Реагенты для дорог: как повысить коэффициент сцепления

Реагенты для дорог: как повысить коэффициент сцепления

Министерство образования и науки Российской Федерации

Реферат

по химии

на тему:

Реагенты для дорог: как повысить коэффициент сцепления

Санкт-Петербург

Оглавление

1.       Введение

2.       Глава 1. Факторы, влияющие на сцепные качества покрытий автомобильных дорог

.        Глава 2. Какие противогололедные материалы позволяют достичь необходимого коэффициента сцепления колес с дорогой?

.        Глава 3. Фрикционные материалы как средство повышения коэффициента сцепления колес с дорогой.

.        Заключение

.        Список использованной литературы

Введение

По данным сайта Госавтоинспекции количество автомобилей, зарегистрированных в органах ГИБДД России, на начало 2016 года составило 56,6 млн. В среднем каждый год эта цифра возрастает на 1,5 млн единиц. А значит, дорожная ситуация становится все более и более напряженной.

При этом, по данным ГИБДД, более половины ДТП происходят из-за неудовлетворительных дорожных условий (НДУ). Зимой это, как правило, наличие гололеда, снежного наката. В январе-феврале 2016 года комитет по благоустройству Санкт-Петербурга принял решение убирать улицы без использования химических средств, только механическим и фрикционным способом (использование песко-соляной смеси с содержанием соли 5%). Согласно официальным данным УГИБДД по Ленинградской области и Санкт-Петербургу за январь и февраль 2016 года число ДТП из-за НДУ выросло на 75,1% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года, количество погибших в этих авариях увеличилось на 61,5%, раненых - на 76,4%. Рост числа ДТП зафиксирован и на пешеходных переходах.

По данным МВД РФ число аварий из-за гололеда на дорогах Санкт-Петербурга зимой 2015 года выросло в 3 раза по сравнению с 2014 годом. А в январе и феврале 2016 по причине неудовлетворительных условий на дорогах произошло в два раза больше ДТП, чем за всю зиму 2015 года (см. Таблицу).

Таблица Количество аварий, произошедших в связи с гололедицей, в городе Санкт-Петербурге по данным МВД РФ

Данная ситуация объясняется тем, что механический и фрикционный способ являются неэффективными для борьбы с гололедом.

Во-первых, молекулярные связи льда с покрытием являются более сильными, чем молекул льда между собой, поэтому при механическом воздействии часть льда отделяется, но слой, связанный с покрытием, остается.

Во-вторых, из-за перепадов температур на дороге происходит образование очень тонкого в 2-3 мм слоя льда, который невозможно убрать механическим способом. Фрикционные материалы являются инертными веществами, которые не вступают в реакцию со льдом и не плавят их, а значит, не обеспечивают нормативного сцепления колес с дорогой.

В этой связи необходимы химические реагенты для дорог, которые обеспечат плавление снежно-ледовых отложений и как следствие, надежное сцепление колес автомобильных средств с покрытием.

Цель данного реферата: выяснить, какие противогололедные реагенты необходимо применять, чтобы коэффициент сцепления колес с дорогой достигал установленной в Российской Федерации нормы (согласно ГОСТу 50597-93 коэффициент должен быть не менее 0,3).

Задачи:

·              установить факторы, влияющие на сцепные качества покрытий автомобильных дорог;

·              выявить противогололедные материалы, которые целесообразно использовать для борьбы со льдом на автодорогах.

Данный реферат состоит из введения, основной части (включающей в себя три главы), заключения и списка использованной литературы.

Глава 1. Факторы, влияющие на сцепные качества покрытий автомобильных дорог

Значительное влияние на безопасность движения транспортных средств оказывают сцепные качества покрытий автомобильных дорог. На коэффициент сцепления влияют, в свою очередь, такие показатели, как ровность и шероховатость дорожного покрытия.

Коэффициент сцепления φ представляет собой отношение максимально возможного на данном участке дороги значения силы сцепления между шинами транспортного средства и поверхностью дороги Рсц к весу этого транспортного средства Ga:

Величина эта главным образом зависит от покрытия и состояния дороги (см. Таблицу 1), а также от скорости движения.

Таблица 1 Значения коэффициента сцепления в зависимости от состояния и вида дорожного покрытия

Также существенное влияние на величину коэффициента сцепления оказывают: состояние протекторов шин, давление в шинах, температура окружающей среды и ряд других неподдающихся учету факторов.

Кроме того, к факторам, изменяющим коэффициент сцепления, относятся:

·              неровности дороги (увеличивают частоту вертикальной нагрузки - φ снижается);

·              пропитка вяжущими материалами поверхности дорог (избыток вяжущих материалов делает поверхность скользкой, в жаркую погоду вяжущий материал размягчается, выступает на поверхность дороги, при этом φ уменьшается);

·              увлажнение покрытия (в начале дождя φ уменьшается из-за того, что влага, дорожная пыль, частицы резины, капли нефтепродуктов образуют жидкую грязь, по которой скользят колеса);

·              продолжительность эксплуатации дорожного покрытия (при увеличении срока эксплуатации покрытия φ уменьшается из-за уменьшения шероховатости);

·              замасливание поверхности дороги (замасливание дороги нефтепродуктами резко снижает φ);

·              увеличение нагрузки на колесо (на твердых покрытиях дорог при увеличении нагрузки φ снижается).

Итак, определяющим для коэффициента сцепления фактором является состояние дорожного покрытия. А на него в зимний период влияет то, какие именно реагенты для дорог используются для борьбы с наледью и накатом. Этот вопрос будет рассмотрен подробнее в следующей главе.

Глава 2. Какие противогололедные материалы позволяют достичь необходимого коэффициента сцепления колес с дорогой?

противогололедный сцепление колесо дорога

Коэффициент сцепления колес автотранспортных средств с дорожным покрытием должен соответствовать требованиями ГОСТ Р 50597-93 - необходимо, чтобы значение коэффициента составляло не менее 0,3. Государственный стандарт Российской Федерации “Автомобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения" введен в действие Постановлением Госстандарта России № 221 от 11.10.1993 г. Также с 1 сентября 2016 года вступает в силу межгосударственный ГОСТ 33181-2014 “Дороги автомобильные общего пользования. Требования к уровню зимнего содержания”, согласно которому на дорогах с интенсивностью движения выше 1500 автомобилей в сутки не должно быть наледи, снежно-ледовых отложений и наката, а снег допускается толщиной лишь в пару сантиметров и только во время снегопада. После осадков он должен быть убран максимум за 6 часов.

Исторически сложилось, что в России наиболее распространенным противогололедным материалом является пескосоляная смесь. Это произошло из-за неразвитости химической индустрии, которая до 2000-х годов не могла предложить дорожным службам более современных средств для борьбы с гололедом, чем техническая соль и песок. В остальных странах песок из-за его неэффективности и высоких издержек по распределению и удалению, а также из-за колоссального негативного воздействия на качество воздуха и здоровье людей не используется, а где-то законодательно запрещен.

Как можно видеть из Таблицы 2, песок не позволяет достичь минимального нормативного показателя коэффициента сцепления при обледенелой поверхности.

Таблица 2 Коэффициент сцепления в зимних условиях

Согласно новому ГОСТ 33181-2014 “Дороги автомобильные общего пользования. Требования к уровню зимнего содержания” требования к состоянию дорожного полотна в зимнее время предъявляются еще более строгие (см. Таблицу 3).

Дорожное полотно, как в пределах города, так и на автомобильных трассах, должно быть очищено по всей ширине дороги до асфальта и обработано противогололедными материалами заранее - в случае предупреждения об осадках и гололеде, или в течение двух часов после обнаружения опасных участков дороги.

Таблица 3 Требования к состоянию проезжей части по ГОСТ 33181-2014

Соответственно, можно сделать следующий вывод - учитывая, что дороги должны быть очищены до “черного асфальта”, применение пескосоляной смеси, которая в целях плавления льда бесполезна (процент содержания соли в ней совсем не большой), является бессмысленным.

На дорогах должны использоваться антигололедные реагенты с высокой плавящей способностью, а также комбинированные - с содержанием и химической, и фрикционной композиции. Такие материалы эффективны для мгновенного улучшения сцепления колес с дорогой в случае уже образовавшегося наката, крутых подъемов и спусков, а также на дорогах, содержащихся под уплотненным снежным покровом (УСП).

Однако при выборе химической составляющей противогололедных реагентов кроме плавящей способности и температуры кристаллизации, следует учитывать еще один немаловажный фактор, который способен повлиять на коэффициент сцепления колес с дорогой - вязкость антигололедного вещества.

Согласно ГОСТ 33389 “Противогололедные материалы. Технические требования” вязкость реагента - показатель качества раствора ПГМ, определяющий возможность равномерного разбрызгивания дорожной техникой. Вязкость напрямую связана со способностью антигололедного материала уменьшать коэффициент сцепления колес с дорожным покрытием. Поэтому к использованию не допускаются жидкие противогололедные материалы с вязкостью более 5 сП, а твердые - более 4 Сп. Однако, подвох заключается в том, что методика измерения вязкости проводится при +20С. В то время как реагенты применяются при отрицательных температурах. Научно доказано, что на морозе свойства веществ могут сильно меняться. Жидкости могут становиться более вязкими (см. Таблицу 4).

Так в 2000 году в процессе поиска новых реагентов для борьбы с гололедом коммунальные службы на нескольких улицах Москвы использовали растворы чистого хлористого кальция (ХКМ). Данное вещество обладает низкой температурой кристаллизации и хорошей плавящей способностью, но при этом еще и повышенной вязкостью. Раствор хлористого кальция с минерализацией 32% даже при положительных температурах имеет вязкость более 5 сП. Раствор с минерализацией меньше 32% проходит по методике испытаний при температуре в +20С по показателю вязкости, но уже при -5С густеет и превышает 5 сП.

Когда реагент использовали в Москве, он растопил наледь, но массовое ДТП все равно произошло - дорога была покрыта “маслянистой” пленкой, в которую превратился хлористый кальций на холоде. Подобные случаи повторялись в разных городах: во Владивостоке в 2013, когда власти закупили хлористый кальций из Китая с высокой вязкостью, в Санкт-Петербурге в 2015, когда дорожники сами попробовали получить хлористый кальций в растворных узлах из кислоты и известняка. В ходе дальнейших исследований выяснилось, что добавление к хлористому кальцию хлористого натрия резко снижает вязкость и “разбивает” маслянистую пленку. Поэтому использование чистого хлористого кальция было запрещено. Его заменили на многокомпонентный реагент из хлорида кальция с хлоридом натрия (ХКНМ, ХКН-КМ).

Еще одна “масляная” соль, использование которой может привести к авариям на дорогах - бишофит-хлористый магний. Эту соль Древнего моря добывают из-под земли путем закачивания воды в подземные шахты и вымывания солей. В результате получается насыщенный соляной раствор, в котором кроме хлористого магния присутствуют несколько десятков минеральных веществ: брома, бора, стронция, мышьяка и т.д. Такой раствор из-за богатого минерального состава обладает высокими коррозионными свойствами, токсичностью (2 класс опасности) и высокой вязкостью. Согласно отчету лаборатории федерального автономного учреждения “Росдорнии” вязкость жидкого противогололедного реагента “Экотрек”, производства Волгоградского магниевого завода (ВМЗ) составляет 7,31 сП при +20С, что в полтора раза выше допустимого. При понижении температуры, такое вещество еще больше густеет.

Таблица 4 Вязкость некоторых солей противогололедных материалов в зависимости от температуры

Как видно из таблицы, хлористый магний в чистом виде из-за вязкости использовать на дорогах нельзя. Вязкость хлористого кальция уже при -5С начинает превышать допустимые нормы, а при -15С и -20С, когда данный противогололедный материал в принципе есть смысл использовать из-за его низкой температуры кристаллизации, вязкость превышает предельные цифры в 2 раза!

Поэтому и хлорид магния (бишофит) и хлорид кальция нельзя использовать как противогололедные материалы в чистом виде. Эти вещества могут быть использованы в качестве компонентов в многокомпонентных реагентах.

Глава 3. Фрикционные материалы как средство повышения коэффициента сцепления колес с дорогой

Следует отметить, что в чистом виде фрикционные материалы (щебень, каменную крошку) нельзя использовать при гололеде, а также на чистом асфальтовом покрытии, так как они будут только увеличивать тормозной путь, создавая “роликовый эффект”, а сам щебень будет вылетать из-под колес и повреждать автомобили.

При использовании комбинированных противогололедных материалов, гранулы солей слегка подтапливают лед, и щебень впаивается в него, создавая эффект “наждачной бумаги”.

Какой фрикционный материал наиболее эффективен?

Масштабные исследования, проведенные МАДИ (Московским автомобильно-дорожным государственным техническим университетом), показали, что наиболее эффективным для сцепления колес с дорогой является мраморный щебень фракции 3-7 мм и твердости 400. Более твердые породы способствуют возникновению “роликового” эффекта и эффекта “шрапнели”, а более мягкие материалы колеса автомобилей просто давят.

Согласно исследованиям, существуют большие технологические различия между мраморным и гранитным щебнем, не в пользу последнего.

Гранитный щебень в качестве противогололедного материала использовать не рекомендуется, поскольку:

·              он обладает высокой твердостью, следовательно, выступает как абразивный материал. Под воздействием колес автомобилей гранитный щебень очень быстро истирает дорожное покрытие, способствуя образованию колейности, и ускоряет износ шин, разрушает лакокрасочное покрытие кузова, что ускоряет коррозию металла под воздействием снега. Мраморный же щебень обладает твердостью примерно в 4 раза меньшей, чем гранитный. Соответственно, он не разрушает дороги, а при очень высоких нагрузках сам рассыпается без вреда для участников движения. Именно по этой причине в Стокгольме используют мраморный, а не гранитный щебень;

·              гранитный щебень, попадая на эскалаторы и иные движущиеся части машин и механизмов подземного транспорта, часто выводит их из строя. При переходе с гранитного на мраморный щебень в 2011 году в Москве не было зафиксировано ни одной такой поломки эскалатора;

·              гранитный щебень при использовании на тротуарах и пешеходных зонах загрязняет почву и ухудшает состояние газонов. Гранит распадается несколько тысяч лет, поэтому систематическое попадание гранита приводит к “окаменению” почв. В Швеции, где гранит является широко распространенным материалом в виду его доступности, каждые 5 лет дорожные службы вынуждены заменять газоны до полуметра вглубь. Мрамор под воздействием влаги, ветра и почвенных бактерий разлагается за 2-3 года, при этом удобряя почву и улучшая ее фильтрацию;

·              многие гранитные карьеры обладают повышенным радиационным фоном, мрамор же соответствует нормам радиационной безопасности и не превышает норм для строительства жилых помещений - 370 Бк/кг.

Таким образом, делаем вывод, что для борьбы с гололедом на автодорогах целесообразно использовать современные ПГМ (противогололедные материалы), обладающие высокой плавящей способностью, а также комбинированные - с мраморным щебнем (их следует применять, если нужно убрать скользкость быстро). Необходимо, чтобы реагенты для дорог обеспечивали коэффициент сцепления не менее 0,3.

Заключение

В ходе написания данного реферата определены факторы, влияющие на сцепные качества покрытий автомобильных дорог. Выявлено, что очень большое влияние на коэффициент сцепления в зимний период оказывают реагенты для дорог и их свойства.

Доказано, что пескосоляная смесь не является эффективной при гололеде и обледенелом накате. Она не обеспечивает необходимый согласно ГОСТ Р 50597-93 коэффициент сцепления (не менее 0,3).

Одним из важных технологических показателей, влияющий на коэффициент сцепления колес с дорогой, является вязкость антигололедных реагентов.

Хлористый кальций и хлористый магний (бишофит) даже уже при температуре -5С обладают вязкостью, которая превышает предельно допустимый показатель (5сП для жидких и 4 сП для твердых реагентов). Поэтому данные вещества опасно использовать как самостоятельные противогололедные материалы, так как они могут вызвать дорожно-транспортные происшествия. Эти соли можно использовать лишь в качестве компонентов в составе противогололедных материалов.

Для борьбы с гололедом целесообразно использовать комбинированные антигололедные материалы с мраморным щебнем твердостью 400 и размером 3-7 мм. Гранитный щебень вызывает ускоренный износ дорожного полотна, повреждает лакокрасочное покрытие автомобилей, движущиеся части эскалаторов, вызывает “закаменение” почв на газонах, в следствии которого появляется необходимость в периодической замене грунтов.

Список использованной литературы

1. Евтюков С.А., Васильев Я.В. Дорожно-транспортные происшествия: расследование, реконструкция, экспертиза / под общ. ред. С.А. Евтюкова. - СПб. : ДНК, 2008. - 392 с.

. Евтюков С.А. Условия и вероятность возникновения ДТП // Мир дорог. - 2010. - № 45 - С. 62-64.

. Евтюков С.А., Хролов С.А. Оценка влияния геометрических параметров и сцепных качеств автодороги на безопасность дорожного движения. Труды молодых ученых //Интеграция / СПб. гос. архит.-строит. ун-т. - СПб., 2000. - Ч. 2. - С. 98-100.

. Евтюков С.А., Медрес Е.П. Проектирование и строительство облегченных насыпей с применением EPS-блоков // Автомобильные дороги. - 2007. - № 10. - С. 73-75.

. Евтюков С.А. [и др.] Строительство, расчет и проектирование облегченных насыпей. - СПб. : Петрополис, 2009. - 260 с.

. ГОСТ 33181-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Требования к уровню зимнего содержания

. ГОСТ Р 50597-93 Автомобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения

. Сравнительный анализ вязкости противогололедных материалов, Росдорнии, 2011г.