Значительно большее распространение получил комбинированный химико-фрикционный метод, когда рассыпают фрикциооные материалы смешанные с твердыми хлоридами NaCl, СаСl2. Песчано-солевую смесь приготавливают на базах путем смешивания фрикционных материалов с кристаллической солью в отношении 90:10 (по весу соответственно). В Белорусской ССР при химико-фрикционном способе борьбы с зимней скользкостью применяют смесь хлористого натрия в виде поваренной соли или соли сильвинитовых отвалов с песком в соотношении 1:4. Достоинство песчано-солевых смесей в том, что они не смерзаются и не слеживаются.
На неопасных участках нормы расхода песчано-солевых смесей от 100 до 400 г/м2, или ОД-0,2 м3 на 1000 м2 покрытия, а на опасных -0,3-0,4 м3. Песчано-солевые смеси распределяют пескоразбрасывателями или комбинированными дорожными машинами с универсальным оборудованием типов КДМ-130, ЭД-403. Такие смеси эффективнее, чем чисто абразивные Однако этот метод требует большого объема распределяемых материалов и большого числа машин для распределения, приводит к значительной коррозии автомобилей. В СССР он нашел большое распространение из-за своей простоты.
Комбинированный химико-механический метод состоит в распределении по снежному накату твердых или жидких хлоридов, которые расплавляют и ослабляют снежно-ледяной слой, после чего рыхлую массу убирают плужными или плужно-щеточными очистителями, а при их отсутствии - автогрейдерами. Расход твердых хлоридов на 1 мм слоя замерзшей воды колеблется от 15 до 90 г/м2, 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 инж. И. В. Филиппов предложил устраивать в снежном накате продольные канавки глубиной до 2-5 см и шириной 6 см на расстоянии 2 см авто-грейдером, к ножу которого приварены зубья. Распределенные твердые или жидкие хлориды в основном собираются в канавках и быстро разрушают накат, который затем убирают плужно-щеточными машинами.
Расход хлоридов сокращается на 30-40%.
Химический способ борьбы с зимней скользкостью заключается в применении для плавления снега и льда твердых или жидких химических веществ, содержащих хлористые слои. Физическая сущность взаимодействия хлористых солей с ледяной поверхностью состоит в гидратации ионов хлора молекулами воды. Этот самопроизвольный процесс сопровождается тепловыми явлениями и протекает до наступления динамического равновесия при данной температуре воздуха. Интенсивность процесса взаимодействия характеризуется плавящей способностью хлоридов q, т. е. количеством расплавленного льда 1 г соли при данной отрицательной температуре воздуха. Плавящая способность вначале возрастает во времени Тb, а по мере наступления динамического равновесия-стабилизируется.
| (1.2) |
Техническая поваренная соль NаСl-наиболее распространенная в природе соль (каменная, самоосадочная) в виде минералов галита и сильвини-га. Из сырья поваренной соли выпускают пищевую, содержащую более 93-99,7% NаСl, и техническую соль, содержащую более 93% NаСl. Для борьбы с зимней скользкостью используют молотую соль крупностью от 1,2 до 4,5 мм.
Техническая соль силъвинитовых отвалов КСl, NаСl - кристаллический продукт, отход производства калийных удобрений. Этот продукт, накопленный в огромных количествах в отвалах калийных комбинатов содержит от 90 до 95% в основном хлористого натрия, 2-3% хлористого калия и 0,5-1% хлористого магния. Частицы соли сильвинитовых отвалов имеют крупность до 4 мм при наличии включений крупностью до 10 мм. Недостатки этого продукта - высокая влажность (8-12%), слеживаемость при положительной температуре и смерзаемость при низкой отрицательной температуре.
Хлористый кальций СаСl2-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.
Хлористый кальций фосфатированный (ХКФ)-смесь чешуированного хлористого кальция с ингибитором (суперфосфатом). Добавка 5-7% ингибитора (от массы соли) существенно снижает коррозионное действие хлоридов.
Стоимость хлористого кальция намного выше, чем хлористого натрия. Кроме этого, СаСl2 более дефицитный и агрессивный материал, поэтому создают смеси оптимального хлоридного состава, применяемые при более низких температурах, чем чистая соль NaСl. Исследования Гипродорнии показали, что оптимальны смеси состава NаСl:СаСl2 как 88:12 при условии применения че-шуированного хлористого кальция.
Крупный недостаток твердых хлоридов- их слеживаемость, так как при определенных влажностно-температурных условиях она адсорбирует (поглощает) влагу из воздуха. Способность соли впитывать воду называется гигроскопичностью. Увлажнение соли происходит только тогда, когда влажность воздуха выше гигроскопического порога для данной соли. Этот порог составляет для хлористого натрия 75% относительной влажности воздуха, для хлористого кальция и ХКФ-22%. Это означает, что СаСl2 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 и приводит к ее омоноличиванию. Поэтому СаСl2 и ХКФ можно перевозить только в полиэтиленовых мешках или другой закрытой таре и хранить в закрытых складах.
Жидкие хлориды для борьбы с зимней скользкостью широко применяют в виде естественных и промышленных рассолов, а иногда и искусственно приготавливаемых растворов. Жидкие хлориды пригодны только с концентрацией солей более 150 г/л, т. е. с содержанием основного вещества более 15%. Нельзя проводить работы по борьбе со скользкостью при температуре воздуха ниже температуры замерзания жидкого хлорида, т.е. от -10 до -17°С для рассолов различного вида и концентрации.
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.