автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Научно-практические основы снижения адгезии снежно-ледяных образований в процессе эксплуатации автодорог

>ть р

2 з ДО* **

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СНИЖЕНИЯ АДГЕЗИИ СНЕЖНО-ЛЕДЯНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОДОРОГ

Специальность 05.23.11 - Строительсгво автомобильных дорог и аэродромов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 1998

На правах рукописи

Рябова Ольга Викторовна

Работа выполнена в Воронежской государственной архитектурно-строительной академии /ВГАСА/ на кафедре строительства автомобильных дорог

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Подольский В.П.

Научный консультант - кандидат технических наук

Гриневич C.B.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Бондарев Б.А. кандидат технических наук, доцент Ковалев Н.С.

Ведущая организация-Дорожный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт «ВоронежГипродорНИИ»

Защита состоится «17» декабря 1998 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета К.063.79.01 при Воронежской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежской государственной архитектурно-строительной академии /ВГАСА/

Автореферат разослан « Ж »

Ученый секретарь

диссертационного совета

г/г^аё^.г. 1998 г.

Ю.Н.Спасибухов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Проблеме совершенствования организационно-технических мероприятий по зимнему содержанию автомобильных дорог в настоящее время уделяется приоритетное внимание во всех странах, на территории которых наблюдаются гололедные явления и снежные отложения. С переходом мировой цивилизации на устойчивую систему развития выбор средств борьбы с зимней скользкостью определяется в первую очередь их воздействием на окружающую среду.

Применение только абразивных материалов в виде посыпок песка, щебня, шлаковой мелочи приводит к существенному загрязнению придорожной полосы пылью при уносе материала воздушными потоками с поверхности дороги, а в весенний период возникает необходимость сбора отработанных материалов. Кроме того, абразивные материалы имеют ограниченный срок эффективного действия, для увеличения которого требуется дополнительное количество посыпок материалов.

Применение химических реагентов (солей) вызывает загрязнение почвы, грунтовых и поверхностных вод, угнетение растительности и коррозию материалов покрытия, арматуры, всех металлических частей транспортных средств, элементов ограждений, подземных коммуникаций.

Негативное действие солей растянуто во времени и поэтому может обладать кумулятивной способностью. К тому же эффективное применение хлоридов ограничено температурным интервалом от +4°Сдо -7°С. а значительная их часть сдувается воздушным потоком и уносится колесами транспортных средств.

В качестве антигололедных средств широкое распространение получила практика смешивания сухой соли с абразивными материалами. Однако и она имеет ряд недостатков, требует постоянной подсыпки и эффективна лишь при высокой влажности воздуха.

Отрицательное воздействие на окружающую среду можно снизить, используя органические соединения карбомида с мочевиной, которые обладают малой агрессивностью к металлам и относительно безопасны. Однако в этом случае происходит накопление нитратов в растениях, удобрения слеживаются, легко сдуваются с покрытия, а их стоимость значительно выше стоимости хлоридов. При использовании спиртов и гликолей загрязнение окружающей среды ниже, но' они легко испаряются, стоят дороже, пожароопасны, активи-

зируют коррозию, снижают содержание кислорода в воде и почве придорожной полосы.

Организация работ по зимнему содержанию учитывает особенности отдельных участков дорог в зависимости от протяженности снегозаносимых участков, с более интенсивным и частым образованием гололеда, особенностей погоды на различных участках дороги.

- Принцип действия всех перечисленных средств борьбы со скользкостью основан на разрушении сил сцепления ледяной корки с материалами покрытия. Для всех применяемых химических реагентов общим недостатком является негативное экологическое и коррозийное воздействие.

В результате исследований специалистов РосдорНИИ был разработан новый материал - «Грикол», для введения в асфальтобетонные и черные щебеночные смеси при их изготовлении. Этот реагент позволяет предупредить сцепление льда и снежного наката с поверхностью покрытия и придает ему стабильные антигололедные свойства. Он предотвращает повторное льдообразование при перепадах температур, в 2-3 раза снижает коррозионное воздействие на металлы и на 40 % вредное воздействие на окружающую среду. «Грикол» получают в результате совместного помола хлоридов с гидрофоби-затором в сыпучей консистенции. В асфальтобетонных смесях он играет роль заполнителя, который вместе с вяжущим образует битумоминеральный раствор.

Осенью 1995 г. по заданию Федерального Дорожного Департамента на пятикилометровом участке дороги Воронеж - Луганск было уложено покрытие с антигололедным покрытие^ «Грикол». Одновременно во ВГАСА совместно с фирмой «Грикол-ЛТД» была разработана программа полевых и лабораторных исследований. В период строительства экспериментального участка контролировалась степень уплотнения смеси и сцепления верхнего слоя покрытия с нижним. Для приготовления асфальтобетонной смеси использовались битум БНД 60/90, гранитный отсев 0-5 мм, песок'речной и «Грикол».

В ближайшей перспективе существующие технологии не смогут обеспечить безопасность дорожного движения при зимнем содержании дорог. Поэтому необходимо создание новых более эффективных технологий строительства экологически безопасных антигололедных покрытий дорог, которые позволят не только снизить потребность в мощных снегоуборочных машинах й затраты на содержание дорог в зимний период, но и существенно улучшить

транспсртно-эксплуатационные и экологические качества*дорог. Это выдвигает рассматриваемую проблему в число важнейших народнохозяйственных и социальных задач, подчеркивая ее актуальность.

Тема диссертации посвящена проблеме предупреждения и борьбы с зимней скользкостью и способствует разработке ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий устройства поверхностной обработки с антигололедным реагентом.

Научная новизна работы состоит в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении эффективности методов предотвращения льдообразования с использованием нового материала и разработки технологии его применения для устройства поверхностной обработки асфальтобетонных покрытий, включая:

- обоснование зависимостей, определяющих влияние антигололедного наполнителя «Грикол» на диффузионные процессы в слое поверхностной обработки покрытия, полученных ¿Г результате решения теоретических и прикладных задач;

- разработку методики, позволяющей оценивать коррозийное воздействие антигололедного наполнителя «Грикол», а также сцепные качества поверхностной обработки в обеспечении устойчивости автомобиля;

- разработку и обоснование ресурсосберегающей и экологически безопасной технологии устройства поверхностной обработки.

Достоверность научных положений, содержащихся в диссертационной работе, подтверждена экспериментальными данными, полученными в лаборатории ВГАСА, на построенных участках дороги, а также результатами эксплуатации участков с антигололедным слоем поверхностной обработки. При проведении исследований использованы современные стандартные методики, аппаратура и вычислительная техника.

Практическая ценность включает научно обоснованную технологию устройства ресурсосберегающих и экологически безопасных антигололедных слоев поверхностной обработки и методики испытания их свойств.

Подтвержденный экономический эффект, полученный от внедрения разработанного метода по устройству поверхностной обработки, составил 26,65 млн. руб. на 1 км дороги (в ценах 1997 г.).

Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы .докладывались и получили одобрение: на научно-технических конференциях в Воронежской государственной архитектурно-строительной ака-

демии (1995... 1998 гг.); в Воронежской государственной лесотехнической академии (ВГЛТА 1997); на молодежном Российском научном симпозиуме (Воронеж, 1997), на Российской научно-практической конференции (С.Петербург, 1997).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 16 статей.

На защиту выносятся теоретическое обоснование диффузионных процессов взаимодействия антигололедного реагента со снежно-ледяными образованиями на поверхности слоя поверхностной обработки и экспериментальное подтверждение возможностей строительства экологически безопасной поверхностной обработки с антигололедными свойствами.

Структура и объем работы. Диссертация включает 5 разделов, объемом 176 е., 19 рис., 44 таблицы, список 71 использованных источников, приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность диссертационной работы, сформулированы ее цель, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

1. Анализ организационно-технических и конструктивных мероприятий по борьбе с зимней скользкостью на автодорогах.

В разделе отражены существующие технологии по зимнему содержанию автомобильных дорог. Показано, что с переходом мировой цивилизации на устойчивую систему развития выбор средств борьбы с зимней скользкостью определяется в первую очередь их воздействием на окружающую среду. Исследованиям в направлении разработки научно-практических основ создания ресурсосберегающих и экологически перспективных технологий по зимнему содержанию автодорог посвящен ряд работ научных работ. К ним относятся научные труды В.Ф.Бабкова, А.П.Васильева, С.В.Гриневича, И.Е.Евгеньера, Л.Б.Каменецкого, Е.МЛобова, В.Е.Лысенко, В.М.Немчинова, В.П.Подольского, В.В.Сильянова и др., которые внесли существенный вклад в развитие автомобильно-дорожного комплекса, решение проблемы предупреждения и борьбы с зимней скользкостью на дорогах.

Результаты анализа проблемных исследований по борьбе с зимней скользкостью позволяют отметить следующее:

- состояние поверхности дороги зимой во многом зависит от динамики изменения температуры, влажности воздуха и температуры покрытия. При

понижении температуры атмосферного воздуха в нем происходит конденсация паров, которые оседают на покрытие, способствуя обледенению поверхности;

- зимой при движении по обледеневшему или покрытому снегом покрытию величина коэффициентов сцепления мало зависит от скорости движения автомобилей, но всегда меньше требуемых по условиям безопасного движейия;

- недостаточно высокая эффективность фрикционных материалов при борьбе с зимней скользкостью объясняется тем, что при торможении значительная часть его собирается перед скользящим колесом, в то время как зажатые между поверхностью колеса и ледовым основанием каменные зерна различной крупности оказывают только частичное сопротивление трению, но не могут решающим образом уменьшить образование водяной пленки. Недостатками фрикционных материалов и в том, что они действуют короткое время, так как быстро сдуваются с покрытий ветром или сбрасываются колесами автомобилей. Фрикционные материалы не устраняют гололед, а только увеличивают на короткое время сцепление колеса с дорогой;

- эффективность химических способов борьбы с зимней скользкостью значительно выше, чем фрикционных материалов, поскольку они расплавляют лед или снег и удаляют их с покрытия. При этом автомобили двигаются по влажному покрытию, на котором коэффициент сцепления выше, чем на обледеневшем или заснеженном.

При распределении солей или рассолов по покрытию на нем может формироваться мокрая снежная масса, которая легко удаляется снегоуборочными машинами. Если эту снежную массу своевременно не убрать, она замерзнет и создаст еще более скользкую поверхность, чем была до применения солей.

При применении солей имеется еще один существенный недостаток, заключающийся в том, что на покрытии после плавления льда или снега всегда остается гифоскопическая пленка жидкости. Такая пленка образуется и после дождя, но она в несколько раз тоньше, чем при таянии снега с применением солей, поскольку вязкость раствора соли больше вязкости чистой воды. Этим объясняется снижение коэффициентов сцепления на участках, покрытых раствором солей, по сравнению с участками, увлажненными чистой водой.

Кроме того, многообразие химических веществ, применяемых для обработки поверхности покрытия в процессе борьбы с зимней скользкостью, создает проблемы, связанные с их негативным экологическим и коррозийным воздействием;

- наиболее перспективным направлением борьбы с зимней скользкостью является предупреждение образования сил сцепления льда с материалами покрытия. Существенное снижение коррозийного и экологического воздействия при одновременном обеспечении в течение всего срока службы покрытия и сохранения транспортно-эксплуатационных качеств достигается применением плотных асфальтобетонных смесей с антигололедной добавкой «Грикол».

Изложенные соображения позволяют сформулировать следующую цель исследования: разработать'научно-практические основы снижения адгезии снежно-ледяных образований и на их основе технологию устройства поверхностной обработки с антигололедными свойствами.

В соответствии с целью, значимостью и состоянием проблемы перед исследованием были поставлены следующие основные задачи:

1 Разработать методику лабораторных исследований материалов и образцов с реагентом «Грикол» и наблюдений за эксплуатацией участков с антигололедными свойствами.

2.На основе лабораторных и экспериментальных исследований разработать технологию приготовления чернощебеночных смесей с антигололедным реагентом и устройства из них поверхностной обработки.

3.Исследовать механизм действия «Грикола» в слое поверхностной обработки из чернощебеночных смесей и разработать теоретическую модель диффузионных процессов перемещения хлоридов на поверхность.

4.Оценить коррозионные свойства антигололедного реагента «Грикол».

5.Оценить сцепные качества поверхностной обработки с антигололедным реагентом «Грикол» в обеспечении устойчивости автомобиля.

2. Предупреждение адгезии снежно-ледяных образований к поверхности слоя поверхностной обработки с антигололедным реагентом.

Адгезия льда к поверхности слоя поверхностной обработки в свете современных знаний рассматривается как совокупность механического сцепления частиц .льда с шероховатой поверхностью и сил межмолекулярного взаимодействия. Вода проникает в поры материала и заклинивается в них при расширении в процессе замерзания и таким образом возникает прочное

сцепление льда с поверхностью дороги. Виды и интенсивность межмолекулярного взаимодействия между пленочной водой и поверхностью слоя поверхностной обработки зависит от природы этой поверхности.

Добавка "Грикол" обладает двойным эффектом - обеспечивает антигололедный эффект за счет плавящей способности хлористых солей и снижает адгезию льда к поверхности за счет создания на поверхности покрытия химически фиксированной гидрофобной пленки толщиной от 10 до 300 А°. Наличие антигололедного реагента в покрытии обеспечивает повышение температуры смерзания снежно-ледяных образований с поверхностью, что существенно облегчает очистку дороги после снегопадов.

Под истирающим действием колес частички соли освобождаются от кремниево-органической оболочки и вступают в реакцию с частичками льда на поверхности с образованием солевого раствора. Кремний-органический гидрофобизатор после растворения распределяется в этом растворе и поли-меризуется на поверхности слоя поверхностной обработки, что приводит к ослаблению сил межмолекулярного взаимодействия и предотвращению повторного льдообразования.

В результате лабораторных и натурных исследований подобрана рецептура смеси с использованием антигололедного реагента «Грикол»: гранитный отсев - 77 %; речной песок - 18 %; «Грикол» - 5 % и битум

7 % (сверх 100 % минеральной часта).

В лабораторных условиях изучены физико-механические свойства материалов (табл. 1), впоследствии использованных для приготовления черно-щебеночных смесей, и погодных условиях на продолжительность проявления антигололедных свойств и отработана технология приготовления и укладки черного щебня с «Гриколом». Исследованы также возможности использования асфальтоукладчиков и щебнераспределителей отечественного производства при укладке этих смесей.

Вводимый в смесь реагент «Грикол» равномерно распределяется на поверхности крупных частиц, где оказывается сосредоточенный объемный битум. Наличие битумной пленки с внедренными в нее частицами антигололедной добавки позволяет в процессе эксплуатации эффективно снижать адгезию льда к поверхности слоя поверхностной обработки не только за счет истирания битумной пленки,- но и в результате непрерывно протекающих диффузионных процессов.

Построенный экспериментальный участок поверхностной обработки с антигололедными свойствами на дороге «Воронеж-Луганск» вплотную примыкает к построенному в 1995 г. участку покрытия с «Гриколом».

Таблица 1

Физико-механические свойства лабораторных образцов асфальтобетонной смеси Ш марки "Г"

№ Наименование показателей Образцы смеси Образцы смеси

п/п без «Грикола» с «Гриколом»

1 Средняя плотность, г/см3 2,29 ■ 2,27

2 Водонасыщение, % по объему 3,46 3,78 .

3 Набухание, % по объему 0,11 0,12

4 Предел прочности при сжатии

Т = 50 °С, МПа - 2,46 2,96

5 Коэффициент водостойкости 0,99 0,88

6 Коэффициент водостойкости при длительном водонасыще-

Нии 0,98 0,87

В процессе наблюдений в течение 1996-1998 гг. за эксплуатацией экспериментального участка установлено, что на его поверхности постоянно находятся ионы хлора, которые препятствуют сцеплению ледяных образований и снежного наката с поверхностью дороги.

3. Исследование диффузионных процессов в слое поверхностной обработки с антигололедным реагентом «Грикол».

Решение проблемы создания противогололедного дорожного покрытия с использованием хлоридов, помимо чисто производственных вопросов, должно удовлетворять двум основным требованиям: отсутствию неприемлемого снижения качества покрытия и обеспечению стабильности антигололедных свойств и, прежде всего в ультраповерхностном слое (слой поверхностной обработки), ответственном за взаимодействие льда и материала.

Разумеется, соли подвержены природному вымыванию, но потери такого рода быстро восстанавливаются мигрирующим раствором. Вымывание солей определяется интенсивностью испарения влаги.

Летом зона испарения обычно смещается на некоторую глубину от поверхности, на которой и происходит разделение на растворитель (в виде пара) и растворенное вещество (соль). Подобное явление , препятствует вымыванию солей, способствует их накоплению близ открытой поверхности, что улучшает миграцию раствора к последней.

Данное представление отвечает известным положениям теории тепломассообмена в капилярно-пористых материалах и использована нами при разработке поверхностной обработки при введении реагента «Грикол».

Разработана методика и проведены исследования по определению сцепления битума с поверхностью щебня и частицами антигололедного реагента.

Рассмотрена гипотеза о влиянии шероховатости поверхности слоя поверхностной обработки на льдообразование.

В качестве физической модели рассмотрен свободный объем внутри пористого носителя, частично заполненного твердым веществом, а поры гранулированного материала заполнены жидкостью, движущейся со скоростью Л7 (рис.1).

до 25см

trm

л^о/Сры rue

Рис. 3.1. Диффузионные процессы в слое поверхностной обработки с антигололедным реагентом «Грикол»

Математическую модель можно представить в следующем виде.

Начало координат на поверхности покрытия. Массив покрытия считается квазиизотропным, унос частиц «Грикола» осуществляется только по направлению ОХ. Область Х>0, включающая жидкость с веществом «Грикол», движется со скоростью W.

Дифференциальное диффузионное уравнение, описывающее удаление реагента из слоя поверхностной обработки, представим в форме

fÎÇ-ГЕК -f±K = o, (1)

d\- \c)dx l Djdt , где D - коэффициент диффузии, м*/с; С - концентрация вещества «Грикол», мг/м'; / - время, с; л- - координата, м.

В начальный момент 1=0 концентрация антигололедного реагента равна С0, а на границе плоскости х- ('/концентрация изменяется по закону

—-ЛС = 0, (2)

dx

где h - некоторая константа, равная — (¡} - коэффициент массоотдачи, м/с).

Применительно к диффузионной постановке решение поставленной задачи методом преобразования Лапласа, приведенное к безразмерному виду, представлено в форме

С = 1 - 0,5[т/с{(ье - г)/(2^7)]+ №/„/(№„ - Ре0)х .

х ехр-Рест([ - + - 0,5Ред^Щ^\

где С=С/'С0 - безразмерная концентрация реагента, отнесенная к максимальной, начальной концентрации; г = /1„ - безразмерное- время, отнесенное к максимальному времени !а, характеризующему полное растворение реагента; Мид=(Я0Ъ , Ред= И/7„'/) , [■Ъ(г-О1и102 - безразмерные критические числа, характеризующие процесс растворения реагента, соответственно: безразмерный коэффициент массоотдачи, долю конвективного (скоростного) переноса вещества по сравнению с диффузионным, вызванным разностью концентраций время; £-Х 4 - безразмерная координата, отнесенная к толщине /0 слоя поверхностной обработки.

Количество уносимого антигололедного реагента (поток массы) можно рассчитать, используя видоизмененное условие (2) диффузии на границе покрытия - закон Фика.

7 = , (4)

которое после элементарных преобразований приводится к безразмерному виду

^ = -Лс, / , . (5)

В уравнениях (4-5) обозначено ,/ = Л„!('„!„- поток массы, отнесенный к начальной концентрации С„ и к полной толщине /„ слоя покрытия с «ГрикОлом», умноженный на полное время 1,„ за которое концентрация вещества меняется от максимальной С„ до 0;./ -удельный поток массы реагента, мг/м2с.

Дифференцируя (3) по с и подставляя в (5), получим при с- 0

1 = (1 /4т1!о0)ехр(1 / Роо - г/ 4/о„) - 0,5^¡-'оо /лт •

• ехр(-г / 4 /•"(>„) - {1 + Лн,, /(№/„ - Гоа)]/ 2 ^тЬ'о], }ехр[1 / ]-'к -Рег,т/41'к ■ (6)

• (1 + N4„/■'(>„)]-[]/+ - у[тРЪ^Ре„ /2]2

Пренебрегая членами второй степени малости, после несложных преобразований окончательно найдем

7 = (1/4г/г0„)ехр(1 I Ро0 - г/4/*о0), (7)

или в размерной форме

.; = (С„/„3/£»/)/ехр[/„г(1-1/(„)//)/„], мг/м2с. (8)

С учетом плотности р покрытия концентрацию "Грикола", отнесенную к кг смеси, можно выразить в виде: С,т=С0'р и зависимость (8) преобразуется к виду

^ = (РЛр1Ще^и1(\-1И0)т1о) . (9)

Математическое моделирование рассмотренное выше базируется на механизме концентрационной диффузии реагента, когда миграция «Грикола» происходит под действием градиента концентрации, В реальных условиях механизм диффузии осложняется термо- и бародиффузией, обусловленной, соответственно, разностью температур покрытия в месте контакта вещества с колесами автомобиля и окружающей среды, а также градиентом давления в месте контакта и на некотором расстоянии от колес автомобиля. Считая, что механизмы диффузии автономны, пренебрегая их взаимным влиянием, вводя коэффициенты термо- и бародиффузии От, Об, и относя их к коэффициенту концентрационной диффузии, получим уточненные решения с интегральным коэффициентом диффузии

0ср=0(1+Кт+Кб), (10)

где Кт - ВтО\ Кб=ОвВ.

, Опытная проверка адекватности рассмотренной теоретической модели реачьным условиям миграции и уносу реагента из слоя поверхностной обработки автодороги проводилась в лабораторных условиях методом диффузионной экстракции,

Анализ климатологических условий эксплуатации опытного участка поверхностной обработки с антигололедным реагентом «Грикол» на дороге «Саратов - Курск» в Центрально-Черноземном регионе показал, что на 1 м2 покрытия в течение года выпадает до 550 литров различных .осадков. Коэффициент стока исследуемого участка дороги составляет 0,6 -г 0,85, т.е. в порах покрытия удерживается от 15 % до 40 % выпавших осадков" (82 * 220 литра). Исключая из проведенного материального баланса осадки, выпавшие в виде снега, убираемого с дороги, которые составляют до 50 % от их общего количества, получим количество жидкости, участвующее в диффузионном процессе - 77,6 л.

В лабораторном эксперименте использовались образцы с антигололедным реагентом «Грикол» толщиной 25 и 35 мм. Количество воды, модели-

рующее осадки, приведенные к площади испытываемых образцов, пересчи-тывалось из соотношения подобия

(П)

где N - продолжительность эксплуатации поверхностного слоя, лет; Ух -объем атмосферных осадков, задерживающихся в год в натурных условиях на поверхности участка дороги; 5„окр - площадь исследуемого участка дороги; - объем воды, моделирующей осадки для лабораторных образцов; - площадь лабораторного образца.

Расчет по формуле (11) показал, что объем воды для лабораторных исследований, моделирующий осадки в течение пятилетнего срока службы поверхностной обработки, составил 7 литров.

Для удержания слоя воды толщиной 10-20 мм на поверхность образца битумом приклеивалась полиэтиленовая пленка, выступающая на 30 мм над краем образца. Измерение концентрации рассола производилось солемером.

В опытах проводилось обратное моделирование: учитывались не начальная и конечная концентрации «Грикола» в слое поверхностной обработки, а соответствующие концентрации в жидкости. В результате обработки опытных данных производился пересчет концентраций в соответствии с теоретической моделью. Анализ концентраций растворимых хлоридов, вымываемых из слоя поверхностной обработки и являющихся полезными составляющими «Грикола», производился ежемесячно в течение года. Опыты проводились с образцами, содержащими 5 % и 7 % «Грикола».

Результаты теоретических и экспериментальных исследований показали, что антигололедный эффект от действия «Грикола» в слое поверхностной обработки будет проявляться в течение 5 лет. /

4. Изучение антигололедных свойств поверхностной обработки асфальтобетонных покрытий.

Для измерения концентрации солей на поверхности слоя поверхностной обработки дороги использован специально разработанный прибор, принцип которого основан на электропроводности водных растворов солей.

Экспериментальные данные в лабораторных и натурных условиях подтвердили адекватность расчетных моделей.

Испытания по определению адгезии льда к поверхности образцов из черношебеночных смесей проводили способом сдвига при кручении с использованием устройства, изготовленного для этих целей.

Найдено выборочное уравнение регрессии адгезии льда к поверхности слоя поверхностной обработки при различном зерновом составе смеси

Ую-,,.) = 0,0289яг2 - 0,96х +10,084 (13)

Л?-»«., = 0;0358х2 -1,067х +10,527 (14)

' У<м-з>1ш) = 0,0356г2'- 1,078г +10,896 (15)

Уа-гсш.) = 0,0389х2 -1,149г +10,933 (16)

Дана оценка корреляционной связи по выборочному корреляционному соотношению (0,93-0,95), составлены расчетные таблицы и график выборочного уравнения регрессии величины адгезии льда к поверхности слоя поверхностной обработки (рис. 2).

Рис. 2. График выборочного уравнения регрессии величины адгезии льда к поверхности при зерновом составе смеси: 1 - 0-5 мм; 2-5-10 мм; 3 - 10-20 мм; 4 - 5-20 мм

В результате проведенных экспериментов установлено, что эффективность действия антигололедной добавки зависит не только от плошали поверхности из чернощебеночной смеси, но и от его объема.

Оценка силы корреляционной связи изменения концентрации водного раствора во времени произведена по выборочному корреляционному отношению, который составил 0,92-0,98. Устанолено, что данная зависимость изображается параболической корреляций второго порядка (рис. 3). Максимум концентрации для всех составов падает на 39 часов.

Рис. 3. Изменение концентрации водного раствора во времени от фракционного состава асфальтобетонной смеси: 1- среднее значение; 2 - отс. 0-5 мм; 3 - фр. 5-10 мм; 4 - фр. 10-20 мм

Дана оценка состояния поверхности слоя поверхностной обработки в процессе эксплуатации. Установлено, что после трех лет эксплуатации наблюдается отслаивание отдельных щебенок, а также раскрытие отраженных трещин, которые имелись до устройства поверхностной обработки.

Определение выхода соли на участке с поверхностной обработкой чер-нощебеночной смесью с «Гриколом» осуществлялось 3.10.96 г. с использованием прибора для определения концентрации солевого раствора. После обработки материалов измерений, полученные результаты выхода соли на поверхность приведены в табл. 2.

Таблица 2

Количество соли на полосе наката участка поверхностной обработки с «Гриколом», г/м2

№ Местоположение Количество соли

п/п взятой пробы, км+ на поверхности, г/м2

1 58+510 3.4

2 58+800 4.5

3 59+200 4.8

4 59+600 4.2 .

5 59+970 ' 3.1

Для проверки сцепных качеств поверхностной обработки с «Гриколом» 12 ноября 1996 г. на участке км 57+800- км 59+500 были проведены измерения коэффициента сцепления прибором ППК-МАДИ. Измерения производились при температуре окружающего воздуха +2°С в соответствии с методикой. С учетом температурной поправки, равной 0,05, коэффициент сцепления по правой полосе движения изменяется в пределах 0,35+0,40, а по левой - от 0,40 до 0,42, что соответствует нормативным документам.

5. Разработка технологии устройства поверхностной обработки с антигололедными составами.

Разработаны рекомендации по технологии устройства поверхностной обработки с антигололедной добавкой «Грикол», служащие слоем износа и защитным слоем, а также способствующей образованию шероховатой поверхности.

Установлены составы черных щебеночных и песчаных смесей для устройства поверхностной обработки.

При устройстве поверхностной обработки с использованием фракционного черного,щебня и антигололедной добавки «Грикол» для повышения плотности допускается вводить средиезернистый песок в количестве 3 % и дробленый песок (отсев) в количестве 10 % от массы щебеночной смеси.

В период с 21 по 26 августа 1996 г. на участке с км 58+500 до км 60+000 автодороги «Воронеж-Луганск» отделением №3 АО «Воронежавто-дор» было осуществлено устройство слоя износа из горячей чернощебеноч-ной смеси фракции 5-20 мм, обработанной в установке «Гриколом» на АБЗ в п.Малышево. '

В табл.3, приведены фактические сведения об условиях устройства поверхностной обработки.

Таблица 3

Выписка из журнала производства работ по устройству поверхностной

№ п/п о Дата Км+ Температура смеси при укладке Уложено м поверхностной обработ. Уложено т черно-шебе-ночной смеси Температура окружающего воздуха, °С

1. 22.08.96 60+000 1б0иС 7280,0 163.90 +20 С

1 23.08.96 59+900 165°С 7150,0 160,86 +22°С

3. 24.08.96 58+000 165°С 7280,0 163,90 +19°С

4. 25.08.96 57+000 160°С 7410,0 166,80 +18°С

5. 26.08.96 56+500 165°С 7280,0 163,90 +23°С

Всего: 36400,0 819,36

Дано обоснование экономической целесообразности применения антигололедного реагента «Грикол» при устройстве поверхностной обработки на дороге «Воронеж-Луганск».

Накопленные данные полевых и лабораторных исследований позволяют дать объективную оценку свойств антигололедной добавки и сделать вывод о возможности широкого применения реагента «Грикол» на автомобильных дорогах России.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Изыскание путей предупреждения и борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах является важной народнохозяйственной задачей. В результате проделанной работы автором диссертации получены наиболее существенные положения и результаты:

1.Разработаны научно-обоснованные основы технологии устройства поверхностной обработки с антигололедным реагентом, по которой построены экспериментальные участки на автодороге «Воронеж-Луганск».

2.Разработаны методики испытаний и изучены основные физико-механические свойства поверхностной обработки с антигололедным реагентом «Грикол».

3.Изучен механизм действия «Грикола» в слое поверхностной обработки чернощебеночных смесей и разработана физико-математическая модель диффузионных процессов в них.

На основе анализа взаимосвязи между шероховатостью поверхности слоя поверхностной обработки и гололедом подтверждена гипотеза о том, что ее ослабление связано не только с силовым воздействием, но и с дисперсным распределением «Грикола» в слое поверхностной обработки.

4.Оценены сцепные качества поверхностной обработки с антигололедным реагентом «Грикол» в обеспечении устойчивости автомобиля. Доказано, что добавка «Грикола» в чернощебеночную смесь обеспечивает предотвращение повторного льдообразования при переходе температуры через 0°С.

5.Выявлено, что применение реагента «Грикол» для борьбы с зимней скользкостью при введении 5 % его в асфальтобетонные смеси обеспечивает устойчивый антигололедный эффект за счет плавящей Способности и уменьшения адгезии льда к поверхности слоя поверхностной обработки при температуре от +4°С до-7°С.

6.Установлено, что механическое сцепление ледяных и снежных образований с антигололедным слоем поверхностной обработки снижается не менее чем в 5 раз за счет образования водяной пленки между поверхностью дороги и льдом (снежным накатом). Анализ сравнительных испытаний на

вибростенде свидетельствует о достаточно высокой сопротивляемости образцов асфальтобетона с «Гриколом» воздействиям динамической нагрузки.

7.Применение «Грикола» значительно уменьшает загрязнение почвы хлоридами на придорожных территориях, что сокращает ущерб для биосферы.

Результаты исследований внедрены в производство на дорогах Воронежской области, с общим годовым эффектом около 26,7 млн. рублей на км дороги.

Таким образом, полученные в работе научные результаты и их приложения в целом можно квалифицировать как решение задачи, имеющее существенное значение для предприятий автомобильно-дорожиого комплекса.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Рябова О.В. Борьба с зимней скользкостью на автомобильных дорогах// Экология и безопасность жизнедеятельности. Межвуз. сб. научных тр., вып. 2. Воронеж: 1997,-С. 51-55.

2.Рябова О.В. Влияние диффузии частиц антигололедного материала на адгезию ледяных образований к покрытию. - Воронеж, Экологический вест-гак Черноземья. № 6, 1998. - С. 18-24.

3.Рябова О.В. Влияние частиц антигололедного реагента «Грикол» на эксплуатационные качества асфальтобетонного покрытия/У В сб. аспирант,-забот ВГАСА.Воронеж: 1998.-С.18-21.

4.Подольский В.П., Рябова О.В., Булдаков С.И. Борьба с зимней гкользкостью на дорогах с применением «Грикола»// Лесоэксплуатация. Сб. тучных статей СибГТУ. Красноярск, 1998. - С.31-37.

5.Курьянов В.К., Чубов Н.И., Рябова О.В. и др. Качественный анализ }>орм связи автомобильной дороги с окружающей средой./ Воронеж, госуд. lecoTexH. акад.- Воронеж,- Деп. в ВИНИТИ, № 3654-В97,1997,- 12 с.

6.Курьянов В.К., Чубов Н.И., Рябова О.В., Морковин В.А. Принципы )птимизации проектных решений автомобильных дорог в САПР./ Воронеж, "осуд. лесотехн. акад.- Воронеж. - 1995. - деп. в ВИНИТИ 20.12.95, № 3420395. - 5 с.

7.Афоничев Д.Н., Рябова О.В., Морковин В.А. Критерии и анализ ис-:ледования эксплуатационно-экологического уровня автомобильных дорог// Молодежь и проблемы информационного и экологического мониторинга: Материалы молодежного Российского научного симпозиума. Воронеж, 1996. -Кн. 2.-с. 101.

8.Курьянов В.К., Чубов Н.И., Рябова О.В, Морковин В.А. Оценка экс-щуатационно-экологических характеристик сложных участков плана и про-юльного профиля автомобильных дорог./ Воронеж, госуд. лесотехн. акад.-Зоронеж.- 1995,- Деп в ВИНИТИ 20.12.94, № 3420-В95. - 5 с.

9.Рябова О.В., Афоничев Д.Н., Голтарев С.М. Аспекты снижения уровня загрязнения придорожного пространства.// Молодежь и проблемы информационного и экологического мониторинга: Материалы молодежного Российского научного симпозиума. Воронеж, 1996.- Кн.2. - с. 201.

10. !Сурьянов В.К., Рябова О.В., Чубов Н.И. О путях снижения уровня загрязнения придорожного пространства/ Воронеж, госуд. лесотехн. акад.-Воронеж,- 1996,- Деп. в ВИНИТИ 26.04.96, № 1371-В96,- 3 с.

11. Курьянов В К., Рябова О.В., Чубов Н.И. Природные аспекты размещения предприятий лесного дорожного комплекса/ В кн.: Комплексная продуктивность лесных ресурсов и организация многоцелевого лесопользования.- Воронеж, 1996,- с. 95-98.

12.Курьянов В.К., Чубов Н.И., Рябова О.В. Стадийное повышение эксплуатационно-экологического уровня автомобильных дорог./ Воронеж, госуд. лесотехн. акад.- Воронеж- 1997,- Деп. в ВИНИТИ 23.07.97, № 1854-В97.-45 с.

13.Курьянов В.К., Чубов Н.И., Рябова О.В. и др. Качественный анализ форм связи автомобильной дороги с окружающей средой./ Воронеж, госуд. лесотехн. акад.- Воронеж,- 1997,- Деп. в ВИНИТИ 16.1297, № 3654-В97,- 12с.

14.Курьянов В.К., Токарев Е.В., Рябова О.В. и др. Экономико-статистическая модель задачи планирования дорожной сети в Калужской области./ Воронеж, госуд. лесотехн. акад.- Воронеж.- 1997,- Деп. в ВИНИТИ 16.12.97, № 3653-В97,- 17 с.

15.Курьянов В.К., Чубов Н.И., Рябова О.В. и др. Транспортно-эксплуатационная оценка прочности дорожных одежд автомобильных дорог./ Воронеж, госуд. лесотехн. акад.- Воронеж - 1997.- Деп. в ВИНИТИ 15.05.97, № 115-В97. - 54 с.

16.Курьянов В.К., Чубов Н.И., Рябова О.В. и др. Оценка сложности дорожной обстановки на участках дорог в различных условиях местности./ Воронеж. госуд. лесотехн. акад.- Воронеж,- 1997,- Деп. в ВИНИТИ 25.11.96, № 3315-В97,- 15 с.

Лицензия ЛР №020450 от 4 марта 1997 г. Ш. ."37-49 о? 3.II.98.

'Подп. в печать /i // /^-Формат 60x84 1/16.

Бумага для множит, аппаратов.Уч.-изд. л. -1,0

Усл.-печ. л. - 1,1. Тираж 100 экз. Заказ №> 252 .

Отпечатано на ротапринте Воронежской государственной архитектурно-строительной академии. 394006, Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84. ВГАСА.

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

/ВГАСА/

На правах рукописи

РЯБОВА Ольга Викторовна

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СНИЖЕНИЯ АДГЕЗИИ СНЕЖНО-ЛЕДЯНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОДОРОГ

Специальность 05.23.11 - Строительство автомобильных дорог и аэродромов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Подольский В.П. Научный консультант кандидат технических наук Гриневич C.B.

Воронеж - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................ 4

1.АНАЛИЗ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО БОРЬБЕ С ЗИМНЕЙ СКОЛЬЗКОСТЬЮ НА АВТОДОРОГАХ..................................................... 10

1.1.Особенности состояния автомобильных дорог в зимний период.. 10

1.2.Условия образования скользкости в зависимости от особенностей отдельных участков дорог...................................................... 19

1.3. Загрязнение придорожной полосы антигололедными материалами.............................................................................. 21

1.4. Влияние технологических процессов зимнего содержания дорог

на окружающую среду......................................................... 28

1.5. Существующие организационно-технические и конструктивные мероприятия для борьбы с зимней скользкостью.......................... 37

1.6. Цель и задачи исследования............................................. 42

2 .ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ АДГЕЗИИ СНЕЖНО-ЛЕДЯНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ К ПОВЕРХНОСТИ СЛОЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ С АНТИГОЛОЛЕДНЫМ РЕАГЕНТОМ....................... 46

2.1. Технология приготовления и свойства антигололедной добавки "Грикол"......................................................................... 46

2.2. Исследование свойств асфальтобетонной смеси с добавкой антигололедного реагента............................................................ 49

2.3. Методика лабораторных и полевых испытаний «Грикола»...... 55

2.4. Влияние антигололедной добавки на продолжительность эксплуатации покрытия............................................................... 58

2.5. Оценка коррозийных свойств «Грикола»............................ 64

2.6.Строительство экспериментальных участков поверхностной обработки с антигололедным реагентом «Грикол»............................. 65

3.ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В СЛОЕ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ С АНТИГОЛОЛЕДНЫМ РЕАГЕНТОМ «ГРИКОЛ».................................................................. 68

3.1. Особенности тепловлажностного режима слоя поверхностной обработки с антигололедным реагентом «Грикол» ............................. 68

3.2. Определение сцепления битума с поверхностью щебня частицами антигололедного реагента...................................................... 73

3.3. Влияние частиц «Грикола» на эксплуатационные качества поверхностной обработки............................................................ 7 9

3.4. Физическая модель диффузионных процессов в слое поверхностной обработки с антигололедным реагентом «Грикол»................... 83

3.5. Влияние диффузионных процессов на продолжительность эксплуатации антигололедного наполнителя.................................... 88

4. ИЗУЧЕНИЕ АНТИГОЛОЛЕДНЫХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ....................... 92

4.1. Определение выхода соли на поверхность слоя поверхностной обработки................................................................................ 92

4.2. Влияние антигололедного реагента на величину адгезии льда к поверхности слоя поверхностной обработки.................................... 103

4.3. Изменение концентрации хлоридов на поверхности слоя поверхностной обработки во времени................................................ 113

4.4. Состояние поверхности слоя поверхностной обработки в процессе эксплуатации.................................................................... 119

5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УСТРОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ С АНТИГОЛОЛЕДНЫМИ СВОЙСТВАМИ.................. 123

5.1. Общие рекомендации.....................................................123

5.2. Материалы, применяемые для устройства поверхностной обработки ........................................................................................124

5.3. Устройство поверхностной обработки из асфальтобетонных смесей с антигололедной добавкой «Грикол»....................................125

5.4. Устройство поверхностной обработки с использованием фракционного черного щебня и антигололедной добавки «Грикол»....... 129

5.5. Техника безопасности при устройстве поверхностной обработки

с антигололедной добавкой «Грикол»............................................. 132

5.6. Строительство экспериментального участка с поверхностной обработкой................................................................................ 133

5.7. Обоснование экономической целесообразности применения антигололедного реагента «Грикол» при устройстве поверхностной обработки на дороге «Воронеж-Луганск»....................................... 135

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.......................... 138

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ...................... 140

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................. 147

ВВЕДЕНИЕ

Проблеме совершенствования организационно-технических мероприятий по зимнему содержанию автомобильных дорог в настоящее время уделяется приоритетное внимание во всех странах, на территории которых наблюдаются гололедные явления и снежные отложения. С переходом мировой цивилизации на устойчивую систему развития выбор средств борьбы с зимней скользкостью определяется в первую очередь их воздействием на окружающую среду.

Применение только абразивных материалов в виде посыпок песка, щебня, шлаковой мелочи приводит к существенному загрязнению придорожной полосы пылью при уносе материала воздушными потоками с поверхности дороги, а в весенний период возникает необходимость сбора отработанных материалов. Кроме того, абразивные материалы имеют ограниченный срок эффективного действия, для увеличения которого требуется дополнительное количество посыпок материалов.

В «Инструкции по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах ВСН 20-87» приводится перечень химических реагентов, рекомендованных для борьбы с зимней скользкостью путем обработки поверхности покрытия технической поваренной солью; солью сильвинитовых отвалов; хлористым и фостатированным хлористым кальцием; смесью хлористого натрия и хлористого кальция. Однако применение солей вызывает загрязнение почвы, грунтовых и поверхностных вод, угнетение растительности и коррозию материалов покрытия, арматуры, всех металлических частей транспортных средств, элементов ограждений, подземных коммуникаций.

Негативное действие солей растянуто во времени и поэтому может обладать кумулятивной способностью. К тому же эффективное применение хлоридов ограничено температурным интервалом от +4°Сдо -7°С, а значительная их часть сдувается воздушным потоком и уносится колесами транспортных средств.

Специалистами скандинавских стран установлено, что более выгодно использовать влажные или жидкие соли. При этом значительно снижается расход материалов и уменьшается разрушающее воздействие их на окружающую среду. Однако при этом требуются специальное оборудование и приспособление, что ведет к увеличению расходов на ремонт и содержание. В целях экономии соли, исключения необходимости механической обработки перед погрузкой ее в распределители, снижения возможности загрязнения прилегающей территории и потерь от природно-климатических воздействий и обеспечения точного дозирования большинство стран переходит на бункерное хранение.

В качестве антигололедных средств широкое распространение получила практика смешивания сухой соли с абразивными материалами. Однако и она имеет ряд недостатков, требует постоянной подсыпки и эффективна лишь при высокой влажности воздуха.

Отрицательное воздействие на окружающую среду можно снизить, используя органические соединения карбамида с мочевиной, которые обладают малой агрессивностью к металлам и относительно безопасны. Однако в этом случае происходит накопление нитратов в растениях, удобрения слеживаются, легко сдуваются с покрытия, а их стоимость значительно выше стоимости хлоридов. При использовании спиртов и гликолей загрязнение окружающей среды ниже, но они легко испаряются, стоят дороже, пожароопасны, активизируют коррозию, снижают содержание кислорода в воде и почве придорожной полосы.

Организация работ по зимнему содержанию учитывает особенности отдельных участков дорог в зависимости от протяженности снегозаносимых участков, с более интенсивным и частым образованием гололеда, особенностей погоды на различных участках дороги.

Принцип действия всех перечисленных средств борьбы со скользкостью основан на разрушении сил сцепления ледяной корки с материалами

покрытия. Для всех применяемых химических реагентов общим недостатком является негативное экологическое и коррозийное воздействие.

В результате исследований, которые провели российские ученые С.В.Гриневич, Л.Б.Каменецкий, В.Е.Лысенко из РосдорНИИ, был разработан новый материал - «Грикол», для введения в асфальтобетонные и черные щебеночные смеси при их изготовлении. Этот реагент позволяет предупредить сцепление льда и снежного наката с поверхностью покрытия и придает ему стабильные антигололедные свойства. Он предотвращает повторное льдообразование при перепадах температур, в 2-3 раза снижает коррозионное воздействие на металлы и на 40 % вредное воздействие на окружающую среду. «Грикол» представляет собой порошок мельче 0,071 мм из гидрофобизиро-ванной соли. Его получают в результате совместного помола хлоридов с гид-рофобизатором в сыпучей консистенции. В асфальтобетонных смесях он играет роль заполнителя, который вместе с вяжущим образует битумомине-ральный раствор.

Процесс адгезии льда к поверхности покрытия представляет собой комбинацию сил механического сцепления и сил межмолекулярного взаимодействия. Вода проникает в поры материала, заклинивается в них при замерзании, что обеспечивает прочное сцепление льда с макрошероховатой поверхностью покрытия. Силы межмолекулярного взаимодействия в основном зависят от природы материалов покрытия. Под истирающим действием колес транспортных средств частички соли освобождаются от гидрофобной оболочки и вступают в реакцию с частицами льда, образуя тончайшую гидрофобную пленку. В конечном итоге это приводит к ослаблению сил межмолекулярного взаимодействия и предотвращает повторное льдообразование.

Осенью 1995 г. по заданию Федерального Дорожного Департамента на пятикилометровом участке дороги Воронеж - Луганск было уложено покрытие с антигололедным покрытием «Грикол». Одновременно во ВГАСА совместно с фирмой «Грикол-ЛТД» была разработана программа полевых и лабораторных исследований. В период строительства экспериментального

участка контролировалась степень уплотнения смеси и сцепления верхнего слоя покрытия с нижним. Для приготовления асфальтобетонной смеси использовались битум БНД 60/90, гранитный отсев 0-5 мм, песок речной и «Грикол». Для определения влияния антигололедной добавки на долговечность эксплуатации покрытия проводились сравнительные испытания образцов асфальтобетона с «Гриколом» и без него на вибростенде.

В процессе наблюдений в течение 1995-1998 гг. за эксплуатацией экспериментального участка с антигололедным покрытием установлено, что на его поверхности постоянно находятся ионы хлора, которые препятствуют сцеплению ледяных образований и снежного наката с поверхностью дороги. Проведенные замеры выхода соли свидетельствуют о том, что ее количество остается стабильным в течение четырех лет эксплуатации и составляет в среднем 6 г/м2. Установлено, что «Грикол» обладает ярко выраженными гидрофобными свойствами, поэтому при длительном хранении (более года) в закрытых емкостях он не слеживается и не снижает своих антигололедных качеств.

В ближайшей перспективе существующие технологии не смогут обеспечить безопасность дорожного движения при зимнем содержании дорог. Поэтому необходимо создание новых более эффективных технологий строительства экологически безопасных антигололедных покрытий дорог, которые позволят не только снизить потребность в мощных снегоуборочных машинах и затраты на содержание дорог в зимний период, но и существенно улучшить транспортно-эксплуатационные и экологические качества дорог. Это выдвигает рассматриваемую проблему в число важнейших народнохозяйственных и социальных задач, подчеркивая ее актуальность.

Тема диссертации посвящена проблеме предупреждения и борьбы с зимней скользкостью и способствует разработке ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий устройства поверхностной обработки с антигололедным реагентом.

Научная новизна работы состоит в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении эффективности методов предотвращения льдообразования с использованием нового материала и разработки технологии его применения для устройства поверхностной обработки асфальтобетонных покрытий, включая:

- обоснование зависимостей, определяющих влияние антигололедного наполнителя «Грикол» на диффузионные процессы в слое поверхностной обработки покрытия, полученных в результате решения теоретических и прикладных задач;

- разработку методики, позволяющей оценивать коррозийное воздействие антигололедного наполнителя «Грикол», а также сцепные качества поверхностной обработки в обеспечении устойчивости автомобиля;

- разработку и обоснование ресурсосберегающей и экологически безопасной технологии устройства поверхностной обработки.

Достоверность научных положений, содержащихся в диссертационной работе, подтверждена экспериментальными данными, полученными в лаборатории ВГАСА, на построенных участках дорог, а также результатами эксплуатации участков с антигололедным слоем поверхностной обработки. При проведении исследований использованы современные стандартные методики, аппаратура и вычислительная техника.

Практическая ценность включает научно обоснованную технологию устройства ресурсосберегающих и экологически безопасных антигололедных слоев поверхностной обработки и методики испытания их свойств.

Подтвержденный экономический эффект, полученный от внедрения разработанного метода по устройству поверхностной обработки, составил 26,65 млн. руб. на 1 км дороги (в ценах 1997 г.).

Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и получили одобрение: на научно-технических конференциях в Воронежской государственной архитектурно-строительной академии (1995... 1998 гг.); в Воронежской государственной лесотехнической

академии (ВГЛТА 1997); на молодежном Российском научном симпозиуме (Воронеж, 1997), на Российской научно-практической конференции (С.Петербург, 1997).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 16 статей.

На защиту выносятся теоретическое обоснование диффузионных процессов взаимодействия антигололедного реагента со снежно-ледяными образованиями на поверхности слоя поверхностной обработки и экспериментальное подтверждение возможностей строительства экологически безопасной поверхностной обработки с антигололедными свойствами.

Структура и объем работы. Диссертация включает 5 разделов, объемом 176 е., 19 рис., 44 таблицы, список 71 использованных источников, приложения.

1. АНАЛИЗ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО БОРЬБЕ С ЗИМНЕЙ СКОЛЬЗКОСТЬЮ НА АВТОДОРОГАХ

1.1. Особенности состояния автомобильных дорог в зимний период

Поверхность дороги в зимний период может быть сухой и мокрой, чистой и покрытой снегом или льдом, шероховатой и скользкой, ровной и с колеями и выбоинами. Указанные состояния могут быть на полной ширине проезжей части и на значительном протяжении дороги, но могут захватывать только небольшую часть покрытия, образуя локальные пятна. Лабораторные исследования и полевые наблюдения позволили установить и проанализировать факторы, существенно влияющие на эксплуатацию автомобилей в этих условиях (рис. 1.1). Основными из них являются снежные отложения, которые создают специфические условия движения транспортных средств зимой.

В условиях бесснежной или малоснежной зимы при сухом покрытии отрицательная температура не оказывает существенного влияния на режим движения транспортного потока, скорость которого может быть даже выше, чем летом. Отрицательная температура оказывает влияние на режим движения, при температурах ниже - 35 - 40°С. Условия, наиболее характерные для зимнего периода, могут устанавливаться на дорогах задолго до устойчивого перехода среднесуточной температуры через 0°С, т.е. до появления формальных признаков зимы.

На защищенных лесополосами и складками рельефа от ветра участках дороги, при наличии тумана или влаги в периоды заморозков может образоваться гололед. На участках дорог, проходящих в лощинах, в лесу или по лугу, расположенных под путепроводами и мостами, гололед наблюдается в период сентября-апреля, в северных областях этот период увеличивается.

При температуре воздуха, близкой к �