Современное состояние вопросов зимнего содержания автомобильных дорог Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

верхности и физико-химически связывая минерал и битум. Вода при этом образует эмульсию в основной массе битума. Это обусловливает возможность работы с влажным материалом основных пород. Причем должна соблюдаться закономерность: чем более влажный минерал, тем больше расход ПАВ Карбоксипав.

Ключевые слова: холодные смеси асфальтобетона, прочностные характеристики, разжижитель битума, ПАВ Карбоксипав, оптимальный состав, технологические параметры.

Список литературы

1. Кочерга В.Г., Кулик Е.П. Исследование факторов, влияющих на качество холодного асфальтобетона // Материалы международной науч.-практ. конф. Строительство-2008: Ростов-на-Дону: РГСУ, 2008.

2. Кочерга В.Г., Ляпин А.А., Кораблева Т.А., Кучеров В.А Компьютерный подбор состава асфальтобетонной смеси с использованием программы <^с!йау»: Тез. докл. I междунар. науч.-практ. конф. Современные проблемы дорожно-транспортного комплекса (Ростов-на-Дону, сентябрь 1998 г.). Ростов-на-Дону, 1998. 20 с.

3. Кулик Е.П. Использование «Вяжущего для ремонта влажного дорожного покрытия» при производстве холодной асфальтобетонной смеси. РГСУ. 2006. 3 с. Деп. в ВИНИТИ РАН 16.08.06. 2006. № 1071.

4. Кулик Е.П. Технология производства «Вяжущего для ремонта влажного дорожного покрытия»: РГСУ. 2006. 5 с. Деп. в ВИНИТИ РАН 16.08.06. 2006. № 1070.

5. Дорожный асфальтобетон. / Под ред. Л.Б. Гезен-цвея. М.: Транспорт, 1976. 33 с.

6. Козлова Е.Н. Холодный асфальтобетон. М.: Авто-трансиздат, 1958. 124 с.

УДК 625.76

С.П. АРЖАНУХИНА, канд. техн. наук,

Саратовский государственный технический университет (СГТУ)

Современное состояние вопросов зимнего содержания автомобильных дорог

Вопросами зимнего содержания автомобильных дорог занимались в Федеральном дорожном агентстве, МАДИ (ГТУ), ОАО «ГИПРОДОРНИИ», ФГУП «РОСДОРНИИ», ОАО «СОЮЗДОРНИИ», ОАО «КАЗДОРНИИ», ОАО «РОСДОРТЕХ», Воронежском государственном архитектурно-строительном университете, СГТУ, ООО «Зиракс» и др. организациях. Известны результаты исследований А.П. Васильева, Б.А. Дмитревского, М.В. Немчинова, П.И. Поспелова, И.Е. Евгеньева, Б.Б. Каримова, Т.В. Самодуровой, В.В. Столярова, Д.М. Хомякова, С.И. Романова, В.В. Чванова, Н.В. Бори-сюка, А.К. Киялбаева, Ю.В. Кузнецова, Б.Б. Анохина, Ю.Н. Розова, А.Т. Глухова и др., а также работы Массачу-сетского технологического института США, Центральной лаборатории дорог и мостов Франции, ученых и специалистов Финляндии, Швеции, Канады и др. стран.

В понятие «зимняя скользкость» включаются такие метеорологические явления, как рыхлый снег, снежный накат, ледяной покров или гололед и др., которые существенно снижают коэффициент сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием и приводят к уменьше-

8 4

0 4

1 3

I 2

С

° 1

1

I 0

со

о -1 о

т -2

-3 -4 -5

№ точки измерения Рис.1. Продольный профиль покрытия под снегом и наледью

нию скорости движения автомобилей, уменьшению пропускной способности дорог, увеличению числа дорожно-транспортных происшествий, человеческих жертв и порче грузов. Опасности подвергаются не только водители автомобилей, но и пешеходы: много людей получают травмы. Чаще других страдают люди пожилого возраста.

Невысокий уровень зимнего содержания автомобильных дорог определяется недостаточно правильным учетом местных климатических условий по характеру и интенсивности образования снежно-ледяных отложений, отсутствием планов зимнего содержания автомобильных дорог, применением в качестве метода борьбы с зимней скользкостью фрикционного способа, требующего большого количества распределителей и материальных ресурсов.

Образование зимней скользкости происходит за счет замерзания переохлажденных капель воды, налипания и кристаллизации мокрого снега, сублимации водяных паров. Часто образуется пленка гололеда толщиной 1—3 мм. Ее плотность варьируется от 0,7 до 0,9 г/см3,

Противогололедные материалы

Химические Комбинированные Фрикционные

Твердые Жидкие Твердые Твердые

1 1

Я 3

о о а. о

иа рр

Рис. 2. Классификация ПГМ: * - ПСС - пескосоляная смесь; ** - ПГС - песчано-гравийная смесь

www.rifsm.ru

научно-технический и производственный журнал

16

май 2010

ы ®

Регион Период применения противогололедных материалов Число дней с возможными случаями образования зимней скользкости Ориентировочная годовая потребность в ПГМ в пересчете на твердые хлориды, т/1000 м2

средняя дата начала средняя дата окончания продолжительность периода, дни

Архангельск 20.1 21.04 179 112 2,2

Томск 8.1 17.04 183 105 3,5

Сыктывкар 17.1 10.04 176 107 2,2

Тверь 4.11 3.04 151 82 1,8

Йошкар-Ола 28.1 5.04 160 84 1,9

Казань 31.1 6.04 158 80 2

Ярославль 3.11 4.04 153 83 2

Кемерово 19.1 18.04 182 87 1,6

Киров 25.1 9.04 169 92 2,4

Кострома 31.1 6.04 158 93 1,9

Уфа 27.1 6.04 162 94 2,4

Курск 11.11 26.03 136 78 1,2

Москва 5.11 5.04 152 79 1,7

Мурманск 17.1 21.04 187 106 1,5

Нижний Новгород 29.1 5.04 159 88 1,9

сцепление достигает 10—16 кгс/см2 (1—1,6 МПа). Образование пленки гололеда происходит при 2 —6оС. Температура выше 0оС вызывает ее быстрое таяние. Медленнее она исчезает за счет испарения при отрицательной температуре.

Гололед также образуется при интенсивном выпадении влажного снега при последующем понижении температуры и образовании наката вследствие трения колес о снежный покров вследствие торможения. Сублимация водяных паров создает на дорожном покрытии кристаллическую структуру в виде рыхлосложенных скоплений разнообразных по форме снеговидных кристаллов.

Для обеспечения требуемого коэффициента сцепления и борьбы с зимней скользкостью применяют антигололедную (превентивную или предупредительную) и противогололедную обработку.

Установлено, что затраты на противогололедную обработку участка автомобильной дороги окупаются уже после проезда 140 автомобилей. При увеличении высоты снежного покрова на 2 см расход топлива увеличивается на 15%. Борьбу с зимней скользкостью прежде всего необходимо вести на участках с ухудшенной видимостью, крутыми уклонами и поворотами дорог малого радиуса, на пересечениях в одном уровне и в местах экстренного торможения транспортных средств.

На практике традиционно применение фрикционных материалов. Они становятся необходимыми, если требуется срочно увеличить коэффициент сцепления

Воздух, t = -10оС

Гранула

_ ПГМ .

Рис. 3. Расчетная схема процесса взаимодействия гранулы тепловыделяющего ПГМ со льдом

при низкой температуре, когда уборка снега или образовавшегося льда требуют значительных усилий. Однако фрикционные материалы не могут обеспечить выполнение всех задач при защите от обледенения и при борьбе с ним. Единственная их функция — усиление коэффициента сцепления от минимальных значений.

Дорожные организации должны содержать автомобильные дороги в течение зимнего периода так, чтобы снежно-ледяные отложения не создавались или могли быть удалены в кратчайшие сроки.

Увеличение коэффициента сопротивления движению и соответственно расхода топлива поясняются следующим примером. На типовой городской дороге Саратова в зимний период 2008—2009 гг. произведено измерение ровности уплотненного снега трехметровой дорожной рейкой. Результат в виде показателей на одном из участков покрытия относительно средней линии профиля представлен на рис. 1.

В таблице даны ориентировочные климатические сведения и потребность в противогололедных материалах (ПГМ) в пересчете на твердые хлориды для городов России (по данным ООО «Зиракс», Москва).

Наиболее отработанная классификация ПГМ по данным ОДМ и требования к противогололедным материалам представлены на рис. 2.

Согласно классификации ПГМ твердые или жидкие материалы или их смеси распределяют по поверхности дорожного покрытия для ликвидации или профилактики отложений, приводящих к зимней скользкости. ПГМ относятся к дорожно-эксплуатационным материалам для содержания объектов строительства и дорожного хозяйства.

Основные хлорсодержащие противогололедные материалы: хлорид магния, поваренная соль (хлорид натрия, айсмелт, безводный хлорид кальция).

Особенность хлорида магния — плавление снежно-ледяного отложения сверху вниз, до его полного расплавления, что требует повышенного расхода ПГМ. У хлорида натрия высокая эффективность в диапазоне 0 —5оС (диапазон применения 0 —12оС). Отличие безводного хлорида кальция и материала айсмелт (хлорид кальций-натрий модифицированный) — тепловыделение, обеспечивающее эффект теплового сверла-инъек-тора и эффективную работу на границе снежно-ледяное отложение — дорожное покрытие, что значительно

Колесо / \ ©

Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru

Ы' ® май 2010 17

Рис. 4. Структура автоматизированной системы управления зимним содержанием автомобильных дорог

Рис. 5. Алгоритм выбора противогололедных материалов на основе метеорологической информации

сокращает расход ПГМ. Диапазоны температуры применения безводного хлорида кальция 0 —34оС, айсмелт 0 — -20оС. Это позволяет отнести их к низкотемпературным ПГМ, особенно эффективным в аварийных ситуациях.

Безводный хлорид кальция СаС12 хорошо адсорбирует воду при температуре, не превышающей 30оС, образует кристаллогидрат — шестиводный хлорид кальция СаС126Н2О. Однако хлорид кальция не является быстродействующим осушителем, и для высушивания среды требуется время. Медленность действия обусловливается тем, что поверхность твердого хлорида кальция покрывается тонким слоем его раствора в извлекаемой воде; при этом молекулы воды поглощаются с образованием твердого низшего гидрата, который в свою очередь также является осушителем.

Изучение тепло физических моделей мгновенного точечного источника теплоты может быть основано на изучении фазовых состояний процесса взаимодействия гранулы ПГМ и снежно-ледяного отложения (льда). Схема процесса взаимодействия представлена на рис. 3.

Противогололедные материалы — лишь один из важных компонентов автоматизированной системы управления зимним содержанием автомобильных дорог, структура которой представлена на рис. 4.

С учетом анализа диапазонов эффективного применения для различных ПГМ разработан алгоритм выбора противогололедных материалов на основе метеорологической информации (рис. 5).

Проведенные исследования позволили впервые установить фазовые состояния механизма «теплового сверла» — взаимодействия тепловыделяющего ПГМ со снежно-ледяным отложением, перечень которых изображен на рис. 6.

Типовые результаты демонстрационных испытаний применения ПГМ айсмелт приведены на рис. 7.

ООО «Зиракс» — ведущий отечественный производитель ПГМ на основе безводного хлорида кальция вы-

www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал ¡Д^ |'3

18 май 2010

Распределение ПГМ на снежно-ледяном отложении

Поглощение гранулой ПГМ влаги из воздуха. Образование кристаллогидрата. Тепловыделение

Растоплениелунки

Погружение гранулы ПГМ в лунку

Диффузионное объемное растворение льда (снега). Расплескивание под колесами

Достижение дорожного покрытия

Полное растворение гранулы ПГМ. Остывание раствора

Создание линзы раствора между снежно-ледяным отложением и дорожным покрытием

Стекание раствора под массой снежно-ледяного отложения. Ослабление сцепления между дорожным покрытием и снежно-ледяным отложением. Облегчение механизированной или ручной уборки

Рис. 7. Результаты применения айсмелт: а -1,5 часа

через 30 мин; б - через

Рис. 6. Фазовые состояния механизма «теплового сверла» - взаимодействия тепловыделяющего ПГМ со снежно-ледяным отложением

пускает широкий спектр ПГМ в различной упаковке для механизированного и ручного распределения.

Для семи различных типов погодных условий (осадков или обледенения) разработано руководство по противогололедным работам с применением ПГМ нового поколения айсмелт (ХКНМ — три части хлорида натрия и одна часть безводного хлорида кальция): небольшой снегопад; небольшой снегопад, временами переходящий в умеренный или сильный; умеренный или сильный снегопад; иней или черный лед; гололед; дождь со снегом; гололедица. Таблицы руководства содержат инструкции по обработке проезжей части автомобильных дорог для каждого типа погодных условий. Состав работ дифференцирован по диапазонам температуры дорожного покрытия и с учетом тенденции его изменения.

В различных погодных условиях также важно учитывать физическое состояние дорожного покрытия, состав и интенсивность движения транспорта во время проведения работ. В руководстве указаны рекомендованные нормы внесения ПГМ для средних условий. Для повышения эффективности противогололедных работ эти значения необходимо корректировать с учетом локальных особенностей и конкретной дорожной ситуации. Каждая таблица снабжена необходимыми комментариями для персонала по эксплуатации и техническому обслуживанию.

Обработка проезжей части городских дорог ПГМ айсмелт (ХКНМ) должна выполняться сразу после начала или до начала выпадения осадков. В случае получения от метеорологической службы заблаговременного предупреждения об угрозе возникновения гололеда обработка проезжей части дорог, эстакад, мостовых сооружений должна производиться до начала выпадения осадков. Технологическая операция и время ее выполнения определяются инструкциями организации уборочных работ в экстремальных погодных условиях.

С началом снегопада в первую очередь обрабатывают с помощью ПГМ на основе ХКНМ наиболее опасные для движения транспорта участки магистралей и улиц, крутые спуски и подъемы, мосты, эстакады, тоннели, тормозные площадки на перекрестках улиц и остановках общественного транспорта, площади у железнодорожных вокзалов и т. д.

На каждом дорожном отрезке должен быть перечень участков улиц, требующих первоочередной обработки.

По окончании их обработки необходимо приступить к сплошной обработке проезжей части.

Операция начинается с первой от бортового камня полосы движения, по которой проходят маршруты движения городского пассажирского транспорта. Время, необходимое на сплошную обработку всей территории, закрепленной за дорожно-эксплуатирующим предприятием, не должно превышать трех часов.

Инструкция составлена в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50597—93 «Автомобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения», а также в соответствии с «Manual of Practice for an Effective Antiicing Program — A Guide for Highway Winter Maintenance Personnel» (Исследования для холодных регионов, выполненные инженерной лабораторией армии США).

Ключевые слова: зимнее содержание автомобильных дорог, гололед, коэффициент сцепления, противогололедные материалы.

ога^я I f»

ЛИПЕЦКО

15-я специализированная выставка

СТРОИТЕЛЬСТВО. АРХИТЕКТУРА.

ДИЗАИН.

Место проведения:

ВТЦ" КОНТИНЕНТ"

{г. Липецк, ул. 6алмочныхД5)

Организаторы: администрация Липецкой области

ОАО "МВЦ "Липецк-Экспо"

По всем вопросам обращаться: Тел./факс:(4742)22-70-76,22-72-76 expo@lipetsk.ru

j'vJ ®

научно-технический и производственный журнал

www.rifsm.ru

май 2010

19