автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Обоснование применения термически обработанных фрикционных материалов и композиций химических реагентов для борьбы со скользкостью дорожных покрытий зимой

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВТОЬЮБШЬНО-ДСРСШЖ ЦВСЗГОТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

О 1 и ¡.|

)

КИШЕАЕВ АБДЫ

ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАННЫХ ФРИКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОМПОЗИЦИЙ ХИМИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ ДЛЯ БСРЬБЫ СО СКОЛЬЗКОСТЬЮ ДСРОШНЫХ ПОКРЫТИЙ зимой

(05.23.11 - Строительство автомобильных дорог и аэродромов)

'АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени хавдвдата технических наук

МОСКВА 1993

Работа выполнена на кафедре "Строительство и эксплуатация дорог" Московского государственного аЕтоыобильно-дорояного института (технического университета)

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор НЕМЧИНСВ М.В.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор ЛЕНОЕВ В Л'.

- кавдидат технических наук ШШ Н.П.

Ведущее предприятие - НПО РосдорШИ

Защита состоится " 16 " декабря 1993 г. в 12-00 часов в аудитории 42 на заседании специализированного совета Д 053.30.01 ВАК РФ цри Московской государственной автовобильно-дороашы институте (техническом университете).

С диссертацией мжно ознакомиться в библиотеке института по адресу: 125329, Москва, Ленинградский проспект., 64, ЫАДИ.

Автореферат разослан " И " ноября 1993 г.

Телефон для справок 155-03-28

Учений секретарь специализированного совета Д 053.30.01 ВАК РФ при МАДИ кавдвдат технических наук, доцент

ОВЦАН Х/РАКТЕР1ЕТККА РАЕОШ

Актуальность работы. Проблема борьбы со.скользкостью на автомобильных я городски:; дорог« остается вакнейпеГ; государственной задачей, так как постоянно растет число дорозно-транс-оортных происшествий, вызванных или в той или-иной мере связанных со скользкостью дорожных покрытий. В настоящее время зимой интенсивность движения не снимется (по сравнении с летним периодов года), растет парк современных быстроходных авто* ьобилэС, растут скорости дзикения. Сцепные качества покрытий дорог являются важным фактором, влияющим на тяжесть последствий Д'Ш.

Положение дел осложняется невысокой эффективность!) наиболее используемого фрикционного метода борьбы с зимней скользкостью. Теплоте методы, обеспечивающие высокий эффект, требуют очень больших затрат энергии и потому экономически кз выгодны. Мсхяшческ".й способ малоэффективен. Химические реагенты, тахяе широко используемые при зимнем содержании дорег, хотя и обеспечивают повышение сцепных качеств, из не везде и не всегда (в зависимости от погодных условий) и, что очень вэхго, оказывают неблагоприятный и значительный экологический ущерб окружающей среде. В городах использование фракционного материала приводит к загрязнению и выходу из строя водосточных сетей, загрязнению газонов и зяпклению воздуха. По этой причине во многих зарубежных странах отказались от использования таких материалов; в Москве также, с 1993 г.

Однако практика зишего содержания дорог показала, что позшзстью отказаться от названных методов борьбы с зжшей скользкостью нельзя, т.к., ам кет альтернативы. Поэтому совершенствование существующих методов борьбы с зимней скользкостью с целою повппения эффективности и экологической безопасности является ванной задачей эксплуатации автомобильных дорог и городских улиц.

Целью диссертационной работы является обоснование применения термически обработанные фрикционных материалов и ношози-ций химических реагентов для борьбы со скользкостью дорожных покрытий зимой.

Научная швизне работы захдЕчаэтся в:

1. Применении полсгений теплотехники и термодинамики к решению задачи повышения эффективности фрикционного г-зтсда повышения сцгпных качеств.

2. Разработке математической ыодели теплового состояния частицы фрикцяошюго материала и расчете оптимальной температуры его нагревания при использований для повышения сцепньж качеств заснеженных и оледенелых дорожках покрытий.

3. Установлении закономерностей изменения сцепных качеств заснененных и оледенелых дороаных покрытий при использовании различных ввдое фрикционных материалов.

4. Экспериментальной оценяе втапливания термически обработанных частиц фрикционного материала в лед и снег:

5. Разработке математической модели для расчета оптимального состава композиций противогололедных химических реагентов.

Практическая значимость. Разработанные технологии повьне-ния сцепнж качеств заснененных и оледенелых покрытий с использованием термически обработанного фракционного материала, и методика подбора (расчета) оп'гишлъкьх составов композиций противогололедных химических реагентов обеспечивав? (по сравнении с действующей технологией) значительное повышение сцепшх качеств проезаеи части автомобильных дорог зикой.

Рекомендованы условия применения указанной технологии и разработаны требования к противогололедным фрикционным материалам, приыеняешы в подогретом состоянии.

Реализашя работы. Результаты выполненных исследований использованы при разработке проекта Постановления Правительства РСйС? "Охрана окрукасчей среды в транспортю-дороЕнэм комплексе РСФСР"; при содержании автомобильных дорог треста Дсрыосто-строй № 8 г .Тадднр.оргакс; технология зимнего содержания с использование;! термически обработанного песка использована в 1991-1993 г.г. в гг. Талдыкоргаке и У стъ-Ксиешгррске.

Аггробадпя работы. Основные полоаения диссертационной работы дожжет на 49 а 51 Е2Учю-ыетод!!ческих к каучко-йсследова-тельских конгеренцкде ШЩЙ (ЧУ) (1991, 1993 гг.), ХХ1Х-ХШ1 научно-технических конференциях УК СДК (1939-1993 гг.), на ыез-

региональной nsv'iHc -технической конференции по охране окрухшо-среды и природопользованию Бркиртьшья (г.Усть-Кан-экогорск, [930 г.), 2-Я няугно—технической и научга-кгтодкческой конференции молодых учсних Кяэа::стака (г.Моемьа, IS93 г.),. Ыеялукародной «учно-тьхническо£ конференции в г.Минске (1992 г.).

Публикации. 0r.:-iOb:4!?. гюлозення диссертационной .р?.5оты опубликованы б Td печатных, работа::.

Структур*-, и ойьви цкосеитаиии. Диссертация состой из зве-хеккя, 5 г лев, об:ц;г/ шеолсб и рекомендаций. Текстовая гзсть ■ млокена на 181 егрлпцгх, содержит S2 таблицы. 59 рисунков. Список использоеонкой литература вк.тачает III наименований, в гоц числе 26 ипостракж, приложения ка 15 страницах.

язтер вкрааает благодарность к.т.н., доценту МДДЙ (ЧУ) Д.Е.Бсрксвку, к.т.н., профессору УК СДИ Н.О.Кульсеитову, к.т.н., 10центу МГСУ В.й.Куашцреву, сотрудникам кафедры организгции, 5езопэсности и управления дэрогным движением УК СДИ за оказанную помощь и поддержку при выполнении диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность твт, приведена цель в задачи, выносимте на защиту, дана краткая характеристика ьы-золненной работа.

В парной главе рассиотрега гимние виды скользгоств, формирующиеся на покрытиях автомобильных дорог и городских улиц я современные способы борьбы с ки;.га. Игучекию проблем повышения сцепных качеств заснеженных и оледенелых дорожных ц аэро-хроыных покрютй посвящены исследования Борисгаа Н.В., Васи.гье-за А.П., Галкина Б.Т., Гусева Л.М., Ермилова А.Б., Бокоьа Ю.Б., барабана Г.Л., Касьигова А.К., Крагельскаго И.В., Яеяоева В «Р., ¿арьяхкна Л.Г., Нешинова L!.B., Печерского К.А., Расншюва Б.П., 3атикова В.Б., Воркер? Т., Гутто Г., ИЫидта Г.

Из всех ввдов зимней скользкости шкне выделить два основах - ензякый на::ат и лед, способами борьбы с которыми остается: фрикционный, химический, комбинированный. Тепловой и механический способы применяется редко из-за высокой стоимости.

Основными недостатками фрикционного и химического способа является:

1. Зрякцаоняый способ:

а) очень небольшая продолжигельдасть вликнил (порздкэ нескольких кинут) на сцепные качества оледенелых и заснеженных дорог (рис.1);

б) з городаг. и населенных штатах - загрязнение водоотводных систем;

в) пылевое загрязнение воздушного бассейна (особенно в городах) ;

2. Химический способ:

а) несоответствие быстрота реакции отдельных реагентов требованиям сздерЕаШЕ дорог;

б) отрицательное влияние на окружтовую среду, особенно при использовании отдельных видов реагентов;

в) ссутстзие рекомендаций по подбору оптимальных композиций химических реагентов, обеспзчизающих ыахсимадьноз повьшоние сцелных качеств и минимальный ущерб окружающей среде.

3. Комбинированный способ - характеризуется сочетанием недостатков первых деух способов.

4. Мегериалы для дорокшх покрытий (асфальтовые бетоны), з составе которых включены химические реагенты, не припягствуют образована гололеда и скенного наката. Антиобледенительные свойства, "определяемые составом материала дорожных покрытий, оказывает незначительнее влияние ка сизрсаниз екзга и льда с поверхность» покрытий^ •

0.6

к

¡0,5 S

33

0

1 0,3

■é. а о

1 ■II . 7 III! I Подorosтый песок i , to=+90°C

-P** 11 ^ ---

Песко-сох^не.я смесь -ттт-г-тг:-— ?

Ч — Песок обычный, с!=0,315-5

, | t» у*-jX.___Ч" I р fo |

15 30" ь5 бо 75 so 105 t, мин.

Рис.1. Продолжительность эффективного действия фрикционных материалов при рззличном методе распределения

Отмеченные недостатки существующих кыно способов борьбы с зимними ведаки скользкости, используемых для этих целей материалов достаточно серезкк. Одкехо прямой отказ от этих способов в настоящее Бремя невозможен. Пра;:гиг.а зимнего содераания авто- . мобильных дорог в рзде стран Европа (Швейцария, Швеция и др.) показала, что отказ от использования химических реагентов немедленно приводит к заметному росту числа дорожно-транспортных происшествий. Поэтому основным направлением развития способов к технологий борьбы с зимними ввдами скользкости на автомобильных дорогах можно считать дальнейшее совераенствозгяие химического к фрикционного способов (тепловой и аналогичные способы пока очень дороги) путем повышения их эффективности (увеличения быстроты и продопггчтельности воздействия на сцепные качества покрытий, снижения расхода материалов и отрицательных воздействий (преяде всего экологически вредных воздействий).

Одним из возмокных путей достижения этого является применение предварительно нагретых фрикционных материалов (едея известная, но практически не проработанная) и специально подобранных в единую смесь композиций противогололедных химических реагентов. Поэтому целью диссертационной работы является обоснование восмэйкости ирименсния термэтескй обработанных (предварительно нагретых) фрикционных материалов и композиций химических реагентов для борьбы со скользкостью на покрытиях автомобильных дорог и городских улиц. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие ягдгчи:

I. Теоретически исследовать возможность применения фрикционных материалов в предварительно подогретом состоянии.

—2. Экспзрименгально проверив злияние предварительно термически обработанных материалов на сцепные качества заснеженных и оледенелых шкрытдй.

3. Разработать методику подбора оптимального состава смеси противогололедных химических реагентов.

4. Определить условия и область применения (с технологических и экологических позипий) термически обработанных фрикционных материалов и химических реагзктов при повьсекии сцепных качеств заснеженных и оледенелых покрытий.

Вторая глава диссертации посвящена обоснованию условий применения термически обработанных фриг.ционюх: материалов для

повквеетя сцезшгх качеств дорожных покрытий зимой.

.После окончания нагревания частицы фрикционного материала, используекзгс для иовшения сцепных качеств заснеженных и оледенелых покрытий, преходят три последовательных техно логических этапа: трезшортировну, распределение (перемещение по воздуху от расцреде2ИГ2льюго устройства пескоразбрасывателя до поверхности покрытия) и отапливание в снежный или дедянэЯ покров на покрытии дороги. На Есех этапах вдет процесс потери тепла частицами, интенсивность которого определяется условиями среды нахождения частицы. При анализе теплового состояния частицы . используем положения теплотехники и териодянамики.

В качестве модели частицы рассмотрим шар г радиусом Я , который ыокю условно разделать на два сектора - нижний, поверхность которого соприкасается со льдом (снегом), и верхний, поверхность готарого соприкасается с воздухом (рас.2). Скорость охлавдения каждого сектора изменяется по закону обычного с«ш-

Ркс.2. Сферическая модель частицы фрикционных материалов, зтапливаеыах в лед

матричного схладцекия шара. Средняя теьиература всего шара определяется как средняя по массе:

£ = I* • 1^/У 1г

(I)

где £ - средняя тггпература сфер отеской частицы; - средняя температура вашего сектора (его поверхность соприкасается с пленкой гадкости, раздепящей частицу и лед); V»: - объем ния-

него сектора; V - обьем шара; 1г - средняя тзкгература верхнего сектора (издекс "г" сзначает контакт с газон, т.е. воздухом') .

Задачу о втзпливаки! сферической частица в ледяцуо поверх-. гость сфоряулирсзатв в ввде двух условий:

- изменение во зрзмени энтальпии частицы определяется тепловым потоком на ее поверхности;

- изменение гдубикы вгаплнвания частицы ( Я ) определяется тепловым потеком на той части поверхности, которая зонтактирует с расплавляемым льдом.

Еторое условие представляет собой упрощенный вариант известного граничного условия задачи Стефана:

iä = <&. + о* (2)

dZ

«W-b-g

где Q« - тзпловой поток на поверхности низшего сектора; й* -тепловой поток на поверхности верхнего сектора; t - время;

- плотность льда; теплота плавления льда; VI - объем

выплавляемого ледяного сегмента.

•Часть теплоты верхнего сектора не отдается окружающему воздуху, а переходит к нешему сектору внутри вара и затрачивается на расплавление льда. Сравнивая интенсивность теплоотдачи к воздуху и таэщецу льду, полагаем, что уменьшение энтальпии частицы происходит главным образом за счет звтрэты теплоты на плавление льда. Этот тепловой поток удобно представить в ввде:

0% = ё dl

dv (4)

где í - изкоторая зшкрическая функция, 0 < ь 4 I.

Цинималькая глубина сегмента ( ймин) соответствует сду-

43D, когде на расплавление льда расходуется акгаяыаи только

нижнего сектора ( 2=0):

й»8, ~ к ftmin ц. A А = С (5)

О

А = Р-^Ло-и) (6)

Л-

где: & - относительная глубина погрукения (втапливазмость) частицы; } - плотность частицы фрикционного материала (шара), кг/м3; Са - удельная теплоемкость частицы, кДк/(кг- К); -температура* частицы в момент касания с ледяной поверхностью покрытия, °С; £.<- конечная температура остывания частицы, °С: Ьк. =0°С - температура замерзания или плавления льда; Я - радиус частица, мм; й - глубина втапливания частица в лед, мм.

При максимальном ( £ =1) втапллвении частицы в лед на расплавление льда расходуемся вся энтальпия частицы, что мояно выразить кубическим уравнением: -—

4-А =0 (е)

, Р'Ср ' ,'V-

где: —5—--- относительный объем выплавленно-

/а • 'л

го льда; Д - плотность льда, кг/ы3; -2:А- теплота плавления льда, кДх/(кг-К); Ср - удельная теплоемкость, гДг/(кг-К); р -плотность фрикционного материала, кг/ы3. Если А > 0,5, ю выплавляемый объем состоит из половины шара. Бели А=1, -го в рассматриваемо»' ггаотеткческоы случае ( £=1) объем расплавляемого льда имеет фоткуу полусферы и высота цилиндрической части над ней равна £(ыах)=0,67 • Я .

Более точное значение глубины вташшвания частицы фрикционного материала в лед с учетом тепло-физических свойств материала и льда мояно определить по следующей формуле:

-=—--(9)

- ег - вм

где: 9г- безразмерный показатель, характеризующий температуру частицы, когда вся ока находится е воздухе; 9« - то не, когда вся частица находится в нвдкости.

Уравнение (9) решается методом итераций: назначая ?0 (число Зурье) по известным в теплотехнике зависимостям определяем § и 0 . Затем используем рекуррентную формулу ,

правая часть которой представляет собой правую часть уравнения (9).

При распределении фрикционного материала частицы схсдят с диска распределяющего устройства с некоторой начальной скоростью \Х/в = Т'Г , направленной горизонтально. В последующем частицы двинутся под действие!- сил - силы инерции,, силы аэродинамического сопротивления, силы тяжести:

рг^л^Уъ

'± ли* о 3 г АХ

^-[р Л

(Ю)

-Г .

где: \Х/ - скорость двккения частицы; у - коэффициент аэродинамического сопротивления; рг - плотность воздуха; д - ускорение свободного падения. Отсюда, зная высоту расположения распределительного диска ( Н) пескоразбрасывателя, определяем продолжительность падения частицы "¿т:

ТГ т =

• £п [охр (ьн> + /с-Х? СЗК)1- -1

(II)

В = Ъ/16 • I /я • /г /р

Исходя из скорости и продолжительности полета частицы в воздухе, определяйся критерии подобия В г, и ?0, по известным из теплотехники юмогрз:гмам находится Э и оценивается снижение температуры частицы за время полета.

Изменения теплового состояния фрикционного материала при его транспортировке и определение начальной теетературы нагревания следует рассматривать с учетом теплоизоляционных качеств стенок кузова пескоразбрасывателя. В диссертации предложена утепленная конструкция стенки кузова (рис.3), вютачащая допол-У

И ара кнып Бо^ух

Рис.3. Расчетные схемы кузова (а) и стенки яузога (б) пескоразбрасывателя: I и 4 металлический слой стенки кузова; 2, 3 - изоляционные слои (2 -жароупорный).

нитгльнке теплоизоляционный ( из ) п га^оотойхий (Лг, ^ г. ) ело«. Коэффициент теплоотдачи определяется по формуле:

... 1.

1 в 1 + сг- «л

Лл

«Кп

СЬ

(12)

где: Зи, Лг, ... , Лп - теплопроводность материала какдого слоя стенки куеова, Вт/(и К); - теплоотдача внутреннего слоя кузова к последующему слою, Вт/ф^'К); теплоотдача от наружного слоя в воздух, Вт/ («Г-К).

Потеря тепла из-за остывания материала во время транспортировки с учетом продолжительности возки такне определяемся методом итераций.

Свезь 6 и 1и определяется зазкситастью

■и =-

-Ь

е

(13)

где: - начальная температура нагревания Фрикционного материала до транспортировки, °С; ¿но- температура материала е кузове в конце транспортировки, °С; -¿а - теылература воздуха, °С.

Результаты расчета дают зозыскгость ке только определять ■температуру нагревания, го и выбрать материал для изоляционного слоя и его толв^ВД' (рис.4).

Л, Вт/ См2*

0,310,21 0,П 0.01 "0"100 1 50 200 250 300 Теплопроводность 'материала Начальная температура цголлциошэго слоя, Вт(ы»К) нагревания,

Риз.4. Зависимость начальной теммратуры нагрева от материала изоляционного слоя кузова пескоразбрасывателя

Теплотехнический расчет фрикционного материала применительно к кварцевому песку и кирпичной крошхе позволил поучить зависимости глубины и продолжительности зтапливания от материала и температуры частицы, плотности льда, зависимость температуры остывания частиш при ее полете в воздухе от ее ргзмера и материала, зависимость начальной температуры (температуры нагревания) частицы от материала и толщины изоляционного слоя, температуры воздуха,. продолжительности (дальности)возки.

На основании теплотехнического анализа предложена технология применения термически обработанных фрикционных материалов при ссдсржахзн! дсрог. Технология включaei- операции: подготовку и назревание фрикционного материала (песка, кирпичной крошки, дробленного шлака и других разрешенных к использованию отходов промышленности); планирование и уплотнение проезжей части; транспортировку нагретого фрикционного материала; распределение фрккгя:онмого материала (при отсутствии двинения транспортных.средстз). Открытие движения производится через 10-15 минут после оюлг-иная распределения агтеризла. В зависимости от местквс условий вторая операция .«нет исключаться.

В третьей главе приведена результата экспериментальной проверки боз;<юкности применения'подогретых фрикционных материалов при зииием содержании дорог.

Эксперименты проведены в лабораторных и натурньг: (на автомобильных дорогах) условиях и включили изучение зависимости глубина втапливания частиц фрикционного материала от температуры нггревакия, плотности снега (льда), а такке установление зависимости сцепных качеств дорокных покрытий, обработанных фрикционными материала.чи от температуры его нагревания, плотности снеге (льда), размера частиц, температуры воздуха, интенсивности движения автомобилей.

Проведенные эксперименты показали достаточную сходимость результатов теплотехнических расчетов и экспериментов и значительное повышение не только величины коэффициента сцепления, но и продолжительности периода времени до сникения его до предельно допустимых значений в случае обработки заснзаенного, и оледенелого покрытия термически обработанным фрикционным материалом. Для предварительно нагретого песка зтот период достигает 7-10 часов против 8-20 минут для холодного песка и 23 ми-

'цут для песко-соляной смеси (рисЛ и ркс.5). Установлена зависимость изменения коэффициента сцепления заснекенкэго покрытия от размера и температуры нагревания частицы фрикционного материала.

В четвертой главе рассмотрена методика подбора оптимального состава-смеси противогололедных химических реагентов. В качестве математической модели при подборе оптимального состава использован градиентный метод шогофакторного анализа зкетре-цуыа функции 1к (X») , где Ъ - сопротивление снега сдвигу:

= +С (14)

где: 6- нормальное напряжение сяа-гия, мПа; С - сцепления снега с покрытием дороги, мПа; ^ср - коэффициент вцу?ре;:него трения снега.

В основе метода лежит вдея построения последовательности, точек А0, А|, ... , Аа , таких, чтобы значения функции цели Т С%г) в этих точках образовали убывающую (при поиске минимума функции цели - возрастетцую) сходящуюся последовательность. Согласно • теории шогофакторного анализа сдвигающее усилие мох-но представить как функцию многих переменных (Х^, Хз, ... , Х^) и разлопить в рад Тейлора. Например, для четырех переменны;: ряд Тейлора мояно записать в форме:

г(х1, х2, х3, х4) =в04В1х1+б2х2+б3х3+в4х4+в12х12- ...

... +В1234Х1Х2Х3Х4 (И)

п

где ^ ~

п - число экспериментов; г. - порадковый номер эксперимента; В - функция отклика.

Дифференцирование уравнения (15) последовательно по Хр >¡2, ХдИ Х4 и используя в качестве критериев прекращение процесса (свидетельствующих о достаточной близости последующей точки последовательности Х„ к точке экстремума Хэ„с) модуль градиента

позволяет получить расчетное неравенство:

а) снежный накат, 300-250 кг/м3

0,45

0,40

с

с ч 0,35

с

3

& 0,30

5 N>3

л 0,25

с

0,20

„ } , ■(-90 С ы/ 1 -

руиг я.

а

^ —л ОО Ш

* 1 * ! V г Г У * >

3 4 5 6 7 Продолжительность действия, час

б) лед, ■ _рл=850-900 Кг/м3

0,45

Н 0,40

3 4 5 5-7 8 9

Продолжительность действия, час

Рис.5. Снижение коэффициента сцепления во времени на участках со снеяным накатом (а) и со льдом (б). Размер частиц - 0,63-7,0 мм.

(Г?)-

Разработан алгоритм расчета поиска оптимального состава композиций хшлтаеских реагентов.

Для проведения расчета необхсдико вкссарк-мекгально установить значения ~ для каадсго из включаемых а состав смеси исходных реегентов (гри ишшальном и максимальном удельном расходе) . В диссертациошой работе такие намерения проведены для расчетов:мочевины - (¡/>Чг)г.С0, ацетаыида - СНзСОШг, гмюни-еього ацетата (углекислого аышния) - СНзСООУН« и ацетата ■ магния - (СНг СОО)г М^, из которых и подобрана смесь оптимального состава. Сопоставление расчетных значений 'С для смеси с экспериментальными данными показало вполне удовлетворительную сходимость (рис.6).

Плотность распределения, гМг

Рис.6. Зависимость силы смерзания льда с келкозер-кистым асфальтобетоном от уде^ыюго расхода смеси противогололедных реаге^тсв

В пятой глрве рассмотрена область :: эффектиБНОсть'Тгоимене-н!2я термически обработ-еших фрикционных материалов и противогололедных смеоой при зимнем содернаиш дорог.

Проведенный гранулометрический и спектральный анализ состава противогололедных фрикционных материалов, фактически•используемых длг. борьбы с зишзй скользкостью, показал значительное содзраание в них мелких фракций (менее 0,315-0,63 мм), а в некоторых случаях содержание экологически вредных химических элементов (например, кобальте, кадмия и даке радиоактивного бе-рилия). Следстпием этого является поЕьаенное запыление воздуха в местах использования таких материалов, особенно в городах 14

(рис.7). Превышение ПДК пыли е воздухе городских дорог достигает в апреле (месяце с наибольшим содержанием испольоовашо-го о::юй фрикционного материала) в лотках проезжей части в 2-8 раз. происходит загрязнение и водосточкьзс сетей.

0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 Загрязненность (суточная), кг А2

Рис.7. Зависимость запыленности воздуха от загрязненности ло-гка проезжей час^л дороги (в межсезонный период года)

Н?блп<екия за загрязненностью городских дорог и улиц, запыленностью воздуха и загрязнением водостоков, результаты теплотехнического анализа, натурных экспериментов позволили сформулировать требования к фрикционным материалам, используемым для сичнзго содераанак дорог и улиц: по гранулометрическое соста- ~ ву (частица - мензз 0,63 ¿к.: долгой бить не более Ъ%, наибольший размер - 5 мм на улщах, 7 км - на дорогах), ко .прочности, по контролю физико-химического сосгава, однородности тепло-физических качеств.

Технико-экономическая сценка эффективности использования термически обработанных фрикционных материалов, включающая определенна потребности з фрикционных материалах и их стоимости, потребность в пескоразбрасывателях и утеплении их кузова, затраты на топливо (включая топливо для нагревания фрикционного материала), показала (для условий примера, рассматриваемого в диссертации) достаточно высокую экономическую целесообразность его применения:

Метод распределения фрикционных материалов

Стоимость2работ, руб./м

I. Холодный песок ...................... 3548,2

2. Песко-содяная смесь (СаС^ - 2ОД.......... 3756,6

3. Нагретый песок (при температуре касания частицы песка г. пс;гттксм дорог):

+70°С,....................................447,6

+90°С ...:..........■.................. ?13.5

+П0°с................................201,4

+130°С................................ 164,3

+150°С ................................ 1077,1

Лабораторные и натуршз исследования по оценке эффективности использования цротивоголслед1ЩХ химически реагентов и смесей из них позволили установить зависимость силы смерзания льда с асфальтобетонным покрытием дороги от температуры влажности воздуха, плотности распределения, ее изменения во времени при различных температурах воздуха и разной интенсивности двинеюш.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы:

1. Проведенное исследование показало возможность применения термически обработанных фрикциокзьк материалов на заснеженных и оледенелых покрытиях с целью повьлекия их ецзпшх качеств. Разработанная к предложенная методика анализа теплел ого состояния частицы фрикционного материала поззоляет выполнить расчет температуры -его нагревания, исходя из требозений обеспечения определенной гдуОикы погружегак частиц в уплотненный снег и лед на покрытии дороги (с целью позкшения сцепных качеств)« с учьтоы тс.-шературы воздуха, дальности транспор;-1грогаи, тепло-физически:: свойств материала.

2. Экспериментальные исследования, проведенные в лабораторных и натур;зк (но дорогах) условиях подтвердили справедливость и применяемость теоретичгеких расчетов и предлокеш-гой методики расчета теапрратуры нагревания.

3. Установлены закономерности вменения сцепных качеств заснеженных и оледенелых дороашых покрытий в зависимости от способа применения фрикционных материалов (в холодном и термически обработанном состоянии, в составе песко-соляной екзеи), ин-

тёнсивкости воздействия колесной нагрузки, срока службы, тем-перетуры нагревания материала, температура и влпжгасти воздуха.

4. Ка основании результатов теоретических и экспериментальных исследований разработана технология применения термически обработанных фрикционных материалов для понижения сцепных качеств заснеженных и оледенелых покрытий, обеспечивающая значительное увеличение (до 20-28 раз) продолжительности эффективного воздействия фрикционных материалов на сцепные качества. Предложена методика оценки экономической эффективности применения этого метода. Предварительные расчеты показали практическую целесообразность применения фрикционных материалов в предварительно нагретом состоянии. Разработаны требования к фрикционным материалам, используемым для поведения сцглных качеств заснеженных и оледенелых дорожных покрыта.

5. Разработана методика подбора оптимального состава смесей противогололедных химических реагентов, составлен алгоритм и программа расчете. Оснсекими критериями при подборз состава являются: быстрота начала химической реакции, максимальная продолжительность химической реакции, наибольшая химическая активность, минимальная стоимость. Установлена (для условий экспериментов) оптимальная плотность распределения смеси химических реагентов, а такгг опргделена продолжительность периода обязательной уборки снега, обработанного химическими реагентами.

Основное содержание диссертации опубликовано з работах:

1. Кияябаез А. Методы борьбы с зимней скользкостью автомобильных дорог без применения хлоридов. // Проблемы научно-технического прогресса з развитии региона и отраслей неродного хозяйства. -Усть-Каменогорск, УК СДИ, 1989. - c-IS-20.

2. Киялбаев А., .Адрыпсз л.к. О влиянии противогололедных материалов на окрукакцую среду. // Охрана окрукаищей среды и природопользование Зрииртьиья. -Усть-Кименсгорск. УКПИ, 199-3.

- с.209-210.

3. Киялбаев Э. Кнсцы кэктайгацпен курееттн, дала жодцерн мен коршаган ортаныц ластакуына керх эсерлер1. // Рынок и проблемы развития науки и техники Казахстана. -М., ЗЕРДЕ, 1992.

- 6.35-37.

4. Киялбаев А. Потери тепча при использовании горячего песка в борьбе со скользкосхьс. // Проблемы кчучко-техкического . прогресса в развитии региона и отраслей народного хозяйства. -Усть-Каменогорск, УКСДЙ, 1992. - с.7-8.

5. Неычиьов М.В., Кияябазв А., Ддрьиез А.К. Экологические проблемы зимнего содержания агтомоблльных дорог. Ц Азтомобпль-кке дороги. Экономика.. плакирование и организация дорэгшого хозяйства: научн.-техк. сб. -ii.: Яналр^гьгодор, 1992. - с.1-5, вып.6.

6. Борисюк Н.Б., Киялбаов А. Методика подбора состава ре-агекюв для снижения сил сцепления льда с покрытием. // Научно-технический прогресс в дорог!кой отрасли. -А/маты, Мик.трансп. стр. респ. Казахстан. ISS2. - с.216-224.

7. Немчинов lu.B., Киялбаев А., Ддрышев А.К. Проблеш борьбы со скользкостью на автомобильньх дорогах и мероприятия по енжекию; экологических последствий. // Научно~т?хн. прогресс в дор. отрасли. -Алматк, ¡¿кн. тран. стр. РН, I9S2. - с.225-227.

8. Немчинов Ы.В., КкялбаеЕ А. О ликвздации зимней скользкости на автомобильных дорогах. /'/'Hay чн.-техн.грог. в дорокн. отр. -Анапты, Ыян. тр. стр. РК, 1532. - с.253-227.

2. Щиялбаев о. Текпе материглдарды цосыша цкэдыру ерцылн »ол тайгацты^ына царсы крвдацу тэкрлбелерх. //Человек-общество-наука. -!!.: 35РД2, IS93. - 6.18-27.

10. Немчинов М.В., Киялбаев А. Разработка экологически чистых технологий зимнего содержания автомобильных дорог и городских улиц (первый опыт). U Человек-общасгво-наука. -М.: ЗЕРДЕ, 1993. - с.54-62.

JQ. Боркспк К.В., Киялбаев А. Факторы, влияющие не. экологическое состояние городских дорог и улиц. // Автомобильные дороги. Каучн.-техн. достижения и передовой опыт е области автомобильных дорог. -М.: Ив|юрмавтодор, 19ЭЗ. - с.20-50.

12. Немчинов {¿.В., Киялбаев А., Коганзок М.С., Си теин В.В., Еорикк Н.В., Миронов А.А. Экологические проблема строительства и эксплуатации автомобильных дорог. -Алматы-Москва, Каз-гос.КНТИ, 1993. - 395 с.

L