автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Повышение эффективности применения противогололедных реагентов при эксплуатации автомобильных дорог

На правах рукописи

у

Абельханова Дана Равилевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ РЕАГЕНТОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

(05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей.)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-ЗНОЯ 2011

Москва 2011

4859295

Работа выполнена на кафедре «Строительство и эксплуатация дорог» федерального государственного общеобразовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)».

Научный руководитель

кандидат технических наук, профессор Борискж Никита Владимирович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Руденский Андрей Владимирович

кандидат технических наук, доцент Печерский Михаил Александрович

Ведущая организация

ФГУП Росдорнии

Защита состоится «//» //¿[•¿¿Т'У 2011 г. часов на заседании диссертационного совета ВАК РФ Д 212.126.02 при федеральном государственном общеобразовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический

университет (МАДИ)» по адресу: 125319, Москва, Ленинградский проспект, 64, ауд.42, телефон для справок (499)155-93-24

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ).

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просьба высылать в двух экземплярах, а копию отзыва просим прислать по е-таН: uchsovet@madi.ru

Автореферат разослан Г» 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Борисюк Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Рост автомобильного парка предъявляет все более высокие требования к содержанию автомобильных дорог. Особенно ухудшаются условия для движения автомобиля в зимнее время, когда на дорожном покрытии образуются снежно-ледяные образования или происходит обледенение покрытия.

Образование зимней скользкости приводит к существенному понижению сцепных характеристик покрытия, что и является причиной снижения уровня безопасности движения и роста ДТП.

Одной из основных проблем зимнего содержания является ликвидация и предупреждение зимней скользкости. Вопросам борьбы с зимней скользкостью, равно как изучению процессов ее образования и предупреждения уделяется пристальное внимание ведущих организаций и специалистов.

Как известно, способами борьбы с зимней скользкостью являются тепловой, фрикционный, механический, химический и комбинированный. В настоящее время наиболее эффективным считается химический способ ликвидации и предупреждения зимней скользкости, который основан на распределении химических противогололедных реагентов (ПГР). Требования к ПГР во многих странах стандартны: низкая температура эвтектики, высокая плавящая способность, минимальное экологическое воздействие, низкая коррозионная активность при взаимодействии с металлическими частями транспорта и дорожных сооружений. Однако для безопасного и комфортного движения основным требованием является обеспечение требуемых сцепных качеств покрытия.

Существуют различные методики оценки влияния ПГР на сцепные качества дорожных покрытий при обработке их раствором реагента с целью предупреждения льдообразования и борьбы с ним. Благодаря подобным исследованиям многими специалистами был отмечен так называемый эффект последействия применения реагента, который влечет за собой существенное снижение главного

параметра - коэффициента сцепления. Эффект последействия заключается в снижении сцепных характеристик покрытия при образовании на нем пленки раствора реагента. Появление раствора на дорожном покрытии может происходить вследствие различных причин: пленка концентрированного раствора реагента, распределяемого при активном или предупреждающем способе борьбы с обледенением, образование пленки раствора в результате взаимодействия льда с твердым ПГР и т.д. В большинстве случаев при всех равных условиях результат однозначный: на гладких мелкошероховатых покрытиях коэффициент сцепления

претерпевает недопустимое снижение.

Находясь на поверхности покрытия, пленка раствора подвергается активному воздействию со стороны многочисленных внешних факторов и основным из них являются транспортные средства. Колеса автомобилей разбрызгивают реагент, выдавливая слой жидкости из зоны контакта колеса с покрытием. Часть раствора переносится колесами, на поверхности покрытия таким образом остается достаточно тонкий слой раствора. Но даже такой тонкий слой раствора снижает сцепные характеристики ниже нормативных показателей. Возникает некоторый парадокс: самый эффективный способ борьбы со снижением коэффициента сцепления, в той или иной степени (в зависимости от вида реагента) сам способствует его снижению. В нынешнее время все существующие реагенты ориентированы на производителя, т.е. на финансовый аспект и плавящую способность. Была создана масса всевозможных композиций ориентированных именно на эти условия. Но, в связи с тем, что реагенты, имея необходимую плавящую способность, тем не менее, снижают сцепные характеристики покрытия, представляется целесообразным, изучив в первую очередь эффект последействия, оптимизировать состав таких композиций и на другие показатели.

Актуальность диссертационной работы заключается в решении актуальной задачи, повышения сцепных качеств покрытия

при применении химических противогололёдных реагентов. В исследовании последовательно анализируются факторы, влияющие на сцепные качества покрытия, такие как реагент, температура, концентрация реагента.

Предлагается интегративная характеристика рабочего состояния раствора реагента - вязкость, которая дает надёжную корреляцию с величиной коэффициента сцепления.

Рассматриваются вопросы регулирования и снижения вязкости растворов за счёт оптимизации композиции состава реагентов и добавок сульфокислотной группы типа алкилбензолсульфонат натрия (толуола). Эти включения в состав снижают вязкость раствора и способствуют повышению сцепных качеств покрытия.

По сути, предлагается решение важнейшей отраслевой задачи.

Основная идея работы состоит в повышении эффективности применения химического способа борьбы с снежно-ледяными образованиями, при использовании ПГР за счет изучения основных свойств их растворов, оптимизации составов с учетом полученных данных и внедрении добавок типа ПАВ из группы сульфокислот с целью снижения негативного последействия раствора реагента на сцепные качества покрытия.

Объектом исследования являются основные применяемые противогололедные химические материалы и их композиции.

Предмет исследования закономерность снижения сцепных характеристик покрытия в зависимости от увеличения вязкости применяемых реагентов при образовании растворов.

Цель диссертационного исследования - повышение сцепных характеристик дорожного покрытия при применении химических противогололедных материалов.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

Выявление интеграционной характеристики применяемых реагентов, влияющих на сцепные качества.

Влияние состава, концентрации и температуры раствора реагентов на вязкость.

Влияние раствора противогололедных реагентов и их композиций на сцепные качества покрытий.

Создание модели оптимизации состава раствора реагентов для получения максимальных значений сцепных качеств покрытия.

Исследование влияния ПАВ группы толуолсульфокислот на снижение вязкости раствора ПГР.

Рекомендации по оптимизации состава применяемых реагентов и их композиций.

Научная новизна результатов работы заключается в разработке противогололедных реагентов и их композиций с минимальным воздействием на снижение сцепных качеств покрытия.

Научная новизна работы по отдельным вопросам:

Определена зависимость вязкости раствора от вида реагента, его концентрации и температуры;

Определена зависимость сцепных качеств покрытия от вязкости раствора реагента;

Разработана модель оптимизации состава реагентов с минимизацией свойств по вязкости.

Практическая ценность. Результаты данной работы предназначены для выбора состава и оптимальной концентрации жидкого противогололедного реагента с минимальным снижением сцепных качеств покрытия, а также соответствующих добавок, регулирующих вязкость, при нахождении раствора ПГР на покрытии.

Достоверность теоретических решений и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами настоящего исследования.

Личный вклад заключается в самостоятельном научном исследовании автора, выполненным под руководством научного

руководителя. Все основные положения, выводы и результаты, полученные в работе, теоретические выводы принадлежат автору. На защиту выносятся:

• Исследование противогололедных материалов и их композиций с целью выявления минимального воздействия на снижение сцепных качеств покрытия;

• Определена зависимость вязкости растворов реагента от их концентрации и температуры; -

• Определена зависимость вязкости растворов реагентов и сцепных характеристик покрытия;

• Разработана модель оптимизации состава реагентов с минимизацией свойств по вязкости.

Внедрение результатов работы

1. Результаты исследования внедрены в учебный процесс МАДГТУ (МАДИ) курса эксплуатации автомобильных дорог и улиц, а также в курс повышения квалификации работников дорожного хозяйства г. Москвы.

2. Методики проведения испытаний введены в курс лабораторных работ при обучении студентов на кафедре химии.

3. Ряду производственных организаций предложены варианты оптимизации раствора по составу реагентов и добавок, снижающих вязкость раствора.

Апробация работы и публикации по теме диссертации Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на конференциях и семинарах: Х/Ш-я студенческая научно-исследовательская конференция дорожно-строительных специальностей МАДИ (ГТУ)(г.Москва 2007 г.); 66^ научно-методическая и научно-исследовательская конференция МАДИ (г.Москва 2008 г.); 68- научно-методическая и научно-исследовательская конференция МАДИ (г.Москва 2010 г), а также

на заседаниях кафедры «Строительство и эксплуатация дорог» МАДИ (2006-2010 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы. Результаты исследования изложены на 146 страницах основного

текста, включающего 57 рисунков, 9 таблиц, библиографию из_

наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы исследования, сформулирована цель работы, изложена научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе дан краткий обзор состояния вопроса в настоящее время. Представлены виды зимней скользкости, свойства и причины ее образования. Рассмотрен процесс взаимодействия снежно-ледяных образований с

противогололедными реагентами. Приведена полная классификация ПГР, применяемых для борьбы с зимней скользкостью, а также их основные физико-химические свойства. Выполнен анализ существующих исследований по данной тематике. Рассмотрено влияние ПГР на сцепные характеристики покрытия и возникновение эффекта последействия, когда реагент, оставаясь на покрытии в виде раствора, снижает коэффициент сцепления, (рис.1)

-0~№С1 -в-СаС12 -а П 1=Г'Ч'."1'Т.||'"".."|1" —■■• ,- -4- 1—!-—Ь--1~ -1.....--4.................)

0,29 0,27 ! — ........"1".:.. —..........-Г--------}........ ........ ......: ^ -• <2 8

. ... X......ДГ • . ____—......——....... —......± ш

0 25 -{—........--'■.................. — ||

0 23 -1-............ -- - -Г.... 1 : -Г ..... . з ц

0,21 -I ..........-........- - -Ч........

0,19 ........г— ч ....-; ..'..11:1.:.. ]

КонцёЙрация реаг^ Йта, % 45 55

Рис.1 Зависимость коэффициента сцепления дорожного покрытия от концентрации раствора основных применяемых ПГР.

В результате проведенного анализа применяемых в настоящее время химических противогололедных материалов и их влияния на сцепные характеристики дорожного покрытия установлены направления по совершенствованию химико-механического способа борьбы с зимней скользкостью, основным из которых является снижение эффекта последействия реагентов на асфальтобетон.

Вторая глава посвящена разработке методик и изучению влияния физико-химических свойств раствора ПГР, применяемых для борьбы с зимней скользкостью, на процесс снижения сцепных

качеств покрытия.

В диссертационной работе предложен ряд методик для. определения основных характеристик раствора реагента, который образуется на покрытии. Представлена методика определения истиной концентрации раствора реагента, актуальная для использования в полевых условиях.

Приведена методика определения остатка реагента на покрытии. Данная методика позволяет оценить и сравнить степень влияния различных ПГР на сцепные характеристики покрытия. По результатам эксперимента определялось то количество реагента, * которое оставалось на покрытии, не уходило в поры и за счет постоянной адсорбции влажности из воздуха поддерживало определенный концентрированный раствор. Именно этот раствор, обладая повышенной концентрацией и вязкостью, и сглаживает естественный микропрофиль покрытия, снижая, таким образом, коэффициент сцепления.

В связи с явлением снижения сцепных характеристик покрытия при нахождении на нем раствора реагента необходимо было выявить, какая из физико-химических характеристик раствора противогололедных реагентов имеет решающую степень влияния на коэффициент сцепления. К основным свойствам раствора были 0тнесены концентрация, плотность и вязкость. Выявление интеграционной характеристики дает возможность воздействовать именно на тот параметр, который непосредственно связан с

коэффициентом сцепления, и, следовательно, предотвратить его снижение. Совершенно очевидно, что в случае концентрации и плотности существует линейная зависимость. Тем не менее, стоит обозначить роль плотности раствора. При кажущейся маловажности данного фактора стоит заметить, что плотность является одним из факторов имеющих непосредственное отношение к-кинематической вязкости раствора. На основе теоретических и экспериментальных данных был сделан вывод о том, что интеграционной характеристикой является вязкость.

Находясь на дороге раствор находится под влиянием низких температур. Снижение температуры еще больше увеличивает вякость, а следовательно уменьшает коэффициент сцепления. Для учета данной закономерности опыты по исследованию изменения вязкости в зависимости от типа реагнета, температуры и количества добавки проводились в стационарной морозильной камере на территории испытательного центра "Опытное" НИИ 26 МО.(рис.2)

Рис.2. Принципиальное устройство морозильной камеры: а) внутренний объем (8м3) морозильной камеры; б) компрессор, обеспечивающий создание и поддержание температуры в морозильной камере в диапазоне от +20 °С до -35 °С; в) вентиляционное оборудование, обеспечивающее

равномерное распределение

температуры по всему объему камеры

В третьей главе приводятся результаты исследований, направленных на повышение коэффициента сцепления после применения ПГР на дорожном покрытии.

Исследование снижения сцепных качеств покрытия после воздействия реагентов, проводилось путем распределения растворов ПГР на поверхности асфальтобетонных и цементобетонных образцов. Затем, методом титрования на каждом образце определялся титр - количество оставшегося вещества в растворе. На основании количества вещества мы можем сделать вывод о том, какой реагент в большей степени участвует в снижении коэффициента сцепления.

В данном эксперименте участвовали наиболее применяемые ПГР хлоридной группы: хлористый натрий, хлористый кальций и хлористый магний. Как результат данного эксперимента, на рис.3, представлены данные о процентном содержании остатка раствора на поверхности образцов покрытия.

Поведение различных реагентов на

поверхности а 15 образцов.

43%

48,31%

ЫаС!

СаС12

МдС12

Рис.3. Количество оставшегося на поверхности образцов раствора, в

зависимости от типа реагента Из данного рисунка хорошо видно, что концентрация раствора хлористого натрия становится намного меньше по сравнению с первоначальной. На поверхности остается около 37% от концентрации распределенного раствора. Следовательно, пленка

раствора намного тоньше, молекулярных соединений меньше и раствор с легкостью уходит в поры покрытия, а значит, не снижает коэффициент сцепления столь сильно. Концентрация раствора хлористого кальция уменьшается до 43%. Наибольшая концентрация раствора остается у хлористого магния. Его раствор, после высушивания в течении трех суток сохраняет свою концентрацию около 48% от исходной. Данное явление объясняется с помощью понятия вязкого турбулентного течения. При перемещении молекул (с целью достижения термодинамического равновесия) молекулы разрывают связи со старыми слоями молекул и производят с новыми. При этом затрачивается определенное количество энергии, так называемой энергии активации. У каждого ПГР затрачивается определенное количество энергии, зависящее от строения его молекулы. При проведении исследования по измерению вязкости в определенных концентрациях растворов ПГР был произведен перерасчет по вышеизложенной формуле с целью определения энергии активации вязкого течения в каждом растворе. Данные представлены в табл. 1. По результатам таблицы можно проследить закономерность высоких значений энергии активации в растворах хлористого магний и кальция. Также можно заметить увеличение энергии, необходимой молекулам для перемещения с ростом концентрации, а, следовательно, с ростом количества этих молекул. Также из таблицы можно увидеть существенно меньшие значения энергии активации, необходимые для перемещения молекул хлористого натрия. Притом, что концентрации у данных растворов одинаковые.

Таблица 1

Название реагента Концентрация, % Энергия активации, кДж/моль

СаС12 5 16,40

10 15,10

15 16,10

и

20 16,10

26 15,80

10 13,60

МдС12 15 17,60

20 19,60

25 21,50

10 3,50

№С1 20 6,16

25 17,10

Так, например, при концентрации раствора ПГР 10% можно увидеть, что для перемещения молекул хлористого магния необходимо 13.6 кДж/моль, для перемещения молекул хлористого кальция 15.10 кДж/моль, а для свободного перемещения внутри слоя раствора молекул хлористого натрия достаточно всего 3.5 кДж/моль. Проведенные перерасчеты демонстрируют, что раствор хлористого натрия практически в 3-5 раз подвижнее, чем растворы хлористого кальция и магния.

В диссертационной работе также представлены результаты математического моделирования и анализа зависимости коэффициента сцепления от различных характеристик раствора реагента. Так же по математической модели можно определить, каким образом каждый из факторов в отдельности влияет на фактор результирующий, т.е. на коэффициент сцепления. При расчетах так же мы можем получить уравнения, описывающие степень зависимости коэффициента сцепления от основных влияющих на него параметров. Предложены модели зависимости этих величин, по которым так же возможно рассчитать фактический коэффициент сцепления при применении раствора реагента при заданной плотности, вязкости и типа ПГР. Получена возможность прогнозирования коэффициента сцепления при заданных концентрации раствора и температуре окружающей среды.

Аналогичные эксперименты были проведены также и с композициями реагентов ХКМ-БС (реагент хлоридной группы хлористый кальций модифицированный) и ХКНМ (реагент

хлоридной группы хлористый кальций натрий модифицированный). Рассматривались различные вариации их составляющих, измерялась интенсивность снижения вязкости при уменьшении температуры. Для выявления наиболее актуального соотношения растворы вариантов новых композиций были проверены на возможное различие в проявлении эффекта последействия. По уже описанному методу титрования, растворы композиций распределялись на асфальтобетонные образцы и выдерживались трое суток. Исходя из приведенных результатов, было принято решение выбрать следующие композиции: ХКМ-БС 10-5-18; ХКМ-БС 5-5-23 и ХКНМ 18-5-6. Данные композиции были выбраны по следующим причинам: ХКМ-БС 10*18 является наиболее эффективным, т.к. удовлетворяет критериям наименьшей вязкости и остатка, а также общая вязкость данного состава максимально близка к вязкости чистого кальция 18%-ой концентрации.

Также приведены экспериментальные данные и выводы о степени снижения вязкости раствора при введении добавки в состав ПГР в чистом виде, так и при их смешении. Введение поверхностно-активных веществ сульфокислотной группы (ПАВ) в составы антигололедных реагентов имеет целью снизить их негативное влияние на сцепные характеристики покрытия путем снижения общей вязкости раствора ПГР.

В четвертой главе представлены результаты прогнозирования влияния добавок ПАВ на химико-физические свойства раствора ПГР. Рассматривается диапазон эффективного снижения вязкости каждой композиции. Также объяснены причины возможного нарушения действия добавки для снижения вязкости раствора.

Рассматривая эффект снижения сцепных характеристик покрытия при использовании ПГР, анализируя все экспериментальные данные, можно представить весь процесс следующим образом: при распределении противогололедного реагента на покрытие дороги с целью предупреждения или борьбы со скользкостью, по прошествии времени образуется пленка

высококонцентрированного вязкого раствора. Данный слой существенно снижает величину коэффициента сцепления до недопустимых значений. Был проведен эксперимент, доказывающий, что вязкость является основным фактором, характеристикой, изменяя которую можно изменять свойства раствора без ущерба его плавящей способности. С целью уменьшения вязкости автором данного исследования было выдвинуто предположение об успешном использовании поверхностно-активного вещества сульфокислотной группы (толуол сульфокислоты). С целью изучения полученных результатов были проведены дополнительные опыты по измерению поверхностного натяжения растворов с добавками. Было установлено, что основными показателями, определяющими проникающую способность растворов реагента, являются такие характеристики, как вязкость и поверхностное натяжение.

Для проверки теории снижения вязкости при добавлении ПАВ были проведены опыты на измерение поверхностного натяжения. Эксперимент производился на примере растворов композиций ХКНМ 18-6, ХКМ-БС 10+18 и ХКМ-БС 5+23. Данные измерения проводились на базе лаборатории Московского Института Тонких

Химических Технологий им.М.В. (рис.4).

О 0,02 0.04 0,06 0,08 0,1

Концентрация добавки, %

Рис.4. Зависимость поверхностного натяжения от количества ПАВ в растворах композиций ХКНМ 18+6, ХКМ-БС 10+18, ХК-БС 5+23

Из данного эксперимента отчетливо заметно подтверждение сделаных выводов.

Теоретически предполагалось, что при добавлении ПАВ в раствор реагента последует понижение вязкости и одновременно с этим последует рост поверхностного натяжения. Существует большое разнообразие ПАВ и очень часто они по своим свойствам могут подразделяться на две категории: те что снижают вязкость, и те что снижают поверхностное натяжение. В процессе эксперимента была произведена попытка воздействия на оба этих параметра. А именно было предложено использование двух добавок, каждая из которых понижала бы необходимый параметр: толуол сульфо-кислота снижала бы вязкость, а алкил сульфокислота воздействовала на поверхностное натяжение. Все дело в том, что иногда элементы ПАВ в зависимости от среды могут изменять свои свойства. В данном эксперименте толуол сульфокислота могла бы вместо снижения вязкости вызвать снижение поверхностного • натяжения, что дало бы противоположный эффект.

? '->

2 О ^ 2

2,5

2,3

2,1

1,9

1,7

™$~хкнм 18-6 -Ш-хш-бс 10-18 -чй-хкм-бс 5-23

0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 Концентрация добавки, %

0,12

Рис.5. Зависимость вязкости от концентрации добавки в растворах ХКНМ

18+6, ХКМ-БС 10+18 и ХКМ-БС 5+23 С ростом количества добавки повышается поверхностное натяжение раствора, а следовательно понижается вязкость. Данный вывод продемонстрирован эспериментально на рис.5

Из рис. 5 мы можем вновь отметить аномальное поведение раствора ХКМ-БС 10-И 8. Следует вспомнить, что данный состав был выбран в качестве экспериментального из-за эффетка синергизма, проявленного во время испытания данного раствора на вязкость и сравнения с вязкостью чистых составляющих элементов соответствующих концентраций, т.е. вязкость данной композиции, состоящей из 10% хлористого натрия и 18% хлористого кальция, была максимально приближена к вязкости хлористого кальция 18%, а так же являлась оптимальным составом по значениям вязкости и остатка на поверхности образцов. Следующий момент, где данный состав вновь вызвал интерес - это его резкое снижение вязкости при переходе в отрицательную температуру, вызванное добавлением ПАВ. На рис.5 данный состав опять же выгодно отличается от других более резким снижением вязкости при увеличении концентрации ПАВ.

Столкнувшись с подобным поведением системы при содействии специалистов из МИТХТ им. М.В. Ломоносова были сделаны следующие выводы:

1) Кальциевая соль толуолсульфокислоты мало - либо нерастворима - с ростом содержания хлорида кальция, количество поверхностно активного компонента (аниона толуолсульфокислоты) уменьшается, значения поверхностного натяжения растут (см. точки для всех трех систем с минимальным содержанием добавки).

2) Увеличение количества поверхностно-активного компонента приводит к снижению поверхностного натяжения.

Поведение системы (характер зависимости поверхностного натяжения от концентрации пластификатора) ХКНМ изменяется при низких температурах. Повышение поверхностного натяжения с уменьшением температуры носит сложный характер. Таким образом, объясняется явление возрастание вязкости при добавлении ПАВ к чистым элементам более высоких концентраций, а так же снижение вязкости при отрицательных температурах. Именно особенность малой растворимости ПАВ (толуол

сульфокйслоты) не позволила ввести в экспериментальную систему добавку, снижающую поверхностное натяжение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. С целью выявления и определения влияния противогололедных реагентов, а так же их композиций на сцепные качества покрытия, были проведены натурные исследования, демонстрирующие существенное снижение сцепных характеристик до недопустимых значений при использовании растворов ИГР.

2. Для исследования процесса влияния физико-химических свойств растворов реагента на сцепные качества покрытия был проведен эксперимент. Растворы оценивались по концентрации, вязкости, количеству остатка реагента на покрытии. Был сделан вывод о том, какой реагент остается на покрытии в большей степени, и, следовательно, снижает сцепные характеристики в большей мере. Физические характеристики раствора, т.е. высококонцентрированной пленки, создающие негативный эффект были объяснены путем рассмотрения нормального явления вязкого течения раствора, который характеризуется энергией активации. Чем больше энергия активации, тем более плотными неподвижным является раствор, находящийся на покрытии, и тем сложнее ему уйти либо в поры покрытия, либо вытисниться из зоны контакта колеса с покрытием;

3. Влияние отрицательных температур на химические свойства раствора показывают, что снижение температуры окружающей среды намного усугубляет эффект снижения сцепных характеристик при нахождении на покрытии раствора ПГР. Прочность связей молекул возрастает при понижении температуры и высоковязкие, плотные растворы становятся еще плотнее в реальных условиях работы;

4. При исследовании изменения физико-химических свойств растворов реагента была принята гипотеза о выявлении интеграционной характеристики. Такой обобщающей физической

характеристикой плотности, концентрации, температуры и т.д. при анализе опытных данных была определена вязкость.

5. При проведении исследования по измерению количества остатка раствора на покрытии была выявлена следующая закономерность: помимо индивидуальных особенностей раствора, связанных с его вязкостью и плотностью, на сохранение раствора на покрытии влияет так же текстура самого покрытия. На мелкозернистых и гидрофобных образцах асфальтобетона раствор реагента задерживался в большем количестве, нежели на среднезернистых, крупнозернистых и цементобетонных образцах. Такое явление можно объяснить внутренней капиллярно-пористой структурой покрытия. Уменьшение этих показателей отражает улучшение структуры материала и повышение его морозостойкости. В исследованиях других специалистов было выявлено стойкое коррозионное влияние антигололедных составов на структуру покрытия. Как эффект коррозии возрастала пористость покрытия. В связи с чем были выдвинуты предположения о зависимости коррозионной активности и степени остатка раствора реагента на покрытии. Чем более коррозионным воздействием обладает реагент, тем меньше его остается на покрытии. Он просто уходит в поры;

6. После выявления всех особенностей данного процесса, выяснения причин, объясняющих явление снижения сцепных характеристик при использовании ПГР, а так же после выявления интеграционной характеристики раствора, после поисков необходимого вещества выбор был остановлен на сульфокислотной группе поверхностно-активного вещества толуол сульфокислоте (обоснование см. диссертацию на с.71). Данный ПАВ при добавлении небольшого количества на массовую долю реагента снижает вязкость раствора, а, следовательно, снижает негативное воздействие раствора реагента на покрытии. Кроме того, проведенные эксперименты подтвердили возможные изменения в физико-химических свойствах раствора. Данный вид ПАВ был

выбран при соответствии основным требованиям, которые предъявляются к поверхностно-активным веществам, применяемым в дорожном хозяйстве: экологичность, доступность, низкая стоимость, отсутствие стойкого пенообразования, отсутствие резкого запаха, раздражающего воздействия, антикоррозионное и т.д. По достижению итоговых результатов можно сделать вывод о снижении вязкости растворов применяемых ПГР в 50% экспериментальных систем. А именно: вязкость растворов реагентов при добавлении толуол сульфокислоты снижается при небольших и маленьких концентрациях, а так же в тех композициях, где доля кальция меньше доли другого составляющего. Основным недостатком использования данного ПАВ оказалось образование нерастворимого осадка в системе, если доля кальция в растворе содержится в избытке (по экспериментальным данным избыточным значением кальция можно считать долю содержания 50% от массовой доли состава композиции). Тем не менее, в других композициях добавка действует, снижает вязкость в определенных температурных границах;

7. Результатом проведенных исследований методом регрессионного анализа были получены эмпирические зависимости, которые позволяют спрогнозировать величину коэффициента сцепления покрытия, которое ожидается при применении данного реагента с заданной вязкостью или концентрацией. Так же с помощью регрессионного анализа были составлены модели, выявляющие главные параметры, которые оказывают существенное влияние на коэффициент сцепления, и исключающие незначительные факторы. Возвращаясь к интеграционной характеристике, методом регрессионного анализа было подтверждено особое влияние вязкости. Подобные модели и зависимости были составлены как для реагентов в целом, так и для каждого компонента в отдельности;

8. Для оптимизации данной задачи был проведен мониторинг наиболее используемых современных композиций. Были

предложены различные вариации соотношения их компонентов. На основании экспериментальных данных из всего перечня по итогам настоящей работы можно выделить основной состав в группе ХКМ-БС и один состав в группе ХКНМ. В группе ХКМ-БС можно отметить состав, основанный на соотношении хлористого натрия к хлористому кальцию в процентном соотношении 10+18. В этом случае показатели вязкости и остатка на поверхности образца являются минимальными по сравнению с используемым на практике соотношением 5+23. При введении добавки в соотношение 10+18 происходит резкое снижение вязкости в определенном температурном интервале от -5 до -8 С, что является в среднем, самой распространенной температурой зимнего периода времени. Так же на примере данного соотношения прослеживается эффект синергизма, который проявляется в снижении вязкости всей композиции по отношению к вязкости ее составляющих. Именно поэтому соотношение ХКМ-БС 10+18 является более перспективным и возможно, при более тонком подборе ПАВ именно этот состав будет являться самым оптимальным из существующих. В системе ХКНМ было предложено соотношение 18+6. Данное соотношение так же было предложено из соображений минимальных показателей вязкости и количества остатка реагента на поверхности покрытия. Такое соотношение и используется на практике при противогололедной обработке. Проведенные испытания с ПАВ не в полной мере оправдали прогнозируемые результаты. Несмотря на то, что ПАВ снизил вязкость у составных элементов данного соотношения, в случае с композицией вязкость раствора только возросла. Из чего следует сделать вывод, что данный тип ПАВ не подходит для данной композиции. Таким образом, учитывая вышеуказанные рекомендации, а так же используя возможности прогнозируемого расчета итогового нормативного коэффициента сцепления можно более качественно, целесообразно и успешно применять те ПГР, которые обширно используются ныне в дорожном хозяйстве.

Подводя итог работы можно сделать следующие выводы:

- Произведено исследование влияния противогололедных материалов и их композиций на сцепные качества покрытия;

- Определена зависимость вязкости раствора реагента от его концентрации и температуры;

- Определена корреляционная зависимость вязкости растворов применяемых реагентов и сцепных характеристик покрытия;

Разработана методика оптимизации состава реагентов и добавок (ПАВ) с минимизацией свойств по вязкости.

Составлена статистическая модель и разработана методика подбора состава реагентов с минимальной вязкостью раствора. В заключении можно заметить, что нельзя однозначно говорить о влиянии вязкости на коэффициент сцепления покрытия без рассмотрения изменения плавящей способности композиций, вида реагента, влияния на экологию, рассмотрения изменений, постоянно происходящих с вязкостью и концентрацией раствора реагента, находящегося в реальных дорожных условиях и т.д. Раствор, находящийся на покрытии, при воздействии природных факторов и других, может постоянно менять свои свойства, в том числе вязкость и концентрацию. Ситуация на дороге не бывает стабильной. Именно с учетом этих особенностей эксперимент был поставлен в достаточно широком диапазоне: концентрация исследуемых реагентов варьировалась от минимальных (5%) до максимальных значений (предельных по растворимости). Следует также отметить что при исследовании изменения плавящей способности при смешении состава, синергизма, как такового не происходит, а следовательно плавящая способность композиции не дает интегративного эффекта.

Задачей дальнейших исследований можно предположить оптимизацию разработанной методики, а также дополнение и расширение ее путем исследования таких свойств раствора, как толщина пленки: изменяется ли она при изменении композиций или введении добавок; что происходит в зоне контакта колеса с пленкой

раствора и есть ли изменения по усилиям разрыва данных пленок? Большой интерес представляет вопрос о изменении коррозионной активности при оптимизации по вязкости и последействию. При получении исчерпывающей информации и положительных ее4 результатах, целесообразным было бы проведение аналогичного мониторинга не только хлоридной, но и карбамидной и формиатной групп ПГР.

По результатам исследования опубликовано две печатных статьи:

1. Борисюк Н.В., Литманович A.A., Абельханова Д.Р. Влияние растворов противогололедных реагентов на сцепные качества покрытия// Строительство и эксплуатация дорог: научные исследования и их реализации/Сб. науч.тр. 2008 г./ МАДИ(ГТУ). -Москва, 2008.-С.114-124.

2. Абельханова Д.Р./ Борисюк Н.В. Действие химических реагентов на сцепные качества дорожного покрытия/ Транспортное строительство №4,./- Москва, 2010 г.

Подписано в печать 26 августа 2011г Формат 60x84x16 Усл.печ.л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 32

ТЕХПОЛИГРАФЦЕНТР Россия, 125319 , г. Москва, ул. Усиевича, д. 8 а. Тел.: 8-916-191-08-51 Тел./факс (499) 152-17-71 E-mail: 7tpc7@mail.ru

Содержание.

Введение.

Глава 1. Методы борьбы и предупреждения зимней скользкости.

1.1 Виды зимней скользкости, причины ее возникновения и физические свойства.

1.2 Изменение физико-механических свойств снежно-ледяных образований под воздействием химических реагентов.

1.3 Классификация ПГР, применяемых для борьбы с зимней скользкостью и их основные физико-химические свойства.

1.4 Влияние ПГР на сцепные характеристики покрытия.

1.5 Цель и задачи исследования.

1.6 Выводы по главе.

Глава 2. Исследование процесса снижения сцепных характеристик покрытия при применении ПГР. Методы исследования.

2.1. Методика определения концентрации раствора реагента.

2.2. Методика определения остатка раствора реагента на покрытии

2.3. Методика исследования влияния вязкости раствора на снижение сцепных характеристик покрытия.

2.4. Методика исследования по снижению вязкости растворов путем введения добавки с целью уменьшения эффекта последействия.

2.5 Выводы по главе.

Глава 3. Результаты исследования эффекта снижения сцепных характеристик покрытия при воздействии раствора ПГР.

3.1. Результаты исследования остатка раствора ПГР на покрытии.

3.2. Зависимость снижения сцепных характеристик покрытия от вязкости.

3.3. Построение многофакторных моделей на основе регрессионного анализа с целью выявления интеграционной характеристики.

3.4. Влияние температуры на свойства раствора реагентов.

3.5. Результаты изменения вязкости растворов реагентов при внесении добавки с целью уменьшения эффекта последействия.

3.6 Выводы по главе.

Глава 4. Прогнозирование влияния добавок ПАВ на физическо-химические свойства раствора ПГР. Рекомендации практического использования полученных результатов.

4.1 Выводы по главе.

Рост автомобильного парка предъявляет все более высокие требования к содержанию автомобильных дорог. Особенно ухудшаются условия для-движения автомобиля в зимнее время, когда на дорожном покрытии образуются снежно-ледяные образования или происходит обледенение покрытия:

Поэтому вопрос предупреждения и ликвидации зимней скользкости является основной проблемой зимнего содержания.

По данным различных литературных источников количество ДТП в зимнее время возрастает в 2-3 раза по сравнению с летним периодом [20]. Наибольшее влияние на это число оказывает состояние дорожного покрытия. Снижение транспортно-эксплуатационных качеств дорожного покрытия в зимний период происходит из-за наличия на них снежно-ледяных образований. Существуют различные виды зимней скользкости: гололед, иней, рыхлый снег, уплотненный снег, ледяной накат. Все они, как правило, имеют индивидуальные условия образования, зависящие от многих факторов: влажность, температура воздуха, температура покрытия, количество осадков и т.д., но, как правило, одну технологию их ликвидации.

Образование зимней скользкости приводит к существенному понижению сцепных характеристик покрытия, и, как следствие, уменьшает площадь взаимодействия колеса транспортного средства с покрытием, что и является причиной снижения безопасности передвижения и роста ДТП. При гололеде необходимый коэффициент сцепления, который должен обеспечиваться в зоне взаимодействия колеса с покрытием, может изменяться от 0,3 до 0,7. Существуют допустимые нормы снижения данного коэффициента - 10% от минимального значения, т.о. минимальное предельное допустимое значение равно 0,27. В реальности же коэффициент сцепления на обледенелых покрытиях варьируется от 0,05 до 0,1. Резко увеличивается риск возникновения ДТП — аварий, столкновений, заносов, съездов на. обочины. Особенно важным последствием недопустимого состояниям покрытия в наиболее опасный зимний период является уменьшение безопасности передвижения людей и транспорта, не говоря уже. и О1 возрастающей угрозе их здоровью и жизнедеятельности; Вот почему борьбе с зимней скользкостью, равно как и изучению процессов ее: образования уделяется пристальное внимание, множества ученых и различных- организаций. Проводятся, масштабные- исследования в этой области. Данной проблеме посвящено? большое количество1 работ,, статей, методик, книг и научных работ. Вопросами зимнего содержания автомобильных дорог занимались такие организации, как МАДИ (ГТУ), ОАО «ШПРОДОРНИИ», ФГУП «РОСДОРНИИ», ОАО «СОЮЗДОРНИИ», ОАО «РОСДОРТЕХ», ООО «Зиракс» и др. Широко известны результаты исследований таких известных специалистов как А.П. Васильева, М.В. Немчинова, Т.В: Самодуровой, II.B1 Борисюка, Ю.В: Кузнецова, Ю.Н. Розова, Ветровой В.В., Швагиревой О:А., Аржанухиной С.П., Печорского М.А. и многих других.

Исследования свойств ИГР и их влияние на различные объекты взаимодействия^ можно найти в, работах: Н.В. Борисюка, В.И. Мазеповой, Л.Ф. Николаевой, Т.В. Самодуровой; ВШ1 Подольского, Ю.Н. Розова, 01 А. Швагиревой и т.д.

Как известно, основными^ способами; борьбы с зимней скользкостью являются: тепловой, фрикционный, механический; химический и комбинированный. В настоящее время наиболее эффективным считается химический способ; ликвидации зимней скользкости, который; основан на распределении противогололедных реагентов (ИГР). Было проведено значительное количество исследований, составлено множество композиций реагентов, противогололедных покрытий и т.д. Требования к ИГР во многих странах стандартны:: низкая температура эвтектики, высокая плавящая способность, минимальная экологическое воздействие, низкая коррозионная активность при взаимодействии с металлическими частями транспорта и дорожных сооружений. Однако основным требованием к противогололедным реагентам при их применении является обеспечение требуемого для безопасного и комфортного движения коэффициента сцепления.

Существуют различные методики оценки влияния ПГР на сцепные качества дорожных покрытий при образовании на покрытии раствора реагента, в результате выполнения основной его задачи — расплавления СЛО. Благодаря подобным исследованиям многими специалистами было»отмечено весьма интересное явление, возникающее при применении большинства современных ПРР. Таю называемый эффект последействия реагента, которое влечет за собой существенное снижение главного параметра — коэффициента сцепления. Эффект последействия заключается^ в снижении сцепных характеристик покрытия при образовании на> нем^ пленки раствора реагента. Появление раствора на дорожном покрытии может происходить вследствие различных причин: пленка концентрированного раствора реагента, распределяемого при активном или предупреждающем способе борьбы со

СЛО, образование пленки раствора в, результате взаимодействия» СЛО С' твердым ПГР и т.д. В большинстве случаев, прш всех равных условиях результат однозначный: на гладких мелкошероховатых покрытиях коэффициент сцепления может снижаться до недопустимых значений.

Находясь на поверхности покрытия, пленка раствора подвергается активному воздействию! со стороны многочисленных внешних факторов и основным из них является автотранспорт. Колеса автомобилей разбрызгивают реагент, выдавливая слой жидкости из зоны контакта колеса с покрытием. Часть раствора разносится колесами по поверхности покрытия, таким образом, остается достаточно тонкий слой раствора. Но, к сожалению, даже такой тонкий слой снижает сцепные характеристики ниже нормативных показателей. Возникает некоторый парадокс: самый эффективный способ борьбы со снижением коэффициента сцепления, в той или иной степени (в зависимости от вида реагента) сам способствует его снижению. В настоящее время, все существующие реагенты ориентированы на производителя, т.е. на финансовый аспект и плавящую способность. Была создана масса всевозможных композиций ориентированных именно на эти условия.

Но, в связи с тем, что реагенты, имея необходимую плавящую способность, тем не менее,. снижают сцепные характеристики покрытия, целесообразнее было бы, изучив в первую очередь эффект последействия, оптимизировать состав таких композиций и на другие.показатели.

Актуальность работы:

1. На основе теоретических предпосылок и экспериментальных исследований рассматривается актуальная задача, повышения сцепных качеств покрытия при, применении химически противогололёдных реагентов;

2. В исследовании последовательно анализируются факторы, влияющие на сцепные качества покрытия, такие как реагент, температура, концентрация реагента;

3. Предлагается, интегративная характеристика рабочего состояния раствора реагента — вязкость, которая надёжно даёт корреляцию с величиной коэффициента сцепления;

4. Рассматриваются вопросы регулирования и снижения вязкости растворов за счёт оптимизации композиции состава реагентов и добавок алкилбензолсульфоната натрия (толуола). Эти включения в состав снижают вязкость раствора и способствуют повышению сцепных качеств покрытия.

Целью настоящей.работы является: повышение сцепных характеристик дорожного покрытия при применении химических противогололедных материалов.

Задачи исследования:

1. Исследование последействия химических реагентов на сцепные качества покрытия;

2. Влияние противогололедных реагентов и их композиций на сцепные качества покрытия;

3. Физико-химические свойства растворов реагента и выявление интеграционной характеристики;

4. Влияние текстуры, состава и шероховатости покрытия при применении растворов реагента на сцепные свойства;

5. Исследование влияния ПАВ группы толуолсульфокислот на снижение вязкости раствора ПГР;

6. Модель подбора состава раствора реагента с целью минимального снижения коэффициента сцепления;

7. Рекомендации по оптимизации состава применяемых реагентов и их композиций;

Научная новизна:

1. Разработка противогололедных материалов и их композиций с минимальным воздействием на снижение сцепных качеств покрытия;

2. Определена зависимость вязкости растворов реагента от их концентрации;

3. Определена зависимость вязкости растворов реагентов и сцепных характеристик покрытия;

4. Разработана методика оптимизации состава реагентов с минимизацией свойств по вязкости раствора ПГР.

Практическая ценность:

Результаты данной работы предназначены для выбора состава и оптимальной концентрации жидкого противогололедного реагента с минимальным снижением сцепных качеств покрытия при нахождении раствора 111 Р на покрытии.

Объектами исследования являются: основные применяемые противогололедные химические материалы.

Методология исследования состоит из теоретических и экспериментальных исследований, включающих математическое моделирование, инструментальные замеры и лабораторные исследования.

Достоверность теоретических решений и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами настоящего исследования.

Таким образом, конкретизируя вопросы, цели и задачи, поставленные в данном исследовании, их можно представить следующим образом:

1. Рассмотрение взаимодействия реагента с покрытием в целях улучшения используемых реагентов и композиций, а так же возможные рекомендации по применению ныне существующих;

2. За счет чего происходит снижение сцепных характеристик при нахождении раствора реагента на покрытии, и какие физико-химические механизмы при этом задействованы;

3. Влияние противогололедных реагентов и их композиций на сцепные качества покрытия, зависимость снижения сцепных характеристик от типа реагента;

4. Физико-химические свойства растворов реагента и выявление интеграционной характеристики;

5. Влияние температуры на свойства раствора реагентов;

6. Исследование снижения вязкости, как интеграционной характеристики, в растворах реагента при их композиции;

7. Изучение такой характеристики, как энергия активации для более полного понимания процесса снижения коэффициента сцепления за счет вязкости;

8. Модель подбора состава раствора реагента с целью минимального снижения коэффициента сцепления

9. Исследование влияния ПАВ на снижение вязкости раствора ПГР;

10. Рекомендации по оптимизации состава применяемых реагентов и их композиций;

1. МЕТОДЫ БОРЬБЫ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗИМНЕЙ

СКОЛЬЗКОСТИ

4.1. Выводы по главе

1. Проанализирована ситуация с нестабильным снижением вязкости растворов реагентов и композиций. С целью исследования данного процесса были проведены дополнительные опыты по измерению поверхностного натяжения с добавками.

Эксперимент проводился на примере уже исследованных композиций. В результате проведенного эксперимента композиция ХКМ-БС 10%-18% вновь повел себя нестандартно по сравнению с другими композициями.

2. Дополнительно были построены изотермы с целью определения аномальной температуры.

3. Уточнены физико-химические показатели растворов используемых композиций;

4. Исследованы возможные причины ухудшения снижения вязкости на примере композиций;

5. Не смотря на проведенные исследования, данный эффект имеет крайне сложный характер и требует дальнейшего изучения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Цель, данного исследования заключалась в определении способов повышения сцепных характеристик дорожного покрытия" при применении химических противогололедных материалов на стадии предварительного их распределения при профилактике образования СЛО, а также при образовании высоковязкого раствора после расплавления СЛО твердыми реагентами. В процессе проведения данной работы был изучен ряд задач.

1. С целью выявления и определения влияния1 противогололедных реагентов; а так же их композиций на сцепные качества покрытия, были проведены натурные исследования; демонстрирующие существенное снижение сцепных характеристик при использовании- растворов^ ПГР до недопустимых значений. Так же были обозначены градации, снижения коэффициента сцепления при применении различных' реагентов; где были выявлены реагенты, обладающие наибольшим, и наименьшим эффектом последействия;

2. Для рассмотрения и объяснения процесса снижения коэффициента сцепления-- при нахождении' на покрытии раствора' реагента был проведен эксперимент, изучающий физико-химические свойства используемых растворов. Растворы оценивались по концентрации, по вязкости, по количеству остатка реагента на покрытии. Был сделан вывод о том, какой реагент остается на покрытии в большей степени, и, следовательно, снижает сцепные характеристики в большей мере. Физические процессы раствора, т.е. высококонцентрированной пленки, создающие столь негативный эффект были объяснены с помощью нормального явления вязкого течения; который характеризуется энергией активации. Чем больше энергия активации, тем более плотными неподвижным является < раствор, находящийся на покрытии, и тем сложнее ему уйти либо в поры покрытия, либо вытисниться из зоны контакта колеса с покрытием;

3; Исследования^ по влиянию отрицательных температур на химические свойства раствора показали,, что снижение температуры окружающей; среды намного усугубляет эффект снижения сцепных характеристик при нахождении на покрытии раствора Ш Р. Прочность связей молекул , возрастает при понижении температуры , и высоковязкие, плотные растворы становятся еще плотнее в реальных условиях работы;

4. ' При исследовании изменения физико-химических свойств растворов;, реагента целесообразной являлась гипотеза о выявлении; интеграционной характеристики. Такой обобщающей физической, характеристикой: плотности, концентрации, температуры и т.д. при анализе опытных данных была вязкость. Многие исследователи в своих трудах приходили каналогичным выводам о вязкости, как о главно®характеристике раствора;

5: Во время проведения исследования по измерению количества остатка; раствора на покрытии была выявлена следующая закономерность: помимо индивидуальных, особенностей раствора;. связанных: с его вязкостью и плотностью, на сохранение раствора на покрытии влияет так же текстура самого покрытия; Наг мелкозернистых и гидрофобных; образцах асфальтобетона раствор* реагента задерживался; в большем; количестве, нежели на среднезернистых, крупнозернистых и цементобётонных образцах. Такое явление можно объяснить, внутренней капиллярно-пористой структурой покрытия. Процесс поглощения влаги из воздуха называется сорбцией, он обусловлен; полимолекулярной адсорбцией водяного пара на внутренней поверхности пор и капиллярной конденсацией. Капиллярное всасывание характеризуется высотой поднятия воды в материале, количеством поглощенной воды и интенсивностью всасывания. Уменьшение этих показателей отражает улучшение структуры материала и повышение его морозостойкости. В исследованиях других ученых уже было выявлено стойкое коррозионное .влияние антигололедных составов на структуру покрытия. Как эффект коррозии возрастала пористость покрытия. В связи с чем были выдвинуты предположения о зависимости коррозионной активности и степени остатка раствора реагента на покрытии. Чем более коррозионным воздействием обладает реагент, тем меньше его остается на покрытии. Он просто уходит в поры;

6. После выявления всех особенностей данного процесса, выяснения причин, объясняющих явление снижения сцепных характеристик при использовании ПГР, а так же после выявления интеграционной характеристики раствора, после поисков необходимого вещества выбор был остановлен на сульфокислотной группе поверхностно-активного вещества толуол сульфокислоте. Данный ПАВ при добавлении совсем небольшого количества на массовую долю реагента снижает вязкость раствора, а, следовательно, снижает негативное воздействие раствора реагента на покрытии. Были проведены эксперименты, демонстрирующие все возможные изменения! в физико-химических свойствах раствора. Помимо спрогнозированных результатов также были получены новые результаты. Данный вид ПАВ был выбран при соответствии основным требованиям, которые предъявляются к поверхностно-активным веществам, применяемым в дорожном хозяйстве: экологичность, доступность, низкая стоимость, отсутствие стойкого пенообразования, отсутствие резкого запаха, раздражающего воздействия, антикоррозионное и т.д. По достижению итоговых результатов можно сделать вывод о снижении вязкости растворов применяемых ПГР в 50% проведенных опытов. А именно: вязкость реагентов при добавлении толуол сульфокислоты снижается при небольших и маленьких концентрациях, а так же в тех композициях, где доля» кальция меньше доли другого составляющего. Основным недостатком использования данного ПАВ оказалось образование нерастворимого осадка в системе, если кальция содержится в избытке. Тем не менее, в других композициях добавка действует, снижает вязкость в определенных температурных границах;

7. На основании проведенных исследований и полученных результатов методом регрессионного анализа были получены такие эмпирические зависимости, которые позволяют спрогнозировать величину коэффициента сцепления покрытия, которое получится при использовании определенного реагента с известной вязкостью или концентрацией. Так же с помощью регрессионного анализа были составлены уравнения, выявляющие главные параметры, которые оказывают существенное влияние на коэффициент сцепления, и исключающие незначительные факторы. Возвращаясь к интеграционной характеристике, методом регрессионного анализа было подтверждено особое влияние вязкости. Подобные уравнения,и зависимости были составлены как для реагентов в целом, так и для каждого компонента в отдельности;

8. Одной из основных задач также являлось составление рекомендаций по оптимизации составам применяемых реагентов и их композиций. Для выполнения данной задачи был проведен мониторинг наиболее используемых современных композиций, были получены точные данные соотношения в них главных компонентов. Также были предложены различные вариации соотношения этих компонентов. Были получены опытные данные о вязкости и количестве остатка растворов на поверхности покрытия. На основании экспериментальных данных из всего перечня по итогам настоящей работы можно выделить основной состав в группе ХКМ-БС и один состав в группе ХКНМ. В группе ХКМ-БС можно отметить состав, основанный на соотношении хлористого натрия к хлористому кальцию в процентном соотношении 10—18. В этом случае показатели вязкости и остатка на поверхности образца являются минимальными по сравнению с используемым на практике соотношением 5—23. При введении добавки в соотношение 10-18 происходит резкое снижение вязкости в определенном температурном интервале от -5 до -8 С, что является в среднем, самою распространенной температурой зимнего периода времени. Так же на примере данного соотношения прослеживается эффект синергизма, который проявляется в>снижении вязкости всей композиции по отношению к вязкости ее составляющих. Именно поэтому соотношение ХКМ-БС 10—18 является более перспективным и возможно, при более тонком подборе ПАВ именно этот состав будет являться самым оптимальным из существующих. В системе ХКНМ было выбрано соотношение 18-Мэ. Данное соотношение так же было выбрано из соображений минимальных показателей вязкости и количества остатка реагента на поверхности покрытия. Такое соотношение и используется на практике при противогололедной обработке. Проведенные испытания с ПАВ не оправдали прогнозируемых результатов. Несмотря на то, что ПАВ' успешно снизил вязкость у составных элементов данного соотношения, в случае с композицией вязкость раствора только возросла. Из чего следует сделать вывод, что данный тип ПАВ не подходит для данной композиции. Таким образом, учитывая вышеуказанные рекомендации; а так же используя возможности прогнозируемого расчета итогового допустимого коэффициента сцепления можно более качественно, целесообразно и успешно применять те ПГР, которые обширно;« используются ныне в дорожном хозяйстве.

Подводя итог работы можно сделать следующие выводы:

1. Произведено исследование влияния противогололедных материалов и их композиций на сцепные качества покрытия;

2. Определена зависимость вязкости раствора реагента от его концентрации и температуры;

3. Определена корреляционная зависимость вязкости растворов применяемых реагентов и сцепных характеристик покрытия;

4. Разработана методика оптимизации состава реагентов и добавок (ПАВ) с минимизацией свойств по вязкости.

5. Составлена статистическая модель и разработана методика подбора состава реагентов с минимальной вязкостью раствора.

В заключении можно заметить, что нельзя однозначно говорить о влиянии вязкости на коэффициент сцепления покрытия без учета плавящей способности композиций, вида реагента, влияния на экологию, рассмотрения изменений, постоянно происходящих с вязкостью и концентрацией раствора реагента, находящегося в реальных дорожных условиях и т.д. Раствор, находящийся на покрытии, при воздействии природных факторов и других, может постоянно менять свои свойства, в том числе вязкость и концентрацию. Ситуация на дороге не бывает стабильной. Именно с учетом этих особенностей эксперимент был поставлен в достаточно широком диапазоне: концентрация исследуемых реагентов варьировалась от минимальных (5%) до максимальных значений (предельных по растворимости). Следует также отметить что при исследовании изменения плавящей способности при смешении состава, синергизма, как такового не происходит, а следовательно плавящая способность композиции будет равна плавящей способности ее соствляющих.

Задачами дальнейших исследований является оптимизация разработанной методики, а также дополнение и расширение ее путем исследования таких свойств раствора, как толщина пленки: изменяется ли она при изменении композиций или введении добавок; что происходит в зоне контакта колеса с пленкой раствора и есть ли изменения по усилиям разрыва данных пленок? Большой интерес представляет вопрос о- изменении коррозионной активности при оптимизации по вязкости1 и последействию. При получении исчерпывающей информации и положительных ее результатах, целесообразным было бы проведение аналогичного мониторинга не только хлоридной, но и карбамидной и формиатной групп ПГР.

1. О переводе дорожных служб города на применение новых противогололедных материалов при зимней уборке улиц / Постановление ПравительстваМосквы №516 от О Г. 03.93

2. О сокращении расхода технической соли приуборке улиц и проездов в зимний период 1997-1998 гг./ Распоряжение премьера Правительства Москвы №1071-РП 02.10.97

3. Правила санитарного содержания территорий, организации уборки и обеспечения, чистоты и порядка в г. Москве/ к постановлению -правительства Москвы №1018 от 09.1 Г.99г

4. ГОСТ 4233-77 Реактивы. Натрий хлористый'. Технические условия1 (с изменениями №1,2)'

5. ГОСТ 450-77 Кальций хлористый технический. Технические условия (с изменениями №1,2)

6. ГОСТ Р 50597-93. Автомобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного .движения: ГОСТ Р 50597-93. -М.: Изд-во стандартов, 1993.-11 с.

7. Методика испытаний противогололедных материалов. — Отрасл.дор.метод.док./М-во трансп. Российской" Федерации, Гос.служба дор. Хоз-ва (Росавтодор.)-М., 2003.-23с.

8. ОДН 218.2.027-2003 Требования к противогололедным материалам.-Отрасл.дор.нормы/ М-во трансп. Российской Федерации, Гос.служба дор. Хоз-ва (Росавтодор.)-М., 2003.-20с.

9. Руководство по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах.- Отрасл.дор.нормы/ М-во трансп. Российской Федерации, Гос.служба дор. Хоз-ва (Росавтодор.)-М1., 2003 .-72с.

10. Приказ Госкомэкологии РФ от 30.04.97 №193 об утверждении заключения государственной экологической экспертизы по материалам технико-экономического обоснования реконструкции МКАД(раздел «Автомобильная дорога») по состоянию на 18 октября 2006 года.

11. Ведомственные строительные нормы/ Инструкция по охране природной среды при строительстве, ремонте и содержании автомобильных дорог / ВСН 8-89/Минавтодор РСФСР

12. О мерах по уменьшению вредного воздействия на экологическую обстановку в городе при применении противогололедных реагентов в зимний период 2000-2001 гг./ Постановление Правительства Москвы №906 от 21.11.2000г.

13. ВСН 25-86. Указания по обеспечению безопасности движения а автомобильных дорогах./Минавтодор РСФСР/ Москва «Транспорт». — М.:1988

14. Диссертации, монографии, статьи, учебные пособия.

15. Абарачаев Н.М. Некоторые вопросы трения качения. —Махачкала: Дагкнигоиздат, 1970

16. Агейкин Я.С. Взаимодействие автомобильного колеса с дорогой. —М.: МГИУ,2000

17. Выпуск №56. Статья №1. «ИСПЫТАНИЕ ЗИМОЙ: противогололедные реагенты.» Новости рынка специальной техники и промышленного оборудования

18. Выпуск №60. Статья №3. «Оценка эффективности противогололедных материалов».

19. Бабков В.Ф. Дорожные условия и -безопасность движения. -М.:Транспорт -1982.-23 8с.

20. Борисюк Н.В. Влияние вязкости растворов реагентов на величину коэффициента сцепления шины с дорожным покрытием// Сб.науч.тр.:

21. Стр-во и экс-ция авт. дорог: проблемы и перспективы развития -М.:МАДИ, 2004

22. Борисюк Н.В. Зимняя уборка широких магистралей// Сб.науч.тр.: Соверш. трансп-эксп. сост. авт. дорог, том 1 Иркутск :ИРДУЦ,1999

23. Борисюк Н.В. Зимнее содержание городских дорог.

24. Борьба с оледенением покрытия дорог в зимнее время. -Строительство и эксплуатация дорог: Экспресс-информ., вып.2 М.: ЦБНТИ МинавтодораРСФСРД981.

25. Боуден Ф., Тейбор Д. Трение и смазка/ Пер. с английского М.: МашГиз, 1960.-540с

26. Бялобжеский Г.В., Дребенева. М.М., Мазепова В.И. Борьба с зимней скользкостью на автомобильных дорогах. —М.: Транспорт, 1975.-112с

27. Васильев А.П., Расников В.П. Основные причины ДТП на автомобильных дорогах в зимнее время. — М.: ЦБНТИ Минавтодор РСФСР, 1973

28. Васильев А.П., Ушаков В.В. Анализ современного зарубежного опыта зимнего содержания дорог и разработка предложений по его использованию в условиях России. М.: Росавтодор, 2003 .-27с

29. Ветрова В.В. Влияние антигололедных реагентов на дорожные условия и безопасность движения на автомагистралях, дисс. канд.тех.н.05.23.11 М. МАДИ.

30. Гаврилов В.М., Ефремов В.А., Мишутушкин И.П., Модникова О.Г. Многомерный статистический анализ ч.1-2.

31. Грэй> Д.М., Мэйла Д:Х. Снег/ Пер с английского.-Ленинград: Гидрометиздат.-1986.-751 с.

32. Гриневич C.B., Лысенко В.Е. Антигололедный наполнитель для асфальтобетонных смесей// Сб. науч.тр.: Труды РосдорНИИ, вып.7 — М.: ГП РосдорНИИ, 1994.-С.93-98

33. Гриневич C.B., Лысенко В.Е. Антигололедный наполнитель для асфальтобетонных смесей// Сб. науч.тр.: Труды РосдорНИИ, вып.9 -М.: ГП РосдорНИИ, 1994.-С.95-100

34. Гладышева И.А., Самодурова Т.В., Гладышева О.В. К вопросу о количественной оценке снега, откладывающегося на дорожном покрытии// Сб. науч.тр.: Соверш. Трансп. экспл. сост. авт. дорог, том 3 -Иркутск: ИРДУЦ, 1999. -с. 199-206

35. Данн С.А., Шенк Р.У. Противогололедные химикаты, которые можноIиспользовать вместо хлористых солей на автомобильных дорогах. "Борьба со снегом и гололедом на транспорте". М., Транспорт, 1986.

36. Жуков В.И. Экспериментальные работы по измерению величины коэффициента сцепления колеса автомобиля с поверхностью дорожного покрытия в зимнее время.-Изв.вузов. Стр-во и архитектура, 1971, №Ю

37. Зимнее содержание автомобильных дорог./под ред.А.К. Дюнина.-М. ¡Транспорт, 1983.-198с.

38. Зонов Ю.Б. Выбор методов борьбы с зимней скользкостью автомобильных дорог с целью повышения безопасности движения-автомобиля: Дис. канд. тех. наук: 05.23.14/МАДИ.-М., 1989.-212с

39. Зонов Ю.Б. Для чего оценивать зимнюю скользкость?//Авт. транспорт.1991.-№6-с.28-29

40. Зонов Ю.Б., Порожняков B.C. Скользкость дорожных покрытий//

41. Автомобильные дороги.-1990.-№ 11 .-с. 10-11

42. Иванов В.Г. О потенциальных силах в контакте колеса сдорогой/Автомобильная промышленность.-2000.-№11.-с12-15

43. Исидоров В.А. Введение в химическую экотоксикологию. СПб.,1. Химиздат, 1999.

44. Информационно-аналитический сборник Дорожно-транспортныепроисшествия в России (2002,2004гг.).

45. Карабан ГЛ., Борисюк Н.В. Современная технология содержаниягородских дорог: Учебное пособие / МАДИ. М, 1988

46. Карта «Состояние окружающей- природной среды Российской

47. Федерации». М.5 РЭФИА, 1996.

48. Каня В.А. Оценочные параметры сцепления шин легкового автомобиляпри* движении' по льду/Автом. Дороги* Сибири: Тезисы докл. 2-й Междун.науч-техн. Конф.'-Омск-1998.-е. 192-193

49. Киялбаев Абды. Обоснование применения термически обработанныхфрикционных материалов и композиций химических реагентов для борьбы с зимней скользкостью дорожных покрытий* зимой.: Автореферат дис. Канд. техн. наук:05.23.11/МАДИ.-М., 1993.-18с

50. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение.- 1968.-480с.

51. Кузнецов Ю.В. Разработка методики изменения сцепных качествдорожных покрытий портативным прибором ПГЖ-МАДИ ВНИИБД. Отчет о НИР (заключ) МАДИ. Тема № ДО 71187: № ГР 01880011236: Инв. № 02880028032.-М.Д987.-233 с.

52. Кузнецов Ю.В. Требования к сцепным качествам покрытий и методыих обеспечения // Автомоб. дороги. 1995. - №6. - с. 28-29

53. Кузнецов Ю.В. и др. Методика прогнозирования сцепных, качеств.на сетях автомобильных дорог при применении противогололедных реагентов//Сб. науч. тр.: Проектирование автомобильных дорог/МАДИ.-М.,2004.

54. Кузнецов Ю.В. Проблемы оценки сцепных качеств дорожныхпокрытий портативными приборами//Дороги России XXI. -2004: №1. - с.96-99

55. Лаврентьев ПЛ., Лазебников М.Г. Пути снижения-зимней*аварийностина дорогах Московской области//Автомобильныедороги.-1992-№ 1 .-с.13-14

56. Ларин A.M. Взаимодействие автомобильной шины с дорогой/

57. Сб.науч.трудов/ХАДИ, вып.З-Харьков., 1996.-C.31-34

58. Jlepy М. Сцепление колеса автомобиля с дорогой и безопасностьдвижения. М.:Научно-техническое издательство Министерства автомобильного транспорта и шоссейных дорог РСФСР, 1959.-156с.

59. Лефельд К.Г. Зимнее содержание дорог./ Пер. с нем.-М.:Транспорт,1977.-173с.

60. Лосев К.С., Горшков В.Г., Кондратьев К.Я. и др. Проблемы экологии1. России. М., 1993.

61. Лушников H.A. Разработка требований к сцепным качествам дорожныхпокрытий: Дис. канд. техн. Наук:05.23.14/МАДИ.-М., 1989.-179с

62. Любимов Д.Н. Физико-химические процессы при трении.1. Новочеркасск.-2003.-с.141

63. Мазепова В.И., Бережная Ю.А. Применение хлоридов для борьбы сгололедом и их воздействие на окружающую среду// Пути повышения эффективности зимнего содержания' дорог: Тез. докл. Всесоюзн. научно-техн. Конф.-М.:-1982.-200с

64. Мазур И.И., Молдаванов О.И., Шишов В1.Н. Инженерная экология. Москва, «Высшая школа», т. 1 ,2. 1996.

65. Майорова Л.П., Горбачев^ В.ГГ. Охрана окружающей среды припроектировании автомобильных дорог. Хабаровск, 1993.

66. МихайловЕ. Д. США: Проблемы больших городов. М.: Наука, 1973.

67. Мур Д. Трение и смазка эластомеров./Пер. с английского. М: Химия.1977.-261с.

68. Немчинов М.В., Б. М. Косарев. Оценка и прогнозирование сцепныхкачеств покрытий автомобильных дорог. /М. МАДИ, 1984-91 с.

69. Немчинов М.В. Обоснование, нормирование и расчет параметровтекстуры поверхности дорожных покрытий: Автореф. Дис. Д-ра тех. Наук: 02.23.14/МАДИ.-М., 1989-35с.

70. Немчинов М.В. Сцепные качества дорожных покрытий и безопасностьдвижения автомобиля. М.:Транспорт, 1985.228с

71. Немчинов М.В. Глиссирование автомобилей. /Сб. науч.трудов.:

72. Строительство и эксплуатация автомобильных дорог, проблемы и перспективы развития. -М. МАДИ, 2004.

73. Николаева Л.Ф. Противогололедные реагенты и их влияние наприродную среду. М.: Логос-1998.-60с

74. Отчет о результатах испытаний воздействия 7 антигололедныхреагентов на фитотоксичность (№ А 029-00)/ Ефремов Е.Н.-М: Российская академия сельскохозяйственных наук ЦИНАО.-2000.-14с.

75. Подольский В.П., Самодурова Т.В. Экологические аспекты зимнегосодержания дорог. Воронеж: ВГАСА 2000.-152с

76. Подольский В.П., Самодурова- Т.В. Экология зимнего содержанияавтомобильных дорог. вып.З.-М:: Информавтодор, 2003.-96с

77. Розов Ю.Н. Требования к противогололедным материалам.ля борьбы сзимней скользкостью/ Розов Ю:С., Орлов Ю.Н.//С6. тезисов и докладов 5-ой Моск. Междунар. Выставки. Доркомэкспо 2003 .-134с

78. Российско-финляндский семинар по безопасности дорожного движения1995 в Хельсинки Хельсинки: Министерство транспорта и связи Финляндии.-1995 .-с. 51 -54

79. Рудакова В.В. Дорожное хозяйство и окружающая» природная среда//

80. Сб. науч. трудов.: Проектирование автомобильных дорог/ МАДИ.-М., 2004.-С.40-49

81. Рудаков Л.М. Определение величин нормы расходапротивогололедных хлоридов по фазовой диаграмме замерзания растворов//Автом. Дороги Сибири: Тезисы докл.2-ой Междун. Науч. -техн. Конф. Оск.-1998.-с.64-75

82. Самодурова T.B. Оперативное управление зимним содержанием дорог:

83. Научные основы: Монография/ Т.В. Самодурова; Воронеж. Архит. -строит. ун-т-Воронеж: Изд-во Воронеж. Гос. Ун-та, 2003.-168с.

84. Самодурова Т.В. Организация борьбы с зимней скользкостью наавтомобильных дорогах по данным прогноза: Дис. канд. техн. наук. -М.,1998.-235с.

85. Силин A.A. Трение и мы. М.: Наука; 1987.-190с.

86. Стецюк Л.С. и др. Сцепление колеса с дорогой и безопасностьдвижения/Паршин М.А., Карпинская И.М., Епифанцев А.Т.-М.: Автотрансиздат, 1963.-66с.

87. Харкянен К. Зимнее содержание автомобильных дорог в Финляндии/1. Автомоб. Дор.-1981.-№7

88. Хохлов В.М. Увеличение и уменьшение фактических площадей ' контакта. Брянск: ООО «ВимаХо», 2001.-е.73

89. Швагирева O.A. Исследование влияния ПГР на изменение структуры исвойств асфальтового бетона: Дис. Канд. техн. наук: 05.23.05/МАДИ.-М., 1995.-156с

90. Форрестер Дж. Динамика развития города. М.: Прогресс, 1974.

91. Федеральное дорожное агентство министерства транспорта Российской"

92. Федерации./ Автомобильные дороги и мосты. Противогололедные материалы для борьбы со скользкостью на автомобильных дорогах и улицах. Обзорная информация./ Выпуск №4/ М.: -2006

93. Хоружая Т.А. Методы оценки экологической опасности. М.,

94. Экспериментальное бюро М», 1998.и16989. «ХИМИЧЕСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ» т.4. Изд. «Советскаяэнциклопедия»/М,1988

95. Юсифов Р.Ю. Разработка требований к покрытиям городских дорог иулиц и методов их контроля (на примере г. Москвы): Дис. канд. техн. наук:05.23.11/ МАДИ.-М., 1995.-156с

96. Яценко H.H., Енаев A.A. Реальный коэффициент сцепелния и его опытная оценка// Автомобильная промышленность.-1995.-№6.-с.20