный, химический, физико-химический и другие комбинированные методы.
Фрикционный метод состоит в том, что по поверхности ледяного или снежно-ледяного слоя рассыпают песок, мелкий гравий, отходы дробления, шлак или другие абразивные материалы с размером частиц не более 5-6 мм без примесей глинистых частиц. Предельно допустимая доля пылеватых, глинистых и других загрязняющих примесей не более 3 %. Россыпь производится пескоразбрасывателями или другими машинами. На неопасных участках дорог норма расхода песка составляют от 200 до 700 г/м2 или около 0,3-0,4 м3 на 1000 м2 покрытия. На опасных участках - спусках, перекрёстках, кривых малого радиуса норму расхода практически удваивают.
Рассыпанный абразивный материал повышает коэффициент сцепления до 0,3, но задерживается на проезжей части короткое время - не более 0,5 часа, сносится завихрениями после прохода автомобилей, разбрасывается колёсами и сдувается ветром. Для восстановления сцепных свойств требуются частые посыпки и большое количество пескораспределителей. Песок при хранении в больших объёмах зимой может смерзаться в комья. Для повышения эффективности распределяют подогретый абразивный материал, который проникает в ледяную корку и после примерзания придает поверхности некоторую шероховатость. Фрикционный метод не устраняет скользкость, только на некоторое время уменьшает ее отрицательные последствия.
Комбинированный химико-фрикционный метод состоит в том, что на поверхность покрытия рассыпают фрикционные материалы, смешанные с твёрдыми хлоридами NaCl,KaCl, MgCl2, СаС12. Песчано-солевую смесь приготавливают на пескобазах путём смешения фрикционных материалов с кристаллической солью в соотношении 9:1; 8:1; 6:1 или 4:1. Достоинством песчано-солевых смесей является то, что они не смерзаются и не слёживаются.
На неопасных участках дорог нормы расхода песчано-солевых смесей составляют от 100 г/м2 до 400 г/м2, или 0,1-0,2 м3 на 1000 м2 покрытий, а на опасных 0,3-0,4 м3. Песчано-солевые смеси распределяют специальными пескоразбрасывателями или комбинированными дорожными машинами с универсальным оборудованием.
Химический способ борьбы с образовавшейся зимней скользкостью заключается в применении для плавления снега и льда твёрдых или жидких химических веществ, содержащих хлористые соли.
Применение химических реагентов позволяет расплавить и устранить лёд и снег, после чего покрытие становится мокрым, а затем высыхает. Таким образом, химический метод позволяет полностью ликвидировать зимнюю скользкость.
Плавление льда химическими реагентами представляет собой сложный физико-химический процесс, в результате которого реагенты плавят лёд и образуют водно-соляной раствор, температура замерзания которого значительно более низкая, чем температура замерзания воды.
Интенсивность процесса взаимодействия характеризуется плавящей способностью хлоридов q, т.е. количеством расплавленного льда в граммах одним граммом соли при данной отрицательной температуре воздуха. Плавящая способность вначале возрастает во времени Т, а далее по мере наступления динамического равновесия стабилизируется:
q = а×Тb, где (15.2)
а - коэффициент, зависящий от вида хлорида, равный 1-5;
b - коэффициент, зависящий от температуры воздуха, равный 0,25-0,75.
С понижением температуры воздуха плавящая способность хлоридов снижается и поэтому норма расхода их увеличивается (рис. 15.29).
Рис. 15.29. Зависимость количества расплавляемого льда хлористым натрием 1 и хлористым кальцием 2 от температуры
Кроме того, при плавлении льда образуются растворы, которые могут замерзнуть и стать причиной нового обледенения покрытия.
Температура замерзания раствора зависит от концентрации и вида хлоридов. Так, раствор хлористого натрия 23 %-ной концентрации замерзает при температуре -21°С, а раствор хлористого кальция 30 %-ной концентрации при температуре -50°С (рис. 15.30). Наиболее низкая температура замерзания и соответствующая ей наибольшая концентрация раствора называется эвтектической температурой и эвтектической концентрацией, при которых происходит кристаллизация твердого вещества, т.е. соли в растворе. Эта точка на графике называется точкой эвтектики.
Рис. 15.30. Фазовая диаграмма растворения противогололёдных солей
При достижении эвтектической температуры происходит резкий переход всей массы жидкости в твёрдую смесь, которая состоит изо льда и кристаллов соли, т.е. соль в растворе кристаллизуется.
С учётом некоторого запаса рабочую температуру воздуха для каждого хлорида принимают не более 2/3 от температуры точки эвтектики.
Так, допустимую температуру применения хлористого натрия принимают -10°С, хлористого магния -10°С...-15°С, хлористого кальция -15°С...-20°С.
Химические материалы, применяемые для борьбы с зимней скользкостью. В мировой практике для устранения снежно-ледяных отложений на автомобильных дорогах и улицах городов применяют большой перечень различных химических реагентов. Наиболее часто применяют твёрдые и жидкие хлориды (рис. 15.31).
Рис. 15.31. Химические материалы, применяемые для борьбы с зимней скользкостью
Твёрдые хлориды.
Техническая поваренная соль NaCl. Это наиболее распространённая в природе соль (каменная соль, самосадочная соль) в виде минералов галита и сильвинита серого и белого цвета. Из сырья поваренной соли выпускают пищевую соль, содержащую более 93-99,7 % NaCl, и техническую соль, содержащую около 93 % NaCl. Для борьбы с зимней скользкостью применяют молотую соль крупностью от 1,2 мм до 4,5 мм. Хлористый натрий действует медленно, его плавящая способность в первый час в три-четыре раза ниже, чем у хлорида кальция. Эвтектическая температура -21°С, эвтектическая концентрация 23 %.
Техническая соль сильвинитовых отвалов NaCl+KCl - кристаллический продукт розового цвета, отход производства калийных удобрений. Этот продукт по своему химическому составу представляет в основном хлористый натрий (от 90 до 95 %), а также содержит 2-3 % хлористого калия и 0,5-1 % хлористого магния. Частицы соли сильвинитовых отвалов имеют крупность до 4 мм при наличии отдельных включений крупностью до 10 мм. Недостатком этого продукта является высокая влажность (8-12 %) и поэтому слёживаемость - при положительной температуре и смерзаемость - при низкой отрицательной температуре.
Хлористый кальций CaCl2 - это побочный продукт содового производства. Частицы его похожи на чешуйки диаметром около 15 мм и толщиной 1 мм. Поэтому он называется чешуированным и содержит 67 % хлористого кальция. Это самый быстродействующий материал, время его полного растворения около 0,5 ч.
Хлористый кальций сильно впитывает влагу, поэтому должен поставляться и храниться в полиэтиленовых мешках, не допускающих протекания влаги. Эвтектика хлористого кальция равна -51°С при 32-35 % концентрации, что позволяет использовать для удаления скользкости при низких температурах воздуха.
Хлористый кальций фосфатированный (ХКФ) - это смесь чешуированного хлористого кальция с ингибитором (фосфатом или суперфосфатом). Добавка ингибитора в количестве 5-7 % от массы соли существенно снижает коррозийное действие хлоридов. ХКФ поставляется в полиэтиленовых мешках.
Смеси NaCl + CaCl2. Плавящая способность кальция выше, чем натрия, поэтому создают смеси оптимального состава, применяемые при более низких температурах, чем чистая соль NaCl. Оптимальными являются смеси состава NaCl:CaCl2 88:12 при условии применения чешуированного хлористого кальция. Отличительной особенностью этих смесей является их неслёживаемость.
Нитрит кальция-мочевина (НКМ) состоит из мочевины CO(NH2)2 в количестве 60 %, нитрита кальция Ca(NO2) 2 в количестве 36 %, карбоната кальция СаСО3 в количестве 0,5 %, влаги 2,5 % и нерастворимого остатка около 1 %.
НКМ представляет собой гранулированный продукт, малогигроскопичный, хорошо растворимый в воде. Его эвтектическая температура при 48 % концентрации раствора равна 21,7°С. НКМ транспортируют и хранят в полиэтиленовых мешках.
Хлористый магний (MgCl2) - это кристаллическая соль в виде гранул и хлопьев. Получается сушкой раствора природного минерала бишофита, который добывается методом выщелачивания (подземного растворения). Представляет собой кристаллическое вещество желтоватого оттенка. Для придания более качественного товарного вида продукту ЗАО «Бишофит Авангард» дополнительно очищает рассол от жёлтого оттенка. В результате на выходе получают чешуйчатый реагент белого цвета.
В отечественной практике эксплуатации дорог применяется под названием бишофит, биомаг, ХММ (хлористый магний модифицированный). Приготавливается как в жидком, так и в твёрдом виде. В твёрдом виде применяется в виде порошка, гранул и чешуек белого цвета. Содержит хлора меньше, чем остальные хлориды. Плавящая способность около 15 г/г. Эвтектическая температура -33°С при эвтектической концентрации 21,6 %.
Реагент ХКНМ. Представляет собой сложную однородную по всему объему смесь солей хлорида натрия (78-83 %) и хлорида кальция (17-21 %). Гранулы белого цвета, неправильной формы, до 5 мм, средний диаметр частиц 2,5-3,7 мм. Действие реагента предполагает поглощение влаги из воздуха хлористым кальцием ввиду его высокой гигроскопичности. В результате адсорбции влаги хлористым кальцием выделяется тепло. Наличие влаги и тепла, в свою очередь, увеличивает скорость растворения хлористого натрия. Рекомендуется применять до -20°С. Производство компании Глобал-Каустик на заводе в г. Волгограде.
Мочевина (карбамид) CO(NH2)3. Белое кристаллическое вещество без запаха, основное назначение - органическое удобрение. Гигроскопическая точка 20°С при влажности 80 %, практически не слеживается. Как противогололёдное средство в чистом виде применяется редко ввиду высокой эвтектической температуры -11°С и невысокой плавящей способности. Ввиду низкой коррозийной активности, малой токсичности, минимального влияния на окружающую среду используется для приготовления противогололёдных материалов на её основе.
НКММ. Состав: нитрат кальция Ca(NО3)2 (20 %), нитрат магния Mg(NО3)2 (18 %) мочевина Ca(NH2)2 (60 %) и ПАВ. Твёрдое вещество светло-коричневого цвета, без запаха. Выпускается в виде гранул 2-5 мм - 92,6 % и 1-2 мм 7 %. Практически не слёживается.
Эвтектическая температура - 15°С при 30 % концентрации. Плавящая способность 7 г/г. Температура применения ограничена до -8°С на магистралях с интенсивным движением транспорта, поскольку реагент медленно плавит снег.
Рекомендуемая объёмная норма распределения на 1 мм стекловидного льда при температуре 0...-2°С составляет 40-50 г/м2.
СМА - гранулированный кальциево-магниевый ацетат. Состоит из кальция, магния, доломитовой извести и уксусной кислоты. Выпускается в США в виде гранул неправильной формы (для снижения рассыпчатости) 90 % гранул до 4 мм. Коррозийная активность принимается равной воде. При добавлении 20 % к NaCl коррозия уменьшается на 70-80 %. Используется как антикоррозийная добавка в хлористый натрий в смеси 20 и 40 %. Жидкий СМА применяется в виде 25 % раствора. Эвтектическая температура -18°С, температура применения до -7°С.
Clear way 2s. Базируется на ацетате натрия, представляет собой белые гранулы неправильной формы. Подвержен биоразложению. Эвтектическая температура -18°С при 39 %-ной концентрации. Плавящая способность 4 г/г (при -5°С).
Кроме перечисленных многие отечественные и зарубежные фирмы поставляют различные противогололёдные реагенты.
Слёживаемость твёрдых хлоридов. Недостатком твердых хлоридов является их слёживаемость. Свойство соли слёживаться объясняется тем, что при определённых влажностно-температурных условиях она адсорбирует (поглощает) своей поверхностью влагу из воздуха. Способность соли впитывать воду называется гигроскопичностью. Увлажнение соли происходит, когда влажность воздуха выше гигроскопического порога для данной соли. Этот порог составляет для хлористого натрия 75 % относительной влажности воздуха, а для хлористого кальция и ХКФ - 22 %. Это означает, что СаС1, и ХКФ практически всегда впитывают воду из воздуха. На поверхности каждой частицы образуются новые кристаллы соли, которые служат как бы спайками между зернами соли, что приводит к её омоноличиванию.
Слёживаемость солей можно снизить введением специальных добавок, которые называют реогенами. Одним из реогенов является кровяная соль, добавкой которой слёживаемость можно существенно снизить. Однако эти добавки стоят очень дорого. Поэтому СаС12 и ХКФ можно перевозить только в полиэтиленовых мешках и другой закрытой таре и хранить в закрытых складах.
Жидкие хлориды. Кроме твёрдых хлоридов для борьбы с зимней скользкостью применяют жидкие хлориды в виде естественных и промышленных рассолов, а также искусственно приготавливаемых растворов.
Жидкие хлориды пригодны только с концентрацией солей более 150 г/л, т.е. с содержанием основного вещества более 15 %. Использовать растворы с меньшим содержанием солей нельзя, поскольку при плавлении льда и снега концентрация раствора будет уменьшаться. Слабоконцентрированный раствор перестаёт расплавлять лёд и при небольшом понижении температуры сам превратится в лёд.
Нельзя проводить работы по борьбе со скользкостью с применением растворов при температуре воздуха ниже значения температуры замерзания применяемого жидкого хлорида, которая составляет от -10 до -17°С для рассолов различного вида и концентрации.
Достоинство применения жидких хлоридов состоит в простоте приготовления и распределения. Недостаток в том, что при доставке раствора к месту его распределения затрачивается лишняя энергия на перевозку воды, количество составляет от 50 до 80 % от общей массы.
Жидкие искусственные противогололёдные материалы - это растворы различных твёрдых химических реагентов в воде с концентрацией от 150 до 500 г/л, то есть это крепкие и очень крепкие растворы.
Растворы готовятся в специальных смесительных установках, в которых соль растворяется в воде с перемешиванием лопастями мешалки или при перекачивании воды насосами. Затем раствор закачивается в ёмкости для хранения, откуда самотёком или с помощью насоса поступает в распределители. Растворы могут быть однокомпонентными и многокомпонентными. При приготовлении растворов в них, как правило, вводятся антикоррозийные ингибиторы.
Антиснег-1 (АС-1). Жидкий противогололёдный реагент, представляет 30 %-ный водный раствор ацетата аммония (CH3COONH4). Прозрачный, бесцветный с запахом уксуса и аммиака. Для снижения запаха в него вводится отдушка в количестве 0,25 % по массе. Реагент не содержит хлора, позитивно влияет на почву, не оказывает вредного воздействия на зеленые насаждения. Эвтектическая температура -44°С при 30 %-ной концентрации. Для удержания раствора на поверхности в него вводятся добавки водорастворимых эфиров целлюлозы (карбоксиметилцеллюлозы) в количестве 1, 3 и 5 % по массе. Плавящая способность реагента 4,8 г/г (при -5°С).
Нордикс. Жидкий противогололёдный реагент, представляет собой 50 %-ный раствор ацетата калия (CH3COOK). Прозрачный, бесцветный, со слабым запахом уксуса. Реагент не содержит хлора, не оказывает вредного воздействия на зелёные насаждения. Нордикс имеет в своем составе присадку, которая не вызывает коррозию металлов, сплавов и материалов, применяемых при автомобилестроении. Эвтектическая температура -60°С при 50 %-ной концентрации.
Естественные рассолы широко распространены на многих территориях России. Они залегают на глубине 800-1000 м в артезианских бассейнах (пластовые вода), а также содержатся в солёных озёрах, лиманах. Естественные рассолы многокомпонентны с преобладанием ионов кальция, натрия, магния. Добычу рассолов производят по скважинам, которые могут эксплуатировать сами дорожные организации. Содержание солей в естественных рассолах может достигать 200-300 г/л и более.
Пластовые воды с высоким содержанием хлоридов часто получают на нефтяных месторождениях как отходы при добыче нефти. Кроме того, жидкие хлориды получают как отходы химического и других промышленных производств.
Помимо перечисленных материалов для борьбы с зимней скользкостью применяют многие природные материалы, а также твердые или жидкие отходы промышленности, содержащие хлориды натрия, кальция и магния в количестве не менее 25 %. На применение местных материалов нужно получить разрешение санитарно-эпидемиологической службы.
Необходимо иметь в виду, что при применении химических реагентов для плавления льда или снега на поверхности покрытия образуется пленка раствора различной вязкости, что приводит к снижению коэффициента сцепления колёс автомобиля с покрытием на период высыхания этой пленки. Основные характеристики химических реагентов, применяемых для борьбы с зимней скользкостью, приведены в табл. 15.11.
Таблица 15.11
| Название реагента | Состояние реагента при применении | Химическая формула реагента | Внешний вид | Эвтектические: температура,°С / концентрация, % | Рекомендуемая минимальная температура при применении, °С | Плавящая способность, г/г при -5°С | Показатель коррозийности, потеря массы за 28 сут, % | Стандарт |
| Хлористый натрий | Твёрдое | NaCl | Прозрачно-матовые кристаллы без запаха, гигроскопичны, слеживаются, с водой реакция эндотермическая | -21/23 | -12 | 11,5 | 6,4 | ГОСТ 1531 |
| Хлористый кальций | Твёрдое | CaCl2×2H2O | Чешуйки или гранулы белого цвета, хорошо растворяются в воде, реакция с водой экзотермическая | -51/32 | -32 | 10-12 | 3.32 | ГОСТ 450-77 |
| Хлористый кальций модифицированный | Жидкое | CaCl2 - 23-27 % карбамид - 0,5 % полибензол пиридинийхлорид 0,05 % (антикоррозийная добавка) | Прозрачная жидкость светло-коричневого цвета без запаха | -15/27 | -30 | 4.5 | 1,37 | ТУ 2149-026-13164401-98 |
| Биомаг, ХММ | Твёрдое, жидкое | MgCl2×62O | Порошок чешуйки белого цвета без запаха | -33/22 | -14 | 15* | 2,17 | ТУ 2152-001-53561075-1 |
| Нордикс (ацетат калия) | Жидкое | К(СН3СОО) | Прозрачный, бесцветный со слабым запахом уксуса | -60/50 | -34 | 5,7 | 0,72 | ТУ 2149-004-46827118-00 |
| Антиснег (ацетат аммония) | Жидкое | NH3×(CH3COO) | Прозрачный бесцветный с запахом уксуса и аммиака | -44/30 | -33 | 4,8 | 0,16 | ТУ 2149-001-45052508-00 |
* - для твёрдого
Ингибиторы - это химические вещества, которые вводят в состав солей для снижения их корродирующего действия на металлические части автомобилей, дорожных машин, металлических ограждений, опор знаков, пролётных строений мостов и других элементов из металла. Ингибиторы вводят во все применяемые соли и растворы, которые не содержат их в своём составе.
Эффективными ингибиторами являются однозамещённый и двухзамещённый фосфат натрия, простой и двойной суперфосфат (табл. 15.12).
Таблица 15.12
| Название хлорида | Название ингибитора, добавляемого в хлорид | Формула | Количество ингибитора, % |
| Хлористый натрий в виде соли | Однозамещённый фосфат натрия | NaH2PO4×2H2O | 2-3 |
| Двухзамещённый фосфат натрия | NaHPO4×12H2O | 5-7 | |
| Простой суперфосфат | Ca(H2PO4)2 | 5-7 | |
| Двойной суперфосфат | Са(Н2РО4)2+Р2O5 | ||
| Смесь хлористого натрия и хлористого кальция | Однозамещённый фосфат натрия | NaH2PO4×2H2O | 2-3 |
| Простой суперфосфат | Са(Н2РО4)2 | 5-7 | |
| Рассол хлористо-натриевый | Однозамещённый фосфат натрия | NaH2PO4×2H2O | 0,5-1,0 |
| Двухзамещённый фосфат натрия | NaHPO4×12H2O | 2-3 |
Комбинированный химико-механический метод борьбы с зимней скользкостью состоит в распределении по снежному накату твёрдых или жидких хлоридов, которые расплавляют и ослабляют снежно-ледяной слой, после чего рыхлую массу убирают плужным или плужно-щёточными очистителями, а при их отсутствии - автогрейдерами.
Расход твёрдых хлоридов на 1 мм слоя замерзшей воды колеблется от 15 до 90 г/м2, а жидких хлоридов от 0,08 до 0,15 л/м2 в зависимости от вида хлорида и температуры воздуха. Для повышения эффективности и уменьшения расхода хлоридов предварительно устраивают продольные канавки в снежном накате глубиной до 2-5 см и шириной 2 см на расстоянии одна от другой 6 см. Их устраивают автогрейдером, к ножу которого приварены зубья. Распределенные твердые или жидкие хлориды в основном собираются в канавках и быстро разрушают снежный накат, который затем убирается плужно-щёточными машинами. Расход хлоридов сокращается на 30-40 %.
Нормы распределения противогололёдных материалов и условия их применения. Химические противогололёдные материалы при образовании снежного наката распределяют согласно установленным нормам (табл. 15.13). После разрыхления наката (вследствие частичного плавления и воздействия автотранспорта) обычно в течение 2-3 ч рыхлую массу убирают последовательными проходами плужно-щёточных снегоочистителей.
Таблица 15.13
| Наименование материала | Концентрация, % | Нормы распределения твёрдых (г/м2) и жидких хлоридов (л/м2) при температуре воздуха, °С | ||||||
| при рыхлом снеге | лёд | |||||||
| -4 | -8 | -12 | -16 | -20 | -2 | -4 | ||
| Хлористый натрий в виде поваренной соли и соли сильвинитовых отвалов | - | |||||||
| - | ||||||||
| Хлористый кальций чешуированный и ХКФ | ||||||||
| Бишофит чешуированный | ||||||||
| Карбамид | - | - | - | - | ||||
| НКМ | - | - | ||||||
| Хлористо-натриевый рассол | 0,04 | 0,08 | 0,11 | 0,13 | - | 0,13 | 0,29 | |
| 0,06 | 0,10 | 0,14 | 0,17 | - | 0,17 | 0,41 | ||
| 0,08 | 0,14 | - | - | - | 0,25 | 0,67 | ||
| 0,14 | - | - | - | - | 0.45 | - | ||
| Хлористо-кальциевый рассол | 0,03 | 0,05 | 0,07 | 0,08 | 0,09 | 0,10 | 0,21 | |
| 0,04 | 0,07 | 0,09 | 0,10 | 0,11 | 0,12 | 0,26 | ||
| 0,06 | 0,10 | 0,14 | 0,16 | - | 0,21 | 0,52 | ||
| 0,12 | - | - | - | - | 0,61 | - | ||
| Хлористо-магниевый рассол | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | 0,14 | |
| 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | 0,10 | 0,20 | ||
| 0,05 | 0,08 | 0,10 | 0,12 | 0,13 | 0,18 | 0,31 | ||
| 0,11 | 0,18 | - | - | - | 0,50 | - |
Примечание. Приведённые нормы рассчитаны на полное расплавление стекловидного льда толщиной 1-3 мм и на частичное расплавление уплотнённого или рыхлого снега, достаточного для того, чтобы в нём образовалось 20 % влажности, снег стал рыхлым, неуплотняемым и его можно легко удалить плужным или плужно-щёточным очистителем. При толщине льда более 1-3 мм расход реагентов необходимо пропорционально увеличивать.
При образовании на дорожном покрытии стекловидного льда (наиболее опасного вида зимней скользкости) работы по его ликвидации состоят в распределении повышенных норм противогололёдных материалов и установке временных знаков, предупреждающих водителей транспортных средств об опасности (знак 1.15 «Скользкая дорога» в соответствии с действующими Правилами дорожного движения).
Не допускается использование химических материалов для борьбы с зимней скользкостью при температурах ниже температуры замерзания растворов солей, образующихся при плавлении льда или снега применяемыми химическим материалами. В этом случае необходимо применять пескосоляную смесь. Распределение пескосоляной смеси производится в количестве 350 г/м2 при соотношении компонентов песка и соли соответственно 90:10 и 175 г/м2 при соотношении 80:20.
На гравийных, щебеночных и грунтовых дорогах, а также на дорогах, уровень содержания которых допускает образование снежного наката, в качестве фрикционных материалов необходимо применять песок, каменные высевки, щебень и шлак. Используемые материалы не должны содержать примесей в виде глины и золы. Размер фрикционного материала не должен превышать 5 мм.
С целью снижения коррозийного воздействия на транспортные средства на дорогах, а также на элементах искусственных сооружений предпочтительнее использовать химические вещества, не вызывающие коррозию (НКМ, карбамид), или ингибированные материалы (ХКФ - хлористый кальций фосфатированный).
Для борьбы с зимней скользкостью на цементобетонных покрытиях, хлориды допускается применять не ранее чем через год после завершения строительства, если эти покрытия построены из смеси с воздухововлекающими добавками, и спустя три года, если без них.
Разработаны и реализуются следующие методы снижения расхода хлоридов для борьбы с зимней скользкостью:
профилактический способ борьбы с зимней скользкостью;
распределение увлажнённой соли;
распределение хлоридов только по полосам наката.
Профилактический метод борьбы со скользкостью заключается в распределении противогололёдных материалов до образования на проезжей части дороги гололёда или наката. Он подразделяется на предупреждение образования гололеда и предупреждение образования снежного наката. В первом случае за 30-60 минут до начала образования гололёда на поверхность покрытия распределяют твёрдые или жидкие хлориды с расходом от 5 до 20 г/м2. Соединяясь с влагой из воздуха, хлориды образуют соляной раствор, который препятствует образованию гололёда. Реализация этого метода требует точного прогноза о возможном образовании гололёда за 1-2 часа до начала образования, чтобы успеть обработать поверхность хлоридами. Для такого прогноза разработаны различные приборы и сигнализаторы гололёда. Большинство этих приборов и датчиков служат только для раннего обнаружения гололёда, но некоторые системы позволяют получать прогноз наступления гололёда за 1-2 часа до момента его появления, что намного важнее, чем обнаружение уже образовавшегося гололеда. Как правило, системы раннего предупреждения и системы прогнозирования гололёда имеют в своем составе автоматическую метеорологическую станцию (АМС) и датчики, измеряющие температуру покрытия и фиксирующие её состояние (рис. 15.32).
Рис. 15.32. Дорожная метеостанция с 6 датчиками:
1 - автоматическая метеостанция (АМС); 2 - датчики, фиксирующие показатели состояния покрытия
В настоящее время системы ранней регистрации гололеда выпускают фирмы: Enator (Швеция), Vaisala (Финляндия), Odin System (США), Boschung Megatronic (Швейцария), Национальная индустриально-торговая палата (Россия) и др.
Важным условием эффективного применения профилактического метода борьбы с гололедом является наличие машин, способных распределять хлориды очень малыми дозами порядка 5-10 г/м2. При таком малом расходе хлориды не оказывают отрицательного влияния на окружающую природу, дорогу и автомобили, но позволяют не допустить образования гололёда или гололедицы на покрытии.
На принципе раннего обнаружения гололёда работают системы автоматического разбрызгивания раствора хлоридов для предупреждения образования гололёда на мостах (рис. 15.33). После получения сигнала об образовании гололёда автоматически включаются насосы, которые под большим давлением подают раствор к разбрызгивающим устройствам (тарелкам), которые установлены на обочинах у кромки проезжей части. Тарелки имеют отверстия, через которые струи раствора разбрызгиваются на всю проезжую часть, колёсами автомобилей раствор разносится равномерно по полосам движения. Это позволяет предупредить образование гололёда или ликвидировать его на ранней стадии с небольшим расходом хлоридов.
Рис. 15.33. Система автоматического разбрызгивания противогололёдных реагентов
Автоматизированные системы распределения противогололёдных материалов по данным сигнализаторов гололёда применяются на сложных развязках, отдельных мостах и на опасных участках дорог.
Предупреждение (профилактика) образования снежного наката. В этом случае задача состоит в том, чтобы не допустить уплотнения колесами автомобилей снега на поверхности дороги во время снегопада или метели. Такая технология применяется в городских условиях на улицах городов и автомобильных магистралях с интенсивностью движения более 100-200 авт/час на полосу движения. Чтобы не допустить уплотнения рыхлого снега, в него вводят небольшое количество химического реагента в виде пескосоляной смеси, твёрдых хлоридов или растворов соли.
Технология работ состоит в следующем. Первый этап - это выдержка - период от начала снегопада до начала работ по распределению хлоридов. Продолжительность выдержки зависит от интенсивности снегопада и колеблется от 15 до 40 минут. Второй этап - обработка химическими реагентами. После накопления небольшого количества снега на поверхности дороги распределяется реагент (хлорид) по норме от 15 до 25 г/м2 в пересчёте на твёрдое вещество при температуре снега от -6°С до -18°С.
Следующий этап - интервал, продолжительность которого колеблется от 0,25 до 3 ч в зависимости от интенсивности снегопада и температуры снега. Чем выше интенсивность снегопада, тем меньше интервал. В этот период распределенный хлорид колесами автомобилей перемешивается со снегом, образуя рыхлую, сыпучую массу, которая не уплотняется. Это объясняется тем, что химический реагент значительно уменьшает силы внутреннего трения и сцепления между частицами снега. После этого мокрый снег удаляют с поверхности покрытия или сгребают в валы при помощи плужно-щёточных снегоочистителей, грузят в транспортные средства и вывозят на заранее подготовленные снегосплавные или снегоплавильные пункты.
Распределение увлажнённой соли. Способ распределения увлажнённой соли состоит в том, что хлорид натрия (NaCl) подается на распределительную тарелку солеразбрасывателя в сухом виде и здесь увлажняется раствором кальция (СаС12). Увлажнённая соль, попадая на поверхность гололёда или покрытия, приклеивается к поверхности, сразу вступает в работу и не сметается с поверхности ветром и проходящими машинами. Для солевого раствора обычно применяют хлорид кальция или магния.
Обычно концентрация солевого раствора 20 %. При посыпке увлажненной солью применяют соотношение сухой соли к солевому раствору как 7:3 (или 70 % : 30 %). В соответствии с 30 %-ной долей солевого раствора увлажнённая соль в Германии, где её применяют, обозначают FS30 (рис. 15.34).
Рис. 15.34. Стандартный состав увлажнённой соли FS30
Солевой раствор готовят на базе в смесительной установке и хранят в резервуарах. Для распределения применяют специальную машину, которая имеет бункер для сухой соли, резервуар для солевого раствора, дозирующее устройство и рассыпающую тарелку.
Норма расхода увлажнённой смеси составляет около 10 г/м2, то есть 7 г/м2 сухой соли. Этого достаточно, чтобы ликвидировать гололёд, гололедицу и иней при небольшой отрицательной температуре.
При более низких температурах расход соли соответственно увеличивается, но все равно меньше на 20-40 %, чем при россыпи сухой соли.
Распределение хлоридов только по полосам наката. На дорогах с невысокой интенсивностью движения расход хлоридов можно существенно уменьшить за счёт распределения их не на всю ширину проезжей части. Для этого выпускают солеразбрасыватели с двумя тарелками, расположенными низко над проезжей частью. Каждая тарелка разбрасывает хлорид на ширину полос наката около 0,8-1,0 м. Соответственно уменьшается расход хлоридов.
Создание гололёдобезопасных (гидрофобных) покрытий. В состав материала верхнего слоя покрытия или слоя износа вводится химический реагент, состоящий из хлорида и ингибитора. Одним из первых таких реагентов является верглимит, разработанный швейцарской фирмой «Пластироут», который содержит хлористый кальций. Частицы верглимита в виде мелких зёрен покрыты тонкой синтетической плёнкой. В таком виде они вводятся в состав асфальтобетонной смеси при ее приготовлении. Затем эта смесь укладывается тонким слоем и уплотняется.
В процессе движения колесами автомобиля снимается пленка с гранул хлористого кальция в самом верхнем слое покрытия и они становятся открытыми. При попадании снега на покрытие хлористый кальций расплавляет его, превращая в солевой раствор, который не замерзает при понижении температуры.
В Росдорнии разработан новый материал, который называется «Грикол» и применяется для устройства противогололёдных покрытий.
Грикол - это гидрофобная соль в виде тонкодисперсного порошка, имеет размер менее 0,06 мм. Порошок состоит из хлористого натрия и кальция с добавлением сакора (алкиласиликонат щелочного металла). Он вводится в асфальтобетонную смесь в количестве до 5 % от массы асфальтобетонной смеси, заменяя минеральный наполнитель или его часть. Асфальтобетонная смесь приготавливается и укладывается по традиционной технологии.
Грикол позволяет полностью предотвратить образование льда на покрытии при переходе температур воздуха через 0 от положительных к отрицательным до -6°С. При более низких температурах образование льда на поверхности покрытия возможно, но силы примерзания (адгезии) льда и снега к такому покрытию весьма незначительны, что позволяет легко очистить поверхность от снежно-ледяных отложений плужно-щёточными снегоочистителями.
Перспективным способом является гидрофобизация покрытия, которая заключается в нанесении водоотталкивающих веществ на покрытие. На гидрофобной поверхности вода, растекаясь, замерзает в виде сплошного слоя льда, который прочно скрепляется с поверхностью покрытия. Это сцепление увеличивается за счёт образования льда в микротрещинах. На гидрофильной поверхности угол растекания жидкости значительно больше, вода быстро стекает с покрытия, и лёд вообще не образуется или образуется в виде отдельных капелек. Сцепление такого льда в 3-4 раза меньше, чем на гидрофильной поверхности, и его легко удалить щёточным механизмом.
Для гидрофобизации асфальтобетонных покрытий используют специальные составы, которые готовят на основе кремнейорганических веществ с добавлением растворителя. Работы в этом направлении находятся в стадии развития.
Наледи и борьба с ними
Наледью называется скопление льда, образовавшегося на ледяном покрове водотоков или водоёмов, мёрзлом грунте или на поверхности дороги в результате замерзания периодически изливающихся природных или технических вод. Наибольшее распространение наледи имеют в районах с суровым зимним климатом, где встречается многолетняя мерзлота.
Мероприятия по борьбе с наледями выбирают с учётом характера и причин образования наледи, рельефа и грунтово-геологических особенностей места их образования, интенсивности движения на дороге и других факторов.
Применяют следующие меры борьбы с наледями: общий дренаж; мерзлотные пояса; заградительные сооружения; подъём насыпей; утепление русла водотоков, их углубление, спрямление и расчистка; обогрев водопропускных труб.
Общий дренаж прилегающей к дороге местности может быть выполнен: устройством узких (не более 0,5 м) канав с обкладкой дна и стенок слоями мха или прокладкой подземных дрен.
Мерзлотные пояса (рис. 15.35, а) устраивают с целью вызвать образование наледи на пути притекающей воды в стороне от дороги на безопасном расстоянии. С этой целью на достаточном расстоянии от дороги роют канаву глубиной 1-2 м и шириной 3-4 м. Под канавой появляется мерзлая перемычка, соединяющаяся с вечной мерзлотой и преграждающая путь грунтовой воде, которая выходит на поверхность и образует наледь. При большом притоке воды делают несколько параллельных поясов на расстоянии от 20 до 80 м один от другого.
Рис. 15.35. Противоналедные устройства:
1 - снег; 2 - канава; 3 - грунтовый вал; 4 - граница сезонного промерзания; 5 - водоупор (вечномёрзлый грунт); 6 - мох или торф; 7 - хвост; 8 - жердевой настил; 9 - щиты; 10 - расходный бак; 11 - капельница; 12 - обогревающая труба; 13 - водопропускная труба; 14 - отходящие газы
Мерзлотные пояса в виде канав применяют и для борьбы с речными наледями. Их прокладывают поперёк всей речной долины на расстоянии от 80 до 100 м выше моста. Береговые участки мерзлотных поясов делают летом, а зимой прорубают во льду реки канавы, представляющие речную часть пояса. По мере промерзания реки канавы углубляют, создавая в реке ледяную плотину, вызывающую образование наледи на безопасном расстоянии от моста.
Заградительные сооружения - земляные валы и дамбы, заборы, бревенчатые барьеры, переносные щиты, валы из снега (обледеневающие после того, как они пропитаются водой) возводят на пути натечных наледей, чтобы не допустить их к дороге или отвести от дороги.
На участках систематического образования наледей устраивают постоянные задерживающие валы высотой 1,2-2,0 м из недренирующих грунтов, отсыпаемых на освобождённую от растительно-мохового покрова поверхность склона поперёк потока воды не ближе 5-6 м от дороги.
При наличии особо развитых наледей в долинах, действующих всю зиму и создающих систематические затруднения при эксплуатации дороги, устраивают направляющие валы, отсыпаемые на поймах из дренирующих грунтов, снабженные на контакте с земляным полотном фильтрующими вставками. Не препятствуя прохождению воды по кювету в тёплый период года, такие сооружения после промерзания фильтрующих вставок отжимают поток воды от полотна дороги.
Подъем насыпей, по которым проложена дорога, с повышением их до высоты, превышающей максимально возможную высоту наледи, применяют чаще всего при пересечении водотоков с небольшим продольным уклоном и широкой поймой, по которой воды растекаются невысоким слоем.
Утепление русел водотоков (рис. 15.35, б) имеет целью воспрепятствовать охлаждению воды, протекающей через искусственные сооружения. Эта мера наиболее целесообразна, если водоток имеет узкое и глубокое русло. Над небольшими речками, ручьями или канавами на утепляемом участке русла укладывают настил из жердей, на который стелют полиэтиленовую плёнку или кладут слоем 0,3-0,5 м хворост, а поверх - слой мха толщиной 0,5 м. Все это сверху засыпают снегом. Длина утепляемого участка - 50 м в верховую сторону от сооружения и 30-50 м в низовую сторону.
Углубление, спрямление и расчистку русел водотоков делают чтобы уменьшить растекание воды, воспрепятствовать замедлению её течения, придать живому сечению потока форму, менее подверженную промерзанию. Русло выравнивают на протяжении до 1 км вверх по водотоку и до 0,5 км - в низовую сторону от искусственного сооружения.
Обогрев водопропускных труб для безналедного пропуска водотока применён на автомобильной дороге Большой Невер - Якутск (рис 15.35, в). Внутри водопропускной трубы расположена обогревающая труба, в приемную часть которой подается керосин или дизельное топливо и здесь сгорает. Подача жидкого топлива производится из расходного бака через капельницу. Отходящие газы отдают свое тепло наледной воде, которая благодаря этому не замерзает и свободно проходит через водопропускную трубу.
Когда земляное полотно расположено в полках, эффективным мероприятием является коптажно-дюкерное устройство.
Может быть использован способ оттаивания льда, заполнившего отверстие трубы, с помощью передвижного парообразователя. С этой целью вверху водопропускной трубы укрепляется металлическая, загнутая по концам труба, по которой пропускают горячий пар. Образовавшийся во льду при паропрогреве небольшой проход быстро расширяется потоком весенних паводковых вод.
Когда наледь уже вышла на полотно дороги и угрожает нарушить движение автомобилей, образовавшееся скопление льда удаляют с полотна дороги. При этом отвод воды, притекающей к полотну дороги (натечная наледь), производят по открытым каналам, прорубленным непосредственно в наледи. Для предупреждения роста наледных бугров, возникающих в полосе дороги, необходимо периодически пробивать отверстия в оболочке бугра и выпускать наружу накопившуюся воду. Для удаления наледи, вышедшей на поверхность дороги, применяют россыпь твёрдых хлоридов. Рассыпать соль лучше во второй половине дня, так как в это время наибольшая солнечная радиация, способствующая таянию льда и втапливанию соли в лёд. При большой толщине наледного слоя на проезжей части удалить его за одну россыпь не удается. В этом случае после россыпи соли, когда поверхность льда размягчается, рассыпают щебень, который втапливается в лёд и повышает сцепление колеса с поверхностью дороги.