Методы,технологии, оборудование и способы выполнения работ по борьбе с гололёдом

Жидкие естественные рассолы широко распространены на территории СССР. Они залегают на глубине 800-1000 м в артезианских бассейнах (пластовые воды), содержатся в соленых озерах и лиманах. Естественные рассолы многокомпонентны с преобладанием ионов кальция, натрия, магния. Добычу рассолов производят из скважин, которые могут эксплуатировать сами дорожные организации. Примером организации такой добычи может служить опыт дороги Москва Ленинград, которая по предложению Гипродорнии заказала бурение скважины глубиной 1300 м, из которой ежедневно можно получать до 100 м³ природного рассола с содержанием солей более 200 г/л. Пластовые воды с высоким содержанием хлоридов часто получают на нефтяных месторождениях как отходы при добыче нефти. Кроме того, жидкие хлориды получают в виде отходов химического и других промышленных производств.

Помимо перечисленных материалов, для борьбы с зимней скользкостью применяют такие природные материалы, как зубер, бишофит, сильвинит, карналит, каинит, а также другие твердые или жидкие продукты, являющиеся отходами промышленности и содержащие не менее 25% хлориды натрия, кальция и магния. На применение местных материалов нужно получить разрешение санитарно-эпидемиологической станции.

Учитывая большое  разнообразие твердых и жидких химических реагентов, разработаны каталоги, нормы и условия их применения.

Для распределения  твердых и жидких хлоридов применяют  комбинированные дорожные машины с  универсальным оборудованием. Летом  их используют для мойки и очистки  покрытий, зимой с их помощью распределяют смеси и очищают покрытия. Оборудование этой машины позволяет выполнять: снегоочистку шириной захвата 3 м; распределять песчано-соляные смеси в объеме до 3 м³ при ширине посыпки до 8,5 м; подметать покрытия шириной захвата 2,2 м; поливать и мыть покрытия при расходе воды до 6 м³; распределять жидкие противогололедные материалы (рассолы) при ширине захвата 7 м, рабочая скорость до 40 км/ч. Перспективен распределитель твердых хлоридов ЭД-403 на базе ЗИЛ-133 объемом бункера 5 м³ и шириной распределения 10 м. Кроме того, готовится к серийному производству ДМ многоцелевого назначения МАШ-100, которая сможет распределять твердые и жидкие противогололедные материалы.

1.3 Агрессивные свойства хлоридов

Твердые и жидкие хлориды, применяемые для борьбы с зимней скользкостью, обладают агрессивной химической способностью: разрушают металлические поверхности автомобилей, поверхность цементо-бетонных покрытий в раннем возрасте, бордюры, железобетонные элементы мостов, ливнестоки; отрицательно влияют на рост деревьев, зерновых культур и другую придорожную растительность. Поэтому нормы применения хлоридов для борьбы с зимней скользкостью строго ограничены. Зарубежный и отечественный опыт показывает, что установленные нормы ниже предельно допустимых по требованиям охраны природы и окружающей среды. Превышение этих требований происходит при распределении хлоридов значительно больше установленных норм или при нарушении правил хранения, погрузки и транспортировки хлоридов.

Попытки отказаться от хлоридов для борьбы с гололедом предпринимались во многих странах, однако стоимость зимнего содержания при этом увеличивалась в 3 раза и более вместе с увеличением числа дорожно-транспортных происшествий.

Для снижения интенсивности коррозии металлов в хлоридную среду добавляют замедлители коррозии-ингибиторы. Исследованиями Гипродорнии выявлены наиболее доступные ингибиторы, которые целесообразно применять при борьбе с зимней скользкостью: гексаметафосфат натрия, одно- и двухзамещенный фосфат натрия и суперфосфат. Все эти добавки нетоксичны, не вредят зеленым насаждениям, не влияют отрицательно на свойства дорожных покрытий. В твердые хлориды добавляют 2-3% однозамещенного фосфата натрия или 5-7% двух-замещенного или простого суперфосфата. При использовании жидких рассолов нормы ингибиторов снижают: 0,5-1% одно- или двух-замещенного фосфата натрия или гексаметофосфата.

Многочисленные наблюдения в СССР и за рубежом показали агрессивное влияние хлоридов только на цементобетонные покрытия, причем в раннем возрасте-до 3 лет. Агрессивность проявляется в нарушении прочности поверхности дорожных плит (монолитных или сборных), шелушении и возникновении раковин. Пока не разработаны эффективные методы устранения химической коррозии цементобетона. Частичный эффект достигается при применении > воздухововлекающих добавок около 0,1% к весу цемента (мылонафт, абиетиновая смола, сульфитно-спиртовая барда и др.).

Поэтому применять хлориды для борьбы с зимней скользкостью можно на цементобетонных покрытиях, построенных с воздухововлекающими добавками, в том случае, если такие покрытия имеют возраст не менее одного года, а на цементобетонных покрытиях, построенных без воздухововлекающих добавок, когда их возраст более трех лет.

Способы предупреждения образования и профилактики зимней скользкости включают гидрофобизацию покрытий, введение в верхний слой покрытия хлоридов (физико-химический способ) и профилактическую россыпь или розлив хлоридов.

Гидрофобизация заключается в нанесении водооталкивающих веществ на. На гидрофильной поверхности вода растекается и замерзает в виде сплошного слоя льда, который прочно скрепляется с поверхностью покрытия. Это сцепление увеличивается за счет образования льда в микротрещинах. На гидрофобной поверхности угол растекания жидкости значительно больше, вода быстро стекает с покрытия и лед 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 щеточным механизмом.

Для гидрофобизации асфальтобетонных покрытий Гипродорнии предложил использовать пасту на основе кремнийорганических веществ с добавлением растворителя (керосина). Расход пасты 150-200 г/м². Для цементобетонных покрытий в МАДИ канд. техн. наук С. В. Суханов предложил гидрофобную кремнийорга-ническую жидкость ГКЖ-10 (расход 200-400 г/м²). Однако оба состава недолговечны и дороги.

Новым и достаточно надежным является способ обработки поверхности сборных цементобетонных плит, разработанный в МАДИ канд. техн. наук В. В. Плужниковым. Он состоит в нанесении на поверхность плит гидрофобизирующих водных эмульсий на основе кремнийорганических соединений. Эмульсию наносят пульверизатором в момент изготовления плит на заводе (расход эмульсии 200-300 г/м²). При этом адгезия льда снижается в 7 раз, т. е. гололед практически не образуется Срок службы обработки около 5 лет. Создание эффективных и экономических водоотталкивающих защитных пленок на поверхности покрытий требует дальнейших исследований и разработок.

Физико-химический метод заключается в придании поверхности покрытия гидрофобных свойств путем введения в состав материала соответствующих химических веществ. В США, Канаде, ФРГ, Швейцарии и других странах начали строить асфальтобетонные покрытия с добавкой верглимита, изготовленного на основе хлористого кальция. Такие смеси представляют собой антиобледенители. Покрытия, построенные с добавкой верглимита, плавят снег и лед.

В Гипродорнии кандидаты техн. наук А. В. Михайлов и В. П. Расников разработали технологию строительства верхнего слоя покрытия из асфальтобетонной смеси, в которую добавляют твердый хлористый натрий-до 5% массы вяжущего. При этом температура смерзания льда с покрытием снизилась до — 18 °С, а прочность сцепления льда с покрытием снизилась до 10 раз.

В МАДИ проф. И. В. Королев и канд. техн. наук А. К. Касымов разработали состав асфальтобетонной смеси, в которую добавляют водорастворимый шлак (отход производства вторичных алюминиевых сплавов) как противогололедную добавку-до 7% массы асфальтобетона. Адгезия льда уменьшается в 2-5 раз. Недостаток таких покрытий- их повышенная пористость, а также наличие влажной поверхности летом. Кроме того, износостойкость таких покрытий может сократиться за счет шелушения.

Однако создание гололедобезопасных покрытий весьма перспективно для борьбы с гололедом на дорогах. Перспективна поверхностная обработка покрытий из шламов с кремнийорганическими или другими добавками, снижающими адгезионные свойства льда. Другое направление в создании гололедобезопасных покрытий состоит в придании верхнему слою упругих свойств. В этом случае лед, образовавшийся на покрытии, будет быстро разрушаться под действием проходящих автомобилей, произойдет самоочистка покрытия. Для этих целей в МАДИ проф. Н. В. Горелышев и инж. Э. И. Янчевская разработали составы песчаных резино-битумных смесей, в которых от 2 до 7% резиновой крошки. Слой износа из этих смесей делают толщиной 2 см, он обладает высокими сцепными качествами во влажном состоянии и значительно облегчает борьбу с гололедом.

Профилактический метод борьбы со скользкостью заключается в распределении противогололедных материалов до образования на проезжей части гололедицы или уплотненного снежно-ледяного слоя (наката). Он подразделяется на профилактику образования гололедицы и снежного наката. В первом случае за 30-60 мин до начала образования гололедицы по поверхности покрытия распределяют твердые или жидкие хлориды (расход от 5 до 20 г/м²). Соединяясь с влагой из воздуха, хлориды образуют соляной раствор, который препятствует образованию гололедицы. Метод очень экономичен, поскольку требуется минимум противогололедных материалов. Однако реализация этого метода требует точного прогноза о возможном появлении гололедицы за 1-2 ч до начала ее образования, чтобы успеть обработать поверхность хлоридами. Для такого прогноза разработаны приборы и сигнализаторы гололедицы, которые пока не отличаются высокой точностью. Автоматизированные системы распределения противогололедных материалов по данным сигнализаторов гололедицы применяются на сложных развязках, отдельных мостах и опасных участках в ряде зарубежных стран.

Важным условием эффективности профилактического метода борьбы с гололедицей является наличие машин, способных распределять хлориды очень малыми дозами (около 5-10 г/м²). Для этих целей в СССР разработан распределитель с нормой распределения 10 г/м² и выше.

В отдельных случаях для борьбы с зимней скользкостью применяют тепловой способ двух разновидностей: конвентивный, когда плавление льда осуществляется тепловой струей, обогревающей поверхность покрытия, и кондуктивный, когда покрытие обогревается теплоносителем, заложенным в дорожную одежду.

1.4 Базы хранения противогололедных материалов

Для эффективной борьбы с зимней скользкостью необходимы специализированные базы хранения, переработки и погрузки противогололедных материалов. Базы устраивают для химических реагентов, для фрикционных материалов, комбинированные (на которых хранятся и те и другие материалы). Объем хранения зависит в основном от климатических условий и значения обслуживаемых дорог. Базы химических противогололедных реагентов рассчитывают на следующие объемы хранения: на 700 т для дорог I—III категорий в сильногололедных районах (до 100 посыпок за сезон); на 500 т-для дорог I—III категорий в среднегололедных районах (до 50 посыпок за сезон) и для дорог IV и V категорий в сильногололедных районах; на 350 т-для дорог IV и V категорий в среднегололедных районах.

Твердые химические реагенты хранят в закрытых помещениях в деревянных или кирпичных складах, хлористый натрий навалом, хлористый кальций-в бумажных или полиэтиленовых мешках. Пол склада делают бетонным и покрывают асфальтобетоном или пластмассой. Металлические конструкции перекрытия окрашивают, чтобы защитить от коррозии.

Жидкие хлориды хранят в цистернах или бетонных резервуарах. Цистерны вместимостью 50 т устанавливают на площадках с твердым покрытием, соединяя несколько цистерн (до 8-10 и более) в единую батарею с помощью трубопроводов, позволяющих производить перекачку из одной цистерны в другую, а также подавать рассол в распределители жидких хлоридов.

На базах противогололедных материалов, помимо хранения и погрузки, выполняются также операции по приготовлению материалов и улучшению их свойств. Фрикционные материалы приходится смешивать с солью, а химические реагенты-между собой и с ингибиторами.

На базах упрощенного типа операции по смешиванию выполняют на открытых площадках с помощью бульдозеров, экскаваторов, автогрейдеров, самоходных погрузчиков и других машин. Базы капитального типа имеют комплекс стационарного оборудования для выполнения всех необходимых операций. Высокомеханизированная база комбинированного типа для фрикционных и химических противогололедных материалов имеет два склада: теплый и холодный. Смешивание песка с солью в нужной пропорции или различных солей между собой осуществляется через дозаторы бункеров и отсеков складов при подаче на нижний конвейер.

Базу можно использовать для борьбы с зимней скользкостью как при химическом, так и при фрикционном способе.

На простейшей базе временного типа на косогоре песчано-соляную смесь готовят осенью с добавкой солей. Норма солей (от 3 до 8%) должна обеспечить несмерзаемость чистого предварительно просеянного песка. Перемешивание бульдозерами, автогрейдерами и другими средствами создает хорошее качество смеси. Штабель ограждают от увлажнения поверхностным стоком, сверху закрывают полиэтиленовой пленкой. Хлориды хранят под навесом или в деревянном складе закрытого типа в бумажных или полиэтиленовых мешках, вскрываемых по мере надобности. Во избежание слеживаемости мешки складывают в штабеля высотой до 10 шт. Подача смеси осуществляется бульдозером в накопительный бункер. 158

Контроль за количеством выдаваемой смеси осуществляется взвешиванием.

На базе жидких противогололедных материалов технологический процесс организован следующим образом. Рассол (раствор NaCl) и жидкий хлористый кальций подвозят автоцистернами и заливают в резервуары-хранилища. В мешалке приготавливают нужную смесь из компонентов: ингибированный рассол, ингибированный жидкий хлористый кальций или жидкую смесь (NaCl + СаС1₂ + ингибитор). При отсутствии жидкого хлористого кальция можно завозить на базу кристаллический хлористый кальций и использовать его для обогащения рассола. На базах должны быть бытовые помещения для обогрева рабочих, принятия пищи, а также лабораторный пост контроля качества выдаваемых смесей.