ФЕДЕРАЛЬНОЕ ДОРОЖНОЕ АГЕНТСТВО МИНИСТЕРСТВА ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное унитарное предприятие «Информационный центр по автомобильным дорогам»

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДОРОГИ И МОСТЫ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ БОРЬБЫ С ЗИМНЕЙ СКОЛЬЗКОСТЬЮ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ И ГОРОДСКИХ УЛИЦАХ

Обзорная информация

Выпуск 4

Москва 2006

 

СОДЕРЖАНИЕ

В обзорной информации приводятся сведения о применяемых противогололедных материалах для борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и городских улицах. Даны виды и свойства противогололедных материалов, рассмотрены организация и технология их применения, а также взаимодействие с окружающей природной средой и конструктивными элементами искусственных сооружений.

Материал разработан на основании анализа многочисленных зарубежных и отечественных опубликованных источников за последние 15 лет по вопросу использования химических противогололедных материалов для борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах, городских улицах и тротуарах, а также по влиянию их на окружающую природную среду и конструктивные элементы искусственных сооружений.

1. ВВЕДЕНИЕ

Расширение сети автомобильных дорог, вызванное постоянным ростом автомобильного парка, увеличением объема грузооборота и перевозок пассажиров, предъявляет все более высокие требования к содержанию автомобильных дорог и улиц, а также обеспечению безопасности движения по ним. Особенно неблагоприятные условия для движения автомобилей возникают в зимний период, когда на покрытии автомобильных дорог образуются снежно-ледяные отложения.

Основной задачей зимнего содержания автомобильных дорог является проведение комплекса мероприятий по обеспечению бесперебойного и безопасного дорожного движения на автомобильных дорогах и улицах, включая очистку дорог от снега и борьбу с зимней скользкостью. Решение этой задачи в России достигается путем проведения различных работ по содержанию проезжей части дорог и улиц в состоянии, удовлетворяющем требованиям ГОСТ Р 50597-93 «Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условиям обеспечения безопасности дорожного движения».

Появление на дорожных покрытиях снежно-ледяных отложений в зимних условиях является неизбежным природным явлением, которое во многих регионах наблюдается в течение 2 - 4 месяцев, а в отдельных регионах доходит до 6 - 8 месяцев в году. На скользких дорогах снижаются скорость движения и производительность транспортных средств, увеличиваются себестоимость перевозок и количество ДТП. Улучшение транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог и улиц достигается двумя методами: предварительной обработкой покрытий антигололедными средствами, предотвращающими образование снежно-ледяных отложений, и/или повышением сцепных качеств образовавшихся на проезжей части дорожных одежд снежно-ледяных отложений за счет создания шероховатой поверхности фрикционными или комбинированными противогололедными материалами.

Основным способом борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах общего пользования в России пока остается фрикционный (комбинированный). Удельный вес применения фрикционных материалов составляет 94,3 % [1]. Однако анализ зарубежного опыта показал, что в последние годы все шире применяются различные химические материалы для борьбы с зимней скользкостью на дорогах и городских улицах. Так, в США используют около 10 млн. т хлористого натрия и 300 тыс. т хлористого кальция, во Франции - 1,2 млн. т, в Англии - 1,5 млн. т, в Дании - до 400 тыс. т, в Финляндии - до 150 тыс. т хлоридов и т.д. За последние годы для борьбы с зимней скользкостью стали применять наряду с хлористыми солями, экологически безопасные противогололедные материалы на основе ацетатов и формиатов, что значительно расширяет область применения химического способа.

Установлено, что использование химических противогололедных материалов снижает затраты на зимнее содержание автомобильных дорог, улучшает состояние покрытий и повышает безопасность дорожного движения. В России, принимая во внимание многолетний зарубежный и отечественный положительный опыт, в 2005 г. была разработана концепция по переводу ряда дорожных хозяйств на химический способ борьбы с зимней скользкостью. Цель этого мероприятия - повышение эффективности использования бюджетных средств, выделяемых на зимнее содержание федеральных автомобильных дорог России.

2. ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ЗИМНЕГО СОДЕРЖАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И ГОРОДСКИХ УЛИЦ В ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАНАХ

Под зимним содержанием автомобильных дорог и городских улиц понимается комплекс мероприятий, который включает:

- защиту дорог и улиц от снежных заносов;

- очистку от снега;

- борьбу с зимней скользкостью;

- борьбу с наледями.

Основная задача зимнего содержания - обеспечение бесперебойного, безопасного и удобного проезда автомобилей со скоростями, установленными для данной категории дороги, с одновременным поддержанием ее в сохранности и в благоустроенном состоянии. При этом необходимо максимально использовать эффективные и экономичные способы борьбы со снегом и льдом на дорогах и улицах. Первоочередное внимание должно уделяться предупредительным мерам, т.е. не допустить образования на проезжей части снежно-ледяных отложений или в случае их возникновения удалить как можно скорее. При этом проезжую часть дорог и улиц следует очищать от снега и льда, не повреждая дорожного покрытия. Проведение этих мероприятий с целью улучшения состояния дорожного покрытия во многом зависит от организации работ по зимнему содержанию дорог.

Поэтому во многих странах, таких как Финляндия, Швеция, Литва, Эстония, Венгрия, Германия и других, уделяется серьезное внимание этим вопросам.

Так же, как и в большинстве стран, в Швеции [2] содержание дорог осуществляется под непосредственным руководством Национальной дорожной администрации (SNRA). На зимнее содержание дорог отводится значительная часть выделяемых средств: 1700 млн. шведских крон из общей суммы 5500 млн. шведских крон. С 1993 г. работы как по летнему, так и по зимнему содержанию дорожной сети выполняются на конкурентной основе. В настоящее время 70 % национальных дорог содержится предприятиями-победителями в торгах. Одним из результатов такой практики является значительное сокращение числа постоянно действующих организаций, занимающихся зимним содержанием дорог (персонала, центров деятельности, парков оборудования). Другим результатом явилось укрупнение площадей, подлежащих содержанию, что позволило сократить количество снегоочистительных машин и извлечь оптимальную выгоду за счет потенциального повышения эффективности работ, выполняемых в соответствии с действующими требованиями.

Действующие общие требования, касающиеся зимнего содержания дорог, относятся к середине 80-х годов прошлого столетия, когда они были разработаны как средство планирования с целью оптимизации использования имеющихся ресурсов. Современные требования сохраняют много общего с первоначально принятыми, однако имеют иное предназначение с точки зрения новых отношений заказчика с исполнителем (производителем работ), т.е. жесткий контроль за выполнением работ по каждому объекту в соответствии с заключенным контрактом. Следовательно, вопрос состоит в том, чтобы осуществить оптимизацию использования ресурсов за счет проверки правильности выполнения работ в каждом отдельном случае.

Поскольку в Швеции протяженность дорог с юга на север составляет более 1500 км и около 600 км с востока на запад, климатические условия достаточно изменчивы и зависят от местоположения регионов.

Зима создает проблемы для дорожного движения. Серьезность этих проблем зависит от географического положения, климатологических и временных факторов. Принцип «точно вовремя» касается не только дорог, но также промышленности и торговли, которые зависят от регулярных поставок, поскольку запасы сводятся к строгому минимуму. Надежность доставки грузов в свою очередь в значительной степени связана с качеством содержания автомобильных дорог зимой. Поэтому специалисты добиваются равновесия между потерями пользователей (общества в целом) и расходом Национальной дорожной администрации Швеции на зимнее содержание автомобильных дорог.

Предприятия, работающие по контракту, располагают необходимым объемом ресурсов для выполнения зимних работ. Они несут ответственность за выполнение работ согласно установленным нормам и срокам. Если ситуация обостряется, в распоряжении у заказчика (руководства дорожной организации) должны быть дополнительные ресурсы, позволяющие выполнить эти работы. Особую трудность дорожники испытывают при борьбе с гололедом.

Целью применения соли на основных автомобильных дорогах является предупреждение зимней скользкости. При этом важным моментом является точный метеорологический прогноз, особенно в ожидании выпадения осадков. Чтобы избежать гололеда, используется информация, предоставляемая станциями метеорологического наблюдения за дорожной сетью, на которых измеряются температура воздуха, температура дорожной одежды и влажность. В случае риска образования гололеда или других видов зимней скользкости объявляется готовность к работам по предварительной обработке дорожных покрытий солью.

Поскольку гололед представляет опасность, а применение соли плохо воспринимается пользователями дорог, важно знать, насколько точны прогнозы относительно образования гололеда, предоставляемые станциями метеорологического наблюдения за дорожной сетью.

Правильно разработанные мероприятия с обоснованным использованием соли могут способствовать сокращению количества дорожно-транспортных происшествий.

Одновременно с проведением этих мероприятий осуществляют контроль за состоянием покрытия путем измерения коэффициента сцепления колеса автомобиля с поверхностью дороги в зимний период, что способствует назначению наиболее эффективных методов устранения гололеда и организации работ в этой области.

В современной деятельности дорожных администраций важное место занимает контроль за расходованием денежных средств и противогололедных материалов (ПГМ), используемых при зимнем содержании автомобильных дорог. Изменение условий образования снежно-ледяных отложений на дорогах из года в год делает затруднительным сравнительный анализ таких данных [3]. В Швеции для решения этой проблемы Национальная дорожная администрация (SNRA) предложила показатель зимних дорожных погодных условий, так называемый показатель зимней погоды (WINTER INDEX).

Такой показатель основан на данных 680 станций Дорожной погодной информационной системы (RWIS), находящейся в распоряжении SNRA, а также Шведского метеорологического и гидрологического института (SMHI). Данные RWIS (температура воздуха и покрытия, влажность, скорость и направление ветра, тип осадков) регистрируются каждые полчаса, а данные SMHI (количество осадков) - каждый третий час. Для оценки количества осадков используется модель MESAN, которая представляет собой мезомасштабную аналитическую систему. Согласно этой модели, территория Швеции (450 тыс. км²) разбита на квадраты площадью 22×22 км. С помощью этой системы предоставляются данные о скользкости дорог, снегопадах, снежных заносах [3], которые классифицируются по типам в зависимости от вида снежно-ледяных отложений.

Снежные заносы подразделяют на четыре типа;

Снегопады подразделяют на три типа:

Зимняя скользкость, вызванная жидкими осадками и отрицательной температурой покрытия, подразделяется на четыре типа:

- скользкость при осадках в виде дождя или дождя со снегом на холодную поверхность (HN);

- скользкость при осадках в виде холодного дождя на влажную (мокрую) поверхность (НТ);

- скользкость, вызванная легким морозом;

- скользкость, вызванная значительным морозом.

Таким образом, в Швеции старый метод «средней» зимы был заменен на новый подход с учетом конкретных региональных погодно-климатических условий и состояния дорожных покрытий (WINTER INDEX). Такая возможность появилась в результате организации дорожного метеообеспечения, четкой и своевременной передачи информации исполнителям и постоянного контроля за выполнением дорожных работ со стороны Национальной дорожной администрации Швеции.

В Финляндии с целью оптимального расходования средств на зимнее содержание все автомобильные дороги разделены на пять классов обслуживания в зависимости от интенсивности движения:

Is - > 6000 авт./сут;

I - 3000 - 6000 авт./сут;

Ib - 1000 - 3000 авт./сут;

II - 200 - 1000 авт./сут;

III - < 200 авт./сут.

Дороги Is, I и Ib класса обслуживания содержат с использованием химических противогололедных материалов, чаше всего с применением хлористого натрия, а дороги II и III класса обслуживания содержат в уплотненном снежном покрове и с использованием фрикционных материалов для повышения коэффициента сцепления [4].

Организация работ по зимнему содержанию городских улиц в Финляндии предусматривает дополнительно очистку покрытии в весенний период от фрикционных материалов, применяемых для борьбы с зимней скользкостью. В связи с этим Лабораторией дорожного строительства Технологического университета (г. Хельсинки) проведены исследования по изучению возможности уменьшения количества пыли на улицах города в весенний период [5].

Значительное количество уличной пыли снижает комфорт в жилых районах. Ежегодно на очистку улиц г. Хельсинки расходуется приблизительно 4 млн. финских марок.

Самым большим источником пыли на улицах является щебень, используемый для предупреждения скользкости. Как правило, щебень размером зерен 1 - 16 мм, распределяемый на проезжей части улицы с этой целью, применяют в смоченном состоянии, а на тротуарах используют более крупный материал (размером частиц 3 - 6 мм) без увлажнения. В г. Хельсинки ежегодно распределяется около 20 тыс. т щебня для предупреждения скользкости на проезжей части дорог и около 10 тыс. т - на пешеходных зонах.

Зимой пыль образуется по той причине, что дробленый щебень, используемый для борьбы со скользкостью, измельчается под действием шипованных шин автомобилей, а также из-за износа дорожного покрытия. Согласно исследованиям, каменный материал, появляющийся на дорожном покрытии, увеличивает его износ на 12 %. Как следствие, в весенний период образуется большое количество пыли. Наиболее опасными являются твердые частицы в воздухе, относящиеся по размеру к группе РМ 10 (менее 10 мкм). Такие частицы могут повреждать слизистые оболочки и легкие человека.

Специалисты-экологи установили, что образование пыли РМ 10 в результате износа покрытия составляет: 13 % в феврале, 77 % в апреле и 10 % в июне. В настоящее время в Финляндии применяют достаточно «легкие» шипованные шины, и поскольку скорость движения транспортных средств в жилых кварталах невысокая, износ дорожного покрытия не может рассматриваться как главная причина образования пыли. Очевидно, что основной причиной образования уличной пыли является применение дробленого щебня для предупреждения скользкости дорожного покрытия.

Рис. 1. Среднее количество уличной пыли, зарегистрированное в двух кварталах (1, 2) г. Хельсинки за 18 лет

Как показано на рис. 1, количество пыли сократилось в г. Хельсинки после 1989 г. Основные причины такого сокращения заключались в более точном распределении дробленого щебня и в более эффективной уборке его с улиц.

В жилых кварталах дробленый щебень, используемый для предупреждения скользкости дорожного покрытия, распределяют в количестве 100 - 350 г/м². При достаточно высокой интенсивности движения, когда щебень перемещается колесами транспортных средств, целесообразно добавлять к щебню соль в количестве 5 - 30 %. Рекомендуемое количество дробленого щебня для пешеходных зон составляет 100 - 250 г/м², при этом не допускается применение соли.

Улицы в г. Хельсинки очищают ежегодно в три этапа:

1. Уборка крупнозернистого материала (щебня) с помощью механической щетки и лопаты.

2. Всасывание грязевого остатка с применением механической щетки и пылесоса.

3. Окончательная мойка покрытия водой с шампунем.

Очистка улиц может быть затруднена, если вдоль улицы припаркованы автомобили, особенно потому, что большая часть грязи, которая должна быть удалена, сдвигается к бордюру. В г. Хельсинки чистят улицы по так называемому информационному методу очистки. За два дня до начала очистки на углах улиц устанавливаются дорожные знаки, информирующие о проведении работ по очистке улиц, с тем, чтобы водители на день проведения работ припарковали свои автомобили в другом месте. Те автомобили, которые все же остались в зоне проведения работ, перемещаются на близкое расстояние с помощью эвакуатора.

Для выяснения эффективности и необходимости каждого этапа очистки в апреле 1997 г. в южной части г. Хельсинки проводилось испытание информационного метода очистки. Были взяты образны с дорожного покрытия до начала очистки и после каждого этапа очистки.

Отобранные образцы высушивались, взвешивались, а битум и другие нефтяные остатки удалялись из них. До начала очистки вышеупомянутой улицы количество каменного материала на покрытии проезжей части составляло 536 г/м², 92 % которого успешно удалялось в процессе стадийной очистки, а именно 495 г/м². Результаты испытаний представлены в табл. 1, 2 и 3.

Таблица 1

Количество каменного материала, оставшегося на дорожном покрытии, после различных этапов его очистки в весенний период

Таблица 2

Количество мелкозернистого материала (размер частиц менее 0,063 мм) после различных этапов очистки дорожных покрытий

Таблица 3

Зерновой состав каменного материала после различных этапов очистки дорожного покрытия

На основании испытания выявлено, что очистка при помощи механической лопаты и щетки достаточно эффективна и может выполняться, когда покрытие проезжей части улицы влажное (см. табл. 1). Щебень, смещаемый при очистке покрытия к бордюру, должен удаляться прежде, чем начнется образование пыли в сухую погоду. Мелкозернистый материал с покрытия окончательно убирается с помощью его мойки (см. табл. 2).

Нa зимнее содержание дорог и улиц Литвы оказывает влияние ее географическое положение [6].

Теплый морской климат обусловливает более теплые зимы, холодный весенний период и долгие теплые осени на морском побережье. Влияние Атлантического океана ощущается не только на морском побережье, но и на всей территории Литвы, где климат гораздо теплее, чем в других континентальных регионах на той же самой географической широте. В Литве средняя температура воздуха в январе почти на 10°С выше, чем средняя температура воздуха в Средней России на такой же географической широте, в то время как разница в летних температурах воздуха не очень большая. Основной причиной отклонений температуры воздуха от климатической нормы является атмосферная циркуляция.

Для литовского климата типичен переход от морского к континентальному. Колебания воздушных масс (циклоны и антициклоны) влияют на изменение погодных условий в различное время года.

Зимой снежный постоянный покров обычно формируется в третьей декаде декабря, в марте он достигает 5 см в западной части Литвы и 20 - 25 см в северной части Литвы.

Среднее количество дней с туманом и осадками ежегодно колеблется от 40 до 100 (в некоторые годы до 150 дней), 50 - 70 % таких дней может наблюдаться в холодный период года. В период с декабря по апрель среднее количество дней с гололедом колеблется от 10 до 15 дней ежегодно (в некоторые годы до 50 дней). Средняя продолжительность гололеда 12 ч (в некоторых случаях до 48 ч).

В Литве количество дней со снегопадами составляет ежегодно 10 - 25. Средняя продолжительность одного снегопада достигает 5 - 7 ч., максимум 30 - 40 ч.

Очень важным фактором, влияющим на содержание дорог зимой, является колебание температур от отрицательных до положительных и наоборот. Ежегодно в Литве может быть зарегистрировано от 60 до 80 таких колебаний.

Указанные погодно-климатические факторы оказывают существенное влияние на зимнее содержание и, в частности, на борьбу с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и улицах.

По данным Дорожной полиции Литвы, общее количество ДТП в зимний период 1995 - 1996 гг. составило 4576, в том числе на дорогах - 1765 (39 %), на улицах - 2811 (61 %). В табл. 4 приведены данные о ДТП, произошедших из-за неудовлетворительных дорожных условий в зимний период (1995 - 1996 гг.).

Таблица 4

Количество дорожно-транспортных происшествий из-за неудовлетворительных дорожных условий и других причин в зимний период (Литва)

Из приведенных данных следует, что скользкость дорожных покрытий является причиной многих неприятностей как для водителей, так и для дорожной службы. Так, большинство ДТП обусловлено скользкостью покрытий (55,3 %), что свидетельствует о недостаточной эффективности принимаемых мер по борьбе с зимней скользкостью на дорогах и улицах.

До 2000 г. для снижения зимней скользкости дорожного покрытия традиционно применялся метод, который заключался в использовании смеси песка и соли: 90 - 95 % песка и 5 - 10 % соли (NaCI или СаС1₂). Норма расхода смеси составляет 120 - 500 г/м². В зависимости от характера зимы службами содержания дорог Литвы используется приблизительно 50 - 70 тыс. т соли и 600 - 800 тыс. м³ песка.

Норма распределения смеси песка и соли зависит от условий движения, в частности, от интенсивности и состава транспортных средств. На прямых участках автомобильных дорог с уклоном до 20 % распределяют следующее количество смеси:

- на дорогах, покрытых снегом, - от 0,1 до 0,2 м³/1000 м²;

- на обледенелом дорожном покрытии - от 0,2 до 0,5 м³/1000 м² (в случае очень высокой интенсивности движения).

Нa участках автомобильных дорог, на виражах с уклонами более 20 % и в местах возможного внезапного торможения автомобилей распределяется следующее количество смеси:

- на дорогах, покрытых снегом - от 0,15 до 0,3 м³/1000 м²;

- на обледенелом дорожном покрытии - от 0,3 до 0,6 м³/1000 м² (в случае очень высокой интенсивности движения).

Однако следует отметить, что такой традиционный метод зимнего содержания дорог не эффективен и требует дополнительных материалов, механизмов и денежных средств. Поэтому во многих странах проводятся постоянные поиски новых методов борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и городских улицах.

В Канаде в борьбе со снегом и гололедом на дорогах прежде всего заинтересована дорожная администрация, с целью повышения обеспечения безопасности движения, снижения затрат и улучшения окружающей среды [7].

Затраты на зимнее содержание дорог в провинции Квебек (Канада) приведены в табл. 5. Бюджетные ограничения, связанные со сложившейся в настоящее время экономической ситуацией, требуют от дорожных администраций частого пересмотра методов работы с целью повышения их эффективности. Министерство транспорта провинции Квебек не является исключением из этих правил, а так как климатические условия в зимний период превышают средние значения, оно вынуждено постоянно искать новые решения для удовлетворения соответствующего уровня содержания и экономической целесообразности использования средств.

Таблица 5

Затраты на зимнее содержание автомобильных дорог и провинции Квебек (Канада)

* 1 канад. долл. = 24,17 р. (по состоянию на 01.01.2006).

Муниципальная администрация также постоянно осуществляет контроль за расходованием средств, выделяемых на обслуживание автомобильных дорог, особенно в период бюджетных ограничений.

Тем не менее, безопасность движения остается приоритетом для менеджеров, которые занимаются вопросами зимнего содержания дорог. Это означает использование на практике всех доступных средств обеспечения движения потока транспортных средств без задержек и гарантии безопасности поездок в соответствии с установленным уровнем обслуживания перевозок.

Дорожные власти провинции Квебек взяли на себя выполнение программы исследований и испытаний зимней эксплуатационной пригодности дорог, цель которой двойная: повысить безопасность поездок и снизить стоимость работ по борьбе со снегом и гололедом.

Особенностью организации работ по зимнему содержанию дорог в Венгрии является ее центральное расположение в Европе и континентальный климат [8].

Зима характеризуется сменой периодов похолодания и оттепелей, что определяет таким образом систему содержания дорог в этот период.

Среднее количество дней со снегом составляет 35, а с образованием гололеда - 55. В течение этого времени необходимо предпринимать меры по борьбе с гололедом, который образуется, как правило, в утренние часы.

Общая протяженность сети дорог Венгрии составляет около 160 тыс. км, из них национальных дорог общего пользования преимущественно с асфальтобетонным покрытием 30 тыс. км, по которым осуществляется 70 % всех перевозок

Финансирование работ по эксплуатации, содержанию и развитию сети национальных дорог общего пользования, а также по зимнему содержанию дорог обеспечивается Дорожными фондами и представлено в табл. 6.

Таблица 6

Ежегодные расходы, выделяемые на дорожные работы в Венгрии (национальные дороги)

* 100 форинтов = 13,54 р.

Таким образом, около 25 % работ связаны непосредственно с повышением безопасности движения в зимний период.

В рамках реформы общественных финансовых организаций бывшие Управления общественных дорог были преобразованы с 1 июня 1996 г. в общественно полезные компании. Такие компании выполняют работы, связанные с эксплуатацией национальных дорог общего пользования, а также работы по зимнему содержанию в рамках контрактов, заключаемых после проведения торгов на основе государственных заказов. В настоящее время штат работников таких компаний по эксплуатации дорог общего пользования составляет около 6400 человек.

Контракты на работы заключаются Управлением по эксплуатации и координации дорог, выступающим в качестве представляющей государство организации общественного финансирования. Изучение предложений по контрактам и контроль за их осуществлением реализуется Департаментом по контролю, специально созданным для этой цели.

Основой предложений по контракту и главным образом задач, касающихся эксплуатации дорог общего пользования, является Положение по эксплуатации национальных дорог общего пользования, которое было подтверждено правительственным декретом в ноябре 1997 г.

Национальные дороги Венгрии классифицируются по шести различным категориям содержания с учетом их значимости в сети дорог общего пользования и в зависимости от среднесуточной интенсивности движения (TJM). Все дороги общего пользования делят на шесть категорий (А, I, II, III, IV, V). Более высокий уровень содержания должен обеспечиваться для дорог категории А, куда входят автомагистрали и национальные дороги, соответственно, более низкий уровень содержания на второстепенных дорогах с интенсивностью движения менее 2000 TJM. Частота, значимость и объем работ зависят от принятой категории содержания дорог, которая обеспечивается одним из следующих способов:

- сквозным патрулированием;

- проведением работ на ограниченных участках;

- содержанием дороги с сохранением слоя снега на покрытии («белая» дорога).

На дорогах, относящихся к категориям А, I и II, применяют систему патрулирования. Борьба со снегом и гололедом осуществляется путем непрерывного надзора за автомобильной дорогой наряду с контролем распределения соли по всей площади покрытия и очистки от снега проезжей части дороги. Транспортное средство для распределения соли обрабатывает участок дороги протяженностью 20 - 40 км в зависимости от своей мощности.

Содержание дорог III, IV и V категорий осуществляют в ограниченном масштабе, т.е. распределение соли или абразивного материала наряду со снегоочисткой выполняют только на наиболее опасных участках (уклонах, малых кривых и т.д.).

На дорогах, отнесенных к категориям III, IV и V и содержащихся по системе «белая зимняя дорога», работы по борьбе с гололедом не проводятся. На таких дорогах производится снегоочистка так, чтобы оставался слой ровного уплотненного снега, по которому возможно движение автомобилей. Работы по снегоочистке таких автомобильных дорог выполняются после проведения работ на дорогах, обслуживаемых по системе патрулирования, и на ограниченных сложных участках.

Кроме классификации по системе содержания, Положением по эксплуатации определены часовые нормы и сроки выполнения работ по борьбе со снегом и гололедом (табл. 7).

Таблица 7

Нормы времени выполнения работ при борьбе с зимней скользкостью на дорогах Венгрии

Данные табл. 7 основываются на средних зимних метеорологических условиях. В качестве средних зимних метеорологических условий рассматривают такие условия, при которых снегопад продолжается не более 24 ч, температура воздуха не ниже -8°С, а скорость ветра менее 30 км/ч (8 м/с). В случае более низкой температуры или более высокой скорости ветра, а также в случае гололеда длительность работ по содержанию автомобильных дорог может быть увеличена.

Федеральное дорожное ведомство Германии в последние годы основное усилие направляет на проведение мероприятий по снижению нежелательных воздействий противогололедных солей [9] при борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и городских улицах.

При обсуждении последствий использования противогололедной соли службой зимнего содержания дорог чаще всего называются требования по уменьшению ее количества, ограничению норм распределения или общее запрещение использования соли. Оптимизацию службы зимнего содержания обеспечивает метод «Operation Research». Активизируя ресурсы, можно добиться потенциала увеличения экономии более 10 %.

Многолетние исследования влияния эффективности службы зимнего содержания дорог на безопасность движения и экономичность транспортного потока на внегородских дорогах при реализации метода «Operation Research» показали, что затраты на проведение работ по зимнему содержанию с использованием противогололедных средств уже через полчаса после работы службы окупаются за счет оптимальных расходов пользователей дорог. Исследования на внегородских дорогах позволили выявить следующие тенденции. На покрытии, где не распределяли соль, зафиксированы меньшее количество ДТП и ущерб от них по сравнению с покрытиями, обработанными противогололедными материалами (солями или песком/щебнем). Это можно объяснить тем, что, с одной стороны, на дорогах второстепенного значения, где покрытия не обрабатываются ПГМ, водители более обдуманно реагируют на опасные ситуации в зимнее время, а с другой стороны, дороги, по покрытию которых распределяется соль, относятся к категориям с большими скоростями и интенсивным движением. Положительное влияние на безопасность движения существенно оказывает заблаговременное (предварительное) проведение работ службой зимнего содержания. Установлено, что проведение этих работ невозможно без предварительного оповещения дорожников о состоянии погоды и дорожного покрытия.

Поэтому Германская служба погоды еще зимой 1992 - 1993 гг. совместно с дорожными эксплуатационными службами федеральных земель начала внедрять информационную систему оповещения о состоянии дорог и погоды (SWIS). Система SWIS представляет комбинацию среднесуточного прогноза погоды, составленную Германской службой погоды на трое-четверо суток, и тренд-прогнозов, полученных с мест измерения сигнализаторами гололеда (около 2 ч.).

На основании полученных положительных результатов запланировано применение системы SWIS на всей федеральной сети при выделении дополнительных средств Германской службе погоды. Аналогичные системы метеообеспечения за последние годы появились в Австрии, Канаде, Финляндии и других странах.

В Германии в целях улучшения организации работ по зимнему содержанию автомобильных дорог начали внедрение системы автоматической регистрации рабочих процессов. Система позволяет регистрировать дату; время; длину пробега дорожной техники при снегоочистке, распределении противогололедных материалов и порожнем рейсе; характеристики распределения ПГМ; места расположения дорожной техники и часы работы. Автоматический учет (регистрация) данных используется для ведения записей (протоколов) и статистики службы зимнего содержания. Это обеспечивает возможность сохранять данные, осуществлять качество и объем выполненных работ службой зимнего содержания, учитывать все технологические процессы, а также разрабатывать соответствующие мероприятия по улучшению организации и технологии работ по зимнему содержанию автомобильных дорог и городских улиц.

В США зима также приносит немало трудностей специалистам-дорожникам практически всех штатов при содержании дорог. В работе [10] раскрыты некоторые особенности организации зимнего содержания дорог (6500 км) в шт. Миннесота, расположенном на севере США в зоне с холодным климатом, с характерными снегопадами и гололедом. Обеспечение равномерного или повышенного уровни зимнего содержания из-за большой интенсивности движения на автомобильных дорогах является весьма сложной и постоянно возрастающей проблемой. Заторы движения на автомобильных дорогах штата по времени достигли 38 ч в год из-за плохого содержания дорог в зимний период, что составляет в среднем 6 ч на каждую 1000 км. К другим трудностям специалисты-дорожники относят снижение квалификации операторов снегоуборочной техники (15 % персонала не прошли аттестацию) и ограничение финансовых средств.

В период сильных снегопадов и гололеда, ввиду увеличения затрат на приобретение противогололедных солей и оплату сверхурочных работ и т.д., расходуется гораздо больше средств, чем на весенний ямочный ремонт и содержание дорог в летний период [10]. Поэтому Департаментом транспорта шт. Миннесота было принято в 2002 г. решение об осуществлении планирования зимнего содержания автомобильных дорог. Это означает в перспективе участие частного бизнеса в работах по содержанию дорог общего пользования. Обоснованием выполнения работ какой-либо организацией является значимость услуг, предоставляемых пользователю. Исследованиями доказано, что наиболее важными из них являются:

- видимость сигнала светофора «стоп» и исправность дорожных знаков;

- содержание дорог чистыми от мусора, снега и льда;

- читаемость дорожных знаков;

- видимость дорожной разметки.

Под понятием «чистая дорога» подразумевается сохранение проезжей части, чистой от снега и льда на 90 % эксплуатируемой дороги (участка). Для потребителя важным вопросом является то, насколько быстро восстанавливается «чистая дорога» после возникновения неблагоприятного погодного явления. Шкала времени, установленного для восстановления чистого покрытия в зависимости от класса автомобильной дороги, приведена в табл. 8.

Таблица 8

Время, необходимое для восстановления чистого покрытия в зависимости от класса дороги и интенсивности движения (шт. Миннесота, США)

* Маршруты регулярных поездок жителей на работу и с работы.

** ААДТ - annual average daily traffic - среднегодовая, среднесуточная интенсивность движения (ССИД).

На основании проведенного анализа видно, что в последние годы за рубежом внедрены различные мероприятия, способствующие улучшению организации работ по зимнему содержанию автомобильных дорог. К основным из них можно отнести следующие.

- Перевод содержания дорог на подрядную систему их обслуживания с предварительным подбором организаций с мощным инженерно-техническим потенциалом и только на конкурсной основе.

- Во многих странах автомобильные дороги по содержанию в зимних условиях разделены на классы (категории) в зависимости от их функционального назначения и интенсивности движения. Для каждого класса разработаны нормы и регламент выполнения этих работ.

- На дорогах с интенсивным движением (> 2000 - 3000 авт./сут) в зимний период борьбу со скользкостью осуществляют с применением химических противогололедных материалов, а на дорогах с небольшой интенсивностью движения (< 2000 авт. /сут) - преимущественно с применением фрикционных материалов. Дороги с малой интенсивностью движения (< 1500 авт./сут) содержат, как правило, с уплотненным снежным покровом.

- Серьезное внимание при борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и городских улицах уделяется защите окружающей природной среды. Поэтому неслучайно все шире внедряются различные мероприятия по снижению отрицательного воздействия химического способа борьбы с зимней скользкостью на экологическую обстановку вдоль автомобильных дорог. К ним, в первую очередь, можно отнести условия образования зимней скользкости на дорожных покрытиях (антигололедные покрытия типа «Verglimit», автоматизированные системы распределения ПГМ типа TMS-2000 др.) и различные экологически безопасные химические противогололедные материалы (СМА, 1SOIV, ClearWays и др.). Эти и другие противогололедные материалы, применяемые для борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и городских улицах за рубежом, будут рассмотрены ниже в разделах 3, 4.

3. ВИДЫ И СВОЙСТВА ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

3.1. ФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

С появлением на автомобильных дорогах транспортных средств возникла необходимость борьбы с зимней скользкостью. Основным и единственным способом борьбы с зимней скользкостью долгое время во многих странах оставался фрикционный, позволяющий повысить шероховатость поверхности зимних дорог путем применения различных природных или искусственных абразивных материалов. К таким материалам относят широко распространенные природные пески, отсевы дробления, шлаки и другие подобные материалы. Эти материалы используются и в настоящее время на автомобильных дорогах, содержащихся в зимний период с уплотненным снежным покровом и на автозимниках.

Особую пользу абразивы приносят на заснеженной дороге в условиях низких температур, когда химические материалы теряют свою активность и их применение становится неэффективным.

Основным преимуществом фрикционных материалов является мгновенное повышение шероховатости снежно-ледяных отложений. Данные табл. 9 довольно наглядно иллюстрируют эффект применения песка на обледенелых покрытиях автомобильных дорог Канады [11].

Таблица 9

Влияние песка на тормозной путь автомобиля

При этом было установлено, что максимальный размер частиц песка не должен превышать 1,3 см. При использовании частиц больших размеров появляется риск повреждения автомобилей и нанесения травм пешеходам. Частицы менее 300 мкм в США и Канаде не рекомендуют применять [11].

Исследованиями, проведенными в России [12], установлено, что наилучший эффект при борьбе с зимней скользкостью достигается при применении карьерного песка и высевок с размером зерен 2 - 3 мм (но не более 8 мм). Эффективность фрикционных материалов снижается при наличии в них глинистых или илистых частиц, загрязняющих автомобильную дорогу и повышающих ее скользкость.

Наряду с этим фрикционный способ борьбы с зимней скользкостью имеет ряд других недостатков. Одним из них является слабое закрепление ПГМ на покрытии. Так, в Канаде установлено, что при движении транспортных средств со скоростью 50 - 60 км/ч скольжение увеличивается уже после проезда 10 - 15 автомобилей по обработанному песком покрытию [11]. Установлено, что через 15 - 20 мин после россыпи песка коэффициент сцепления колеса автомобиля со скользким покрытием дороги становится таким же, каким он был до его обработки. Коэффициент сцепления, хотя и повышается с увеличением нормы расхода песка, но весьма незначительно. Так, при повышении нормы расхода песка со 100 до 1100 г/м² он возрастает всего на 20 - 30 % на каждые 100 г/м², в то время как при увеличении нормы расхода песка от 0 до 100 г/м² коэффициент сцепления возрастает на 50 - 70 % по сравнению с необработанной поверхностью (табл. 10).

Таблица 10

Значение коэффициента сцепления на обледенелых покрытиях автомобильных дорог (по данным ОАО «Союздорнии»)

Примечание. Измерения произведены непосредственно после обработки обледенелого покрытия.

Исследования, проведенные ФГУП «Росдорнии» в 2006 г., показали, что коэффициент сцепления снежно-ледяных отложений (CJIO) увеличивается с увеличением крупности песка (табл. 11).

Таблица 11

Измерение коэффициента сцепления колеса автомобиля с покрытием автомобильной дороги в зависимости от крупности песка

Примечание. Коэффициент сцепления определяли прибором ППК-МАДИ при норме расхода песка 100 г/м³ и температуре СЛО -6 -7°С.

Применение крупных и средних песков повышает сцепные свойства СЛО на 16 % больше, чем мелкие пески, что увеличивает безопасность движения. При этом было установлено, что фрикционные свойства покрытия, обработанного средним или крупным песком, сохраняются в 3 - 4 раза дольше на поверхности, чем при обработке мелким песком. Это дает предпочтение использовать для борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и городских улицах средние и крупные пески.

При обработке обледенелого покрытия фрикционными материалами происходит рост адгезионной и механической составляющих силы трения, а следовательно, и увеличение коэффициента сцепления. Однако, как отмечалось выше, плохое закрепление ПГМ на снежно-ледяных отложениях влечет за собой быстрое снижение эффективности фрикционных свойств материалов, особенно на дорогах с большой интенсивностью движения (> 1000 - 2000 авт./сут), за счет сноса зерен с поверхности проезжей части или быстрого его смешения со СЛО.

В Швейцарии проведенные эксперименты также подтвердили основной вывод о применении фрикционных материалов для борьбы с зимней скользкостью только на низовой сети автомобильных дорог с небольшой интенсивностью движения. При этом установлено, что расходы фрикционных материалов увеличиваются в 3 раза по сравнению с применением химического способа борьбы с зимней скользкостью [13].

Для увеличения эффективности фрикционных материалов на обледенелых покрытиях в настоящее время применяют два способа: нагрев ПГМ и/или обработка их твердыми или жидкими хлоридами.

Широкие исследования по применению нагретых фрикционных ПГМ были проведены на кафедре «Автомобильные дороги» Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета [14]. Проведенные экспериментальные исследования показали следующее.

По данным анализа аварийности, зимнее содержание дорог с уплотненным снежным покровом возможно, но лишь при интенсивности движения не более 1700 авт./сут с соблюдением основных требований к шероховатости проезжей части. Оптимальная высота макрошероховатости, создаваемая фрикционными материалами, должна быть в пределах 1,5 - 3 мм, а глубина закрепления зерен этих материалов не менее 0,5 - 0,6 их высоты.

- Наибольший эффект от использования нагретых фрикционных материалов достигается при температуре воздуха -5°С и ниже.

- Наилучшим материалом для создания макрошероховатости на поверхности уплотненного снежного покрова является нагретый щебень изверженных пород размером зерен 3 - 5 и 5 - 10 мм.

Коэффициент сцепления снежно-ледяных отложений на дорожных покрытиях, обработанных фрикционными материалами с различной нормой расхода, приведен в табл. 12.

Таблица 12

Коэффициент сцепления снежно-ледяных отложений дорожных покрытий, обработанных фрикционными материалами (поданным Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета)

* Пескосоляная смесь, содержащая NaCl в количестве 3 %.

Приведенные данные подтверждают, что наиболее эффективно использовать щебень размером зерен 3 - 5 и 5 - 10 мм при борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах с нормой расхода не менее 100 г/м² для щебня и 200 г/м² для песка.

К фрикционным ПГМ должны предъявляться следующие требования:

- большое сопротивление сжатию, дроблению, шлифованию и ударным нагрузкам, что препятствует измельчению и образованию пылевидных частиц;

- угловатая форма зерен увеличивает зацепление и снижает их снос с проезжей части автомобильной дороги;

- темный цвет повышает поглощение солнечной энергии (инфракрасные лучи) и тем самым способствует закреплению зерен на ледяной поверхности;

- одномерный зерновой состав (2 - 3 мм) обуславливает равномерное распределение фрикционных материалов и уменьшает вероятность повреждения автомобилей и распределительного оборудования;

- максимальный размер зерен фрикционных материалов не должен превышать 5 - 6 мм и содержать глинистые и пылеватые частицы, повышающие скользкость дорожного покрытия и пылимость в весенне-летний период;

- естественная влажность должна быть не более 4 - 5 %, так как при большей влажности снижается их сыпучесть, и они быстро смерзаются. Для предупреждения смерзания фрикционные материалы смешивают с хлоридами. Это мероприятие не только препятствует их смерзанию, но и повышает эффективность их применения при борьбе с зимней скользкостью.

Обработка фрикционных материалов солью, количество которой достигает примерно 1/30 по массе, предупреждает образование смерзшихся комков и способствует проникновению частиц в лед и их закреплению на поверхности льда или твердого снега. В результате этого затрудняется снос материала ветром и проходящими автомобилями [11].

Обработка фрикционных материалов солью облегчает погрузочно-разгрузочные работы и способствует более эффективной работе пескоразбрасывателей за счет повышения «текучести» песчаных частиц.

Фрикционные материалы, в которые введены химические вещества (от 5 до 30 % по массе) для плавления снежно-ледяных отложений в дорожной практике, называют комбинированными. Комбинированные ПГМ одновременно обладают фрикционными и химическими свойствами.

3.2. ХИМИЧЕСКИЕ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Химические противогололедные материалы (реагенты) применяют в твердом, жидком и смоченном виде.

Сырьем для получения этих материалов чаще всего являются природные источники галита (NaCl), бишофита (MgCl₂·6Н₂О), карналлита (КО MgCl₂·6Н₂О) или отходы химической, пищевой промышленности, а также минеральных удобрений. К наиболее распространенным отходам этого класса относятся сильвинитовые отвалы, образующиеся при получении калийных удобрений, и «белые моря» - при содовом производстве. В первом случае путем обогащения получают ПГМ на основе NaCl, во втором - на основе СаС1₂.

По химическому составу ПГМ делят на четыре основных подгруппы:

- первая - хлоридная;

- вторая - ацетатно-формиатная;

- третья - карбамидная;

- четвертая - нитратная.

Перечень основных отечественных химических ПГМ

Первая подгруппа - хлориды.

К ней относятся ПГМ на основе NaCl, СаС1₂ и MgCl₂:

- ХКМ - хлористый кальций модифицированный, ингибированный. Выпускается в жидком виде.

- Биомаг - модифицированный хлористый магний (бишофит - MgCl₂·6H₂О). Выпускается четырех марок в твердом и жидком виде.

- ХКФ - хлористый кальций фосфатированный.

- ХНКМ - хлористый натрий кальций модифицированный.

- Технический хлористый натрий карьерный. Выпускается под названием «Натрий хлористый технический карьерный».

- Противогололедный материал на основе хлористого натрия. Выпускается под названием «Материал противогололедный».

- Природные рассолы и промышленные отходы. Природные рассолы по химическому составу чаще относятся к хлористо-натриевым или хлористо-кальциево-натриевым жидким материалам. Распространены они в основном в Европейской части России и используются как местные ПГМ.

Вторая подгруппа - ацетаты:

- Нордвэй (Нордикс) - разработан на основе ацетата калия. Выпускается в жидком виде под названием «Антигололедный реагент на ацетатной основе».

- Антиснег-1 - разработан на основе ацетата аммония. Выпускается в жидком виде.

Третья подгруппа - карбамиды:

- КАС - карбамидно-аммиачная селитра. Выпускается под названием «Состав жидкий противогололедный».

- Мочевина - гранулированное вещество белого цвета. Выпускается двух марок.

Четвертая подгруппа - нитраты:

- НКМ (АНС) - разработан на основе нитрата кальция и мочевины. Выпускается в твердом виде.

- НКММ - реагент разработан на основе нитрата кальция, магния и мочевины и выпускается под названием «Аитигололедный реагент НКММ».

Химические ПГМ, применяемые для борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и городских улицах, должны выполнять следующие основные функции:

- понижать температуру замерзания воды;

- ускорять плавление снежно-ледяных отложений на дорожных покрытиях;

- проникать сквозь слои снега и льда, разрушая межкристаллические связи, и снижать силы их смерзания с дорожным покрытием;

- не работать как «смазка» на дорожном покрытии, особенно при использовании ПГМ в виде растворов;

- быть технологичным при хранении, транспортировке и применении;

- не увеличивать экологическую нагрузку на окружающую природную среду и не оказывать токсического действия на человека и животных;

- не оказывать коррозионного влияния на металл, цементобетон, кожу, резину.

Противогололедные материалы, применяемые при борьбе с зимней скользкостью, приведены на рис. 2.

За рубежом за последние годы широкое распространение находят материалы на ацетатной основе. Одним из представителей этой группы является СМА ([CaMg₂(CH₃COO)₂]₆ торговая марка Cryotech, USA).

В настоящее время СМА используется во многих странах мира при решении вопросов защиты окружающей среды и проблем, связанных с коррозией металла и шелушением цементобетона.

Рис. 2. Противогололедные, материалы, применяемые при борьбе с зимней скользкостью:

 - ПГМ, применяемые в России

СМА представляет собой гранулированный кальций-магниевый ацетат, распределяемый по покрытию подобно другим противогололедным средствам [15]. Первично этот материал имел форму шарообразных гранул. Но в настоящее время более похож на дорожную соль, жесткие угловатые частицы которого наиболее вероятно останутся на том месте, где он был распределен. Хотя СМА выглядит как соль, этот материал имеет уникальные эксплуатационные характеристики.

Часто СМА используется как ингибитор коррозии, перемешиваемый с дорожной солью и количестве 20 % по массе. В США выпускают смеси СМА 20 и СМА 40, содержащие соответственно 20 и 40 % дорожной соли.

Гранулированный СМА перед распределением предварительно смачивают раствором СМА в количестве 25 % для более быстрого его действия и расширения диапазона эффективной температуры применения.

Преимущества СМА следующие:

- слабая коррозия - почти такая же агрессивность, как у водопроводной воды;

- безопасен для цементобетона - не больше повреждений, чем от воды;

- отличный ингибитор - снижает коррозию от воздействия хлоридов;

- безопасен для окружающей среды - низкая токсичность и способность к биологическому разложению;

- последствие - требует гораздо меньшего количества распределения;

- многоцелевой - используется в чистом виде, с солью, с песком или в жидком виде.

Характеристика СМА приведена ниже.

Состав                                                                  Гидратированный кальций-магниевый ацетат 96 %-ной концентрации (соотношение Ca:Mg = 3:7)

Нерастворимые в воде вещества, %,                не более 4

Количество частиц, %, прошедших

через сито размером:

4 мм                                                                      90

1,4 мм                                                                   10

Форма частиц                                                     Угловатая, асимметричные гранулы

Удельный вес, г/см³                                            1,2

Насыпная плотность, г/см³ (фунт/фут³) 0,65 - 0,79 (40 - 44)

Показатель рН в 10 %-ном растворе                 8 - 10

Температура кристаллизации

33 %-ного раствора, °С                                      -28

Точка эвтектики, °С                                            -31,7

Температура кристаллизации СМА по сравнению с другими ПГМ приведена на рис. 3.

Концентрация раствора, %

Рис. 3. Температура кристаллизации растворов: 1 - NaCl; 2 - мочевина; 3 - СМА (33 %-ной концентрации)

Нормы расхода СМА изменяются в зависимости от погодно-климатических условий и вида выполняемых работ при содержании (табл. 13). Диапазон расхода материала в среднем колеблется от 20 до 40 г/м².

СМА успешно используется с 1986 г. для борьбы со снегом и льдом. Этот материал значительно эффективней дорожной соли. Эффективность обычно улучшается под действием движения транспортных средств и солнечной радиации. Но так как в СМА основным материалом является ацетат, а не хлорид, он имеет улучшенные эксплуатационные характеристики.

Таблица 13

Фактический расход СМА при содержании отдельных объектов

* 1 фунт = 0,40951241 кг; 1 миля сухопутная = 1,609 км.

При перемешивании со снегом СМА не дает возможности снежным частицам прилипать друг к другу или к покрытию. Он не образует растекающегося рассола подобно соли (NaCl), а сохраняет снег более легким и более сухим, улучшающим сцепление. СМА, нанесенный на покрытие до снегопада, предупреждает образование уплотненного снега и сцепление льда с дорожным покрытием, так что снег и лед могут счищаться гораздо легче с покрытия снегоочистителем, дорожной щеткой или лопатой.

Так как СМА не образует текучего рассола, он не стекает с покрытия подобно другим противогололедным средствам, следовательно, во время снегопада и между снегопадами требуется меньший расход СМА.

СМА вызывает низкую коррозию металлических элементов мостов, ограждений, дорожных знаков и других конструкций. Обычно считается, что СМА показывает почти такую же агрессивность, как водопроводная вода, поэтому его часто используют как эталон коррозионности, по которому оценивают другие противогололедные средства. Многолетнее использование СМА во всем мире, сочетавшееся с лабораторными испытаниями в течение 1980-х и 1990-х годов, финансировавшимися Федеральной дорожной администрацией США (FHWA), Департаментом транспорта Великобритании и другими независимыми организациями, позволило сделать вывод: СМА является доказанным низкокоррозионным противогололедным средством по отношению к стали, особенно к алюминиевым сплавам (рис. 4, 5).

Образцы реагентов

Рис. 4. Коррозия стали (испытание проводилось при знакопеременном погружении):

1 - дорожная coль (NaCl); 2 - кальций-магниевый ацетат (СМА); 3 - водопроводная вода

Рис. 5. Коррозия алюминия (испытание проводилось при знакопеременном погружении):

1 - дорожная соль (NаСl); 2 - кальций-магниевый ацетат (СМА); 3 - водопроводная вода

Более поздние испытания химических препаратов, проведенные в Великобритании, показали, что СМА является некорродирующим материалом в отношении стальной арматуры в цементобетоне и может задерживать начинающуюся коррозию, вызванную предшествующим использованием каменной соли (NaCl) в качестве противогололедного материала.

Рид лабораторных испытаний наводит на мысль, что СМА может быть эффективным ингибитором коррозии в сочетании с солью. Хотя испытании отличались по типу и продолжительности воздействия, все они показали, что содержание СМА в смеси СМА + соль в количестве 20 % приводило к снижению коррозии на 60 - 80 %. Как и ожидалось, наилучшие результаты зашиты от коррозии получены от использовании чистою СМА (рис. 6).

Рис. 6. Влияние СМА на снижение коррозионной активности соли (NaCl) на металл

Поставляют СМА навалом, в 1-тонных супермешках или мешках вместимостью 25 кг. Храниться СМА должен в помещениях или контейнерах, защищенных от влаги. В районах с высокой влажностью при хранении СМА рекомендуется устраивать укрытие. Если СМА хранится правильно, он остается эффективным в течение нескольких лет.

Фирма Cryotech обеспечивает поставку раствора СМА 25 %-ной концентрации. Жидкий СМА обычно используется как противогололедный химический материал, распределяемый по покрытию проезжей части автомобильной дороги до начала снегопада, чтобы предупредить образование снежного наката или льда. Его можно использовать для предварительного смачивания гранулированного материала или как ингибитор коррозии при обработке соли, или в качестве незамерзающей жидкости.

При 25 %-ной концентрации раствор СМА имеет температуру гелеобразования -13°С, температуру кристаллизации -16°С и плотность 1,14 г/см³.

СМА используется все более часто там, где неприемлемыми являются постоянные расходы на коррозионную защиту цементобетона и металла, на мероприятия по восстановлению повреждений окружающей среды.

Исследованиями, проведенными в шт. Онтарио (США) в 1995 г., установлено, что 50 % коррозии мостов обусловлено использованием хлоридов. Исследования по вопросу содержания мостов показали, что применение СМА оказалось наиболее экономичным на новых мостах (рис. 7).

Рис. 7. Затраты на содержание нового моста с применением NaCl и СМА (США)

Многие исследователи рекомендуют использование СМА, потому что этот материал не является химически агрессивным по отношению к цементобетону и не увеличивает его шелушение при замораживании и оттаивании. Последние исследования, проведенные Департаментом транспорта Великобритании, подтвердили этот вывод (рис. 8).

Противогололедные материалы

Рис. 8. Влияние химических ПГМ на шелушение цементобетонных образцов, изготовленных без воздухововлекающих добавок:

1 - NaCl; 2 - СaCl, 3 - мочевина; 4 - этиленгликоль; 5 - СМА; 6 - Н₂0

Испытания, проведенные Департаментом транспорта шт. Мичиган (США), также показали, что СМА значительно снижает шелушение цементобетона с воздухововлекающими добавками и без них по сравнению с использованием только соли. Кроме того, когда небольшие количества СМА перемешивали с хлоридами натрия, отмечалось значительное улучшение сопротивления цементобетона расслаиванию (рис. 9).

Содержание СМА в смеси CMA+NaCI, %

Рис. 9. Потеря массы образцов цементобетона в зависимости от содержания СМА в смеси CMA+NaCl:

1 - цементобетон с воздухововлекающей добавкой;

2 - то же, без воздухововлекающей добавки

Кроме СМА, в США широко используют и другие химические противогололедные материалы [13]. Некоторые из них приведены ниже.

Концентрация                                  Точка насыщенного эвтектики, раствора, % °С

Хлористый натрий (NaCl)                                 23                                           -21,1

Хлористый магний (MgCl₂)                               22                                           -33,2

Хлористый кальций (СаСl)                               30                                           -51,1

Ацетат магния (Mg(CH₃COO)₂)                         32                                           -27,2

Ацетат кальция (Са(СН₃СОО)₂)            50                                           -59,2

Ацетат калия (КСН₃СОО)                                  50                                           -31,7

Для зимней эксплуатации автомобильных дорог в Венгрии применяют как фрикционные (песок, шлак, щебень и др.), так и химические материалы [15].

Основные данные, характеризующие зимнее содержание автомобильных дорог в Венгрии, приведены ниже.

Протяженность дорог, тыс. км                                                  30

Количество дней в году:

снежных                                                                                      22

скользких                                                                                     66

количество используемых ГПМ, тыс. т:

химических                                                                                 60 - 90

фрикционных                                                                             50 - 100

В качестве химических материалов применяют:

- неорганические вещества: хлориды, сульфаты, нитраты, фосфаты, карбонаты;

- органические вещества: гликоли, амиды, ацетаты, мочевину.

В Венгрии наиболее распространенным противогололедным материалом является хлористый натрий. Это натуральный минеральный материал. Добыча соли в промышленном масштабе производится из шахт, но значительное количество извлекают из соляных вод.

Соль, полученная способом добычи из шахт, обычно очень чистая и без всякой переработки может применяться для разных целей.

Соль, извлеченная из соляных вод, содержит различные примеси (кальций, магний и их химические соединения), поэтому является гигроскопической.

К соли, применяемой в Венгрии для защиты дорог от зимней скользкости, предъявляются следующие требования.

Содержание хлористого натрия, %,

не менее                                                                                      97

Влагосодержание, %, не более                                                 0,5

Содержание нерастворимых частиц, %,

не более                                                                                       1,5

Содержание сульфатов, %, не более                                        1,5

Механические примеси, %, не более                                       0,005

Содержание частиц размером, %:

< 0,25 мм, не более                                                                    10,0

0,25 - 0,50 мм, не более                                                             25,0

0,50 - 5,00 мм, не менее                                                             75,0

> 5мм                                                                                           Не допускается

В Венгрии в зимний период года соль (NaCl) используется до температуры - 10°С для уменьшения скользкости дорог, предупреждения образования снежно-ледяных отложений и удаления с покрытия дорог слоя льда и снега.

Количество распределяемой соли зависит от погодных условий, температуры воздуха, дорожных условий и вида осадков (табл. 14).

Таблица 14

Количество соли, распределяемой при различных условиях применения

Для точного разбрасывания минимального количества соли нужны специальные машины, так называемые солераспределители. Так как соблюдать условия точной дозировки при использовании пескоразбрасывателей очень трудно, соль смешивают с наполнителями, такими как песок, опилки и другие, и разбрасывают не чистую соль, а ее смесь.

Могут быть другие виды использования хлористого натрия: смесь хлористого натрия с хлористым кальцием и смачивание соли (NaCl) раствором. При этом применяют смеси двух химических компонентов хлористого натрия и хлористого кальция в соотношении 4:1.

С добавлением хлористого кальция расширяется интервал действия хлористого натрия, что способствует надежной зимней эксплуатации дорог.

При низких температурах и относительной влажности воздуха хлористый натрий работает как фрикционный материал, повышающий шероховатость поверхности покрытия, но участвующий в процессе хлористый кальций уже начинает плавить снежно-ледяные отложения.

Он расплавляет лед, при этом сам переходит в раствор, а вместе с этим создает благоприятные условия для влияния на процесс работы хлористого натрия.

Применение смеси этих двух солей особенно рекомендуется при резких изменениях погодных условий, когда за короткое время изменяются и температура, и относительная влажность воздуха.

4. СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ БОРЬБЕ С ЗИМНЕЙ СКОЛЬЗКОСТЬЮ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ И ГОРОДСКИХ УЛИЦАХ

4.1. ПРИМЕНЕНИЕ ХЛОРИДОВ НАТРИЯ

Образующуюся на автомобильных дорогах зимнюю скользкость легко и быстро можно ликвидировать путем применения различных технологических операций и своевременного распределения противогололедных материалов. Приступают к работам по предупреждению или ликвидации зимней скользкости с использованием ПГМ до образования снежно-ледяных отложений (профилактический способ) или сразу же при ее возникновении. Работы выполняют с учетом местных метеорологических условий и состояния дорожного покрытия. Для этого определяют температуру воздуха и покрытия, вид скользкости и толщину слоя отложений на дороге [12].

Эти данные необходимы для выбора ПГМ, определения норм их распределения и принятия технологии работ.

Технологию применения ПГМ выбирают с учетом конкретных погодных условий, при которых произошло образование зимней скользкости, и вида снежно-ледяных отложений. Наилучший эффект устранения тонких ледяных пленок достигается россыпью на их поверхность мелкозернистой соли или чешуек хлористого кальция. Крупнозернистая соль для этих целей малопригодна, так как крупные зерна медленно растворяются и легко отбрасываются в сторону колесами движущихся автомобилей или сдуваются ветром.

Технология удаления снежно-ледяного наката с дорожного покрытия отличается от профилактического способа. Технологический процесс складывается из распределения химических веществ по поверхности наката; времени выжидания, в течение которого происходит нарушение связей и перемешивание реагентов со снежно-ледяными отложениями под колесами движущихся автомобилей; уборки плужно-щеточными снегоочистителями увлажненной кашицеобразной массы снега («дорожной шуги»), образующейся на проезжей части автомобильной дороги.

При этой технологии укатанный автомобилями слой свежевыпавшего снега не плавится полностью, а лишь разрыхляется до состояния, при котором становится возможной механическая очистка покрытия.

Процесс разрыхления уплотненного снега на автомобильной дороге происходит тем эффективнее, чем интенсивнее движение, так как под действием колес автомобилей частицы соли перемещаются с одного места на другое, что способствует разрыхлению отложений в зоне перемешивания до тех пор, пока соль не растворится. Если такого перемешивания не происходит, крупные зерна соли проплавляют насквозь снежно-ледяную корку, и, отложившись на покрытии, могут лежать в образованных ими ледяных микролунках в твердом состоянии длительное время. В этих случаях снежно-ледяная корка приобретает лишь ноздреватую структуру и в таком виде зачастую не поддается механической очистке. Наряду с кристаллическими веществами для нарушения межкристаллических связей наката могут использоваться также и высокоминерализованные рассолы.

Если в результате несвоевременной уборки снега на покрытии автомобильной дороги появляется толстая и плотная корка снежно-ледяного наката, то такие отложения удаляются по указанной технологии в несколько приемов.

Предупредить образование снежно-ледяного наката, появляющегося при сильных снегопадах и интенсивном движении транспортных средств, можно лишь путем своевременной и качественной патрульной снегоочистки. Однако полностью убрать снег с дороги снегоуборочной техникой не всегда удается. В связи с этим, наряду с высокоэффективной уборкой свежевыпавшего снега, осуществляют внесение в снег химических противогололедных материалов во время снегопада. В этом случае отложившийся на поверхности дороги снег теряет способность уплотняться под действием колес автомобиля и тем самым исключается возможность образования скользких снежно-ледяных корок.

Внесенные в снег твердые хлориды растворяются, и образующийся при этом соляной раствор смачивает снег, что приводит к резкому изменению его физико-механических свойств. У такого смоченного снега снижаются коэффициент внутреннего трения, величина сцепления кристаллов между собой и с дорожным покрытием. Под действием внешних усилий он не уплотняется, полностью выжимается из-под колес автомобилей и легко убирается плужно-щеточными снегоочистителями.

Практически для этих целей достаточно распределить кристаллические вещества по норме 20 - 30 г/м² поверхности при толщине снежного слоя до 30 - 40 мм.

Использование хлоридов при уборке свежевыпавшего снега фактически является профилактической мерой борьбы со скользкостью. Достичь высококачественной очистки снега и тем самым предупредить образование снежного наката можно при соблюдении соответствующей технологии.

Основные технологические операции складываются из времени выжидания от начала снегопада до начала распределения противогололедных материалов (толщина снежного слоя должна быть не менее 2 см); распределения ПГМ по поверхности свежевыпавшего снега; времени выжидания, в течение которого происходит перемешивание реагентов со снегом колесами движущихся автомобилей; удаления разрыхленного снега.

С практической точки зрения наибольший интерес представляет профилактический способ борьбы, с зимней скользкостью, при котором химические материалы распределяют до появления скользкости, тем самым предотвращая его образование. Сущность этого способа заключается в том, что выпадающие из атмосферы осадки в жидком или твердом виде при соприкосновении с дорожным покрытием по температурным условиям должны были бы кристаллизоваться или преобразоваться в накат. Для предотвращения этого на автомобильную дорогу заблаговременно наносят высококонцентрированный противогололедный раствор, поэтому выпадающая влага при незначительном разбавлении раствора не замерзает. Если же в результате значительного разбавления атмосферной влагой концентрация раствора станет ниже точки замерзания, тогда начнется образование льда. Однако лед, образовавшийся из раствора, вследствие наличия в нем солей, обладает более слабыми прочностными свойствами, чем чистый лед. Сила примерзания соленого льда к покрытию значительно меньше, чем пресного, поэтому соленый лед может быть легко отделен от покрытия. Учитывая технологические особенности, применение этого способа не представляет сложности. Однако использованию этого способа пока препятствуют трудности заблаговременного (от 1 до 3 ч) получения оправданного краткосрочного прогноза образования скользкости.

Профилактический способ борьбы с зимней скользкостью с использованием краткосрочного метеообеспечения позволяет предотвратить ее образование, сократить расход химических ПГМ за счет своевременного распределения минимальных норм (5 - 10 г/м²), повысить безопасность движения транспортных средств и снизить экологическую нагрузку на окружающую среду.

О предотвращении зимней скользкости на автомобильных дорогах Эстонии с использованием новых технологий и современной техники, позволяющей точно дозировать ПГМ, сообщается представителем этой страны в докладе на X Международном конгрессе, который проходил в Швеции в 1998 г. В докладе рассматривались проблемы, связанные с предупреждением образования гололедицы на дорогах.

В Эстонии насчитывается около 44000 км автомобильных дорог, из которых 15400 км являются государственными и находятся в компетенции Департамента автомобильных дорог (рис. 10).

Рис. 10. Протяженность автомобильных дорог Эстонии, на которых осуществляется зимнее содержание:

 - всего дорог;  - дороги, на которых постоянно контролируется коэффициент скользкости;  - дороги, на которых осуществляется зимнее содержание

До 1993 г. для борьбы с гололедицей на автомобильных дорогах использовались пескосоляная смесь и мелкие фракции каменных материалов без соли. Работы осуществлялись устаревшей техникой, что не позволяло контролировать точность распределения материалов (в зависимости от скорости распределителя норма расхода колебалась от 50 до 500 г/м²).

Хлориды, которые добавляли в песок, привозили из Белоруссии и были очень плохого качества (содержание неразрешенных к применению компонентов доходило до 15 %)/

С 1993 г. Дорожная администрация Эстонии использует западную технику таких производителей, как NIDO, SALO, PIETSCH и других, позволяющую точно дозировать необходимое количество противогололедных материалов. В настоящее время в связи с использованием новой техники появилась возможность применения хлорида натрия. Экспериментальные работы, проведенные под руководством Дорожной администрации г. Vôru на юге Эстонии, показали, что транспортные расходы, благодаря борьбе с зимней скользкостью, значительно снизились, кроме того, отпала необходимость в очистке дорог от песка, который раньше рассыпали в зимний период.

На основании полученных экспериментальных данных с 1994 г. были установлены требования к зимнему содержанию автомобильных дорог. В зависимости от интенсивности движения транспортных средств дорожная сеть была классифицирована следующим образом:

I класс:

интенсивность движения

> 2000 авт./сут.                                                    Устранение гололедицы в течение 4 ч после образования, обеспечение движения по дороге в течение всего зимнего периода

II класс:

интенсивность движения

1000 - 2000 авт./сут                                 То же, в течение 5 ч

II b класс:

интенсивность движения

500 - 1000 авт./сут                                              То же, в течение 8 ч, допускается наличие тонкого слоя снега

III класс:

интенсивность движения

200 - 500 авт./сут                                     Устранение гололедицы в течение 24 ч

IV класс:

интенсивность движения

< 200 авт./сут.                                          То же, в течение 48 ч

В Эстонии благодаря принятию этих требований, использованию современной техники и расширению применения чистых хлоридов (NaCl) значительно сократилась потребность во фрикционных материалах.

Расход ПГМ по годам приведен на рис. 11 и 12.

Рис. 11. Расход ПГМ, используемых для борьбы с зимней скользкостью:

 - пескосоляная смесь;  - фрикционные каменные материалы без примесей

Рис. 12. Расход хлоридов, используемых для борьбы с зимней скользкостью:

 - общее количество хлоридов;  - хлориды в чистом виде

Внедрение новой технологии с использованием хлоридов (NaCl) для борьбы с зимней скользкостью сначала претерпевало трудности. Было проведено сравнение эффективности применения чистых хлоридов и пескосоляной смеси. Установлено, что при использовании чистых хлоридов требовался больший их расход. Однако со временем в результате регулярного применения расход хлоридов уменьшился (рис. 13).

Рис. 13. Количество хлоридов, расходуемых на 1 км дороги для борьбы с зимней скользкостью

Финансовые расходы на зимнее содержание 1 км дороги и на борьбу с гололедицей в течение 5 лет приведены на рис. 14.

Рис.14. Финансовые расходы на зимнее содержание 1 км автомобильной дороги:

 - зимнее содержание;  - борьба с гололедицей

В настоящее время стоимость зимних работ выросла на 150 %. Вызвано это прежде всего повышением цен на топливо, материалы, переходом на более дорогие технологии и инфляцией.

Применение новой технологии борьбы с зимней скользкостью с применением хлористого натрия в Эстонии позволило:

- более оперативно бороться с зимней скользкостью;

- снизить расходы на борьбу с гололедицей, что дало возможность в течение 5 лет увеличивать в 1,5 раза количество обрабатываемых автомобильных дорог;

- повысить качество зимнего содержания дорог на требуемый уровень, несмотря на инфляцию и недостаток финансовых средств;

- уменьшить расход распределяемых хлоридов примерно на 1/3, улучшить экологическую обстановку.

В настоящее время в Эстонии для борьбы с зимней скользкостью все шире внедряется технология по использованию смоченной соли с установкой на дорогах метеопостов.

В городах Словакии наиболее часто встречаются следующие технологии зимнего содержания дорог [16]:

- распределение сухой соли;

- распределение фрикционных материалов;

- обработка покрытий солью в сочетании с распределением фрикционных (абразивных) материалов.

Распределение абразивных материалов в Словакии производят, главным образом, по экологическим причинам. Наиболее распространенными материалами являются мелкий щебень и гравий. Наибольшее распространение, принимая во внимание прочность и наличие, отдают гравийным материалам. Но в регионах с большим количеством осадков зимнее содержание автомобильных дорог не эффективно без применения химических противогололедных средств. Специалисты считают, что невозможно добиться безопасной эксплуатации дороги, только используя абразивы. Во время снегопада может образоваться слой снега толщиной 10 см и более, что затем приведет к образованию снежной колеи, которая ухудшит эксплуатацию дороги, особенно при движении автомобиля на обгон. При рассмотрении влияния использования абразивных материалов на видимость дорожной разметки следует отметить другой недостаток данной технологии: с покрытия дороги не устраняется уплотненный снег, и после таяния снега или льда абразивные материалы остаются на дорожном покрытии. Кроме того, абразивные материалы влияют на износ дорожного покрытия, а, перемешиваясь с влагой, образуют грязь, состоящую из смеси пыли, накопившейся на асфальтобетонном покрытии, и абразивных материалов. Грязь приводит к снижению безопасности движения автомобилей за счет ухудшения видимости и светоотражающей способности линий дорожной разметки, дорожных знаков и направляющих.

С точки зрения видимости дорожной разметки технология борьбы с зимней скользкостью с применением NaCl имеет, как утверждают специалисты Словакии, следующие недостатки:

- если распределение ПГМ выполняется по уже существующим слоям льда или снега, видимость дорожной разметки нарушается;

- процесс таяния - медленный процесс, соль распределяется неравномерно, иногда бесцельно растрачиваясь, попадая на придорожную полосу. При этом образуются снежные колеи и «клочки» снега и грязи, так что дорожная разметка, например, указатели направления движения, прерывистые или сплошные линии, краевая разметка проезжей части, зоны пешеходных переходов и остановок автобусов и т.д. остаются под снегом в течение длительного периода времени.

Распределение сухой соли имеет ограниченный эффект. Исследования показали, что во время процесса распределения большая часть сухой соли остается по краям проезжей части, часть сдувается с дороги ветром или сдвигается движущимися транспортными средствами. Чтобы обеспечить более эффективную обработку покрытий солью, перед распределением ее необходимо предварительно смачивать.

Преимущества использования предварительно смоченной соли вместо сухой заключаются в следующем:

- более равномерное распределение с меньшим количеством потерь за счет предотвращения отбрасывания соли на обочину;

- лучшее прилипание к поверхности дорожного покрытия;

- более быстрый и длительный эффект за счет сокращения времени, требуемого для растворения соли;

- возможность использования при более низких температурах;

- увеличение скорости распределения по дорожному покрытию;

- сокращение времени высыхания покрытия.

Из-за большого количества на городских дорогах скоростных автомобилей, наличия трамвайных путей и пешеходных переходов наиболее предпочтительна с точки зрения безопасности дорожного движения технология «черного» покрытия (дорога, чистая от снега и льда), что может достигаться путем применения химических ПГМ.

В Словакии считают [16], что самым большим преимуществом химических противогололедных материалов является возможность их применения с предупредительной целью для предотвращения образования гололеда. Должным образом выполненные с профилактической целью разбрасывание и разбрызгивание химических ПГМ являются единственными способами, которые могут предупреждать образование гололеда и снижать расход реагентов.

С точки зрения видимости дорожной разметки наиболее подходящей технологией зимнего содержания городских дорог также является предупредительный способ. Стратегия «черного» покрытия с предварительным использованием соляного раствора (рассола) применяется не только из-за финансовой выгоды для Дорожной администрации, но и с точки зрения меньшего воздействия на окружающую среду [16].

Наиболее эффективным способом поддержания дорог в «черном состоянии» является создание антигололедного покрытия, когда в асфальтобетонные смеси специально вводятся антигололедные добавки.

Этот способ хорошо известен и используется в странах Западной Европы и США. Повышение стойкости дорожных покрытий к гололедообразованию или предупреждение опасного утолщения снежно-ледяных отложений имеет большое значение для обеспечения безопасности движения транспортных средств, особенно в государствах с неустойчивыми погодными условиями.

4.2. АНТИГОЛОЛЕДНЫЕ ДОБАВКИ

К одному из способов образования антигололедных покрытий, разработанному в Словакии, относится «Соленый бетон» [16, 17].

Антигололедная добавка с рабочим названием «Соленый бетон» представляет собой обработанные кристаллы противогололедного вещества (NaCl), введенные в минеральную часть асфальтобетона. Минеральная оболочка соли (NaCl) формируется из цемента, мелкозернистого известнякового порошка и дробленого песка. Образованный таким образом искусственный заполнитель - «Соленый бетон» - является равноценным компонентом асфальтобетонной смеси наряду с другими составляющими.

Введение добавки в количестве около 10 % по массе минерального материала является достаточным для достижения желаемого эффекта. В летние месяцы дорожное покрытие становится более мягким, а эффект уплотнения увеличивается, в результате этого соль высвобождается в меньшем количестве, чем в течение зимнего периода, когда истирающее воздействие шипованных шин автомобилей на дорожное покрытие больше. При температуре около -4°С небольшое количество соли (приблизительно 1 %) расплавляет тонкие слои снега. При температуре более низкой (ниже -4°С) плотность льда нарушается; лед ломается и удаляется с поверхности дороги под действием колес транспортных средств. Если температура особенно низкая (-10°С), эффект «Соленого бетона» снижается, но сохраняется возможность достаточно простой очистки поверхности дороги с использованием дорожной щетки и отвала.

В процессе строительства и эксплуатации различных типов битумных дорожных одежд разрушения «Соленого бетона» из-за недостаточной его прочности не наблюдалось и количество хлористого натрия на поверхности покрытия было не менее 1 % (табл. 15).

Таблица 15

Данные наблюдений за состоянием покрытия экспериментального участка (г. Мартин, Словакия)

Экспериментальные данные позволили сделать технические и экономические предпосылки использования «Соленого бетона»:

- добавка в количестве 10 % по массе минерального заполнителя в асфальтобетонной смеси обеспечивает защиту покрытия от образования гололеда при температуре -4°С;

- противогололедная обработка дорожного покрытия предупреждает образование слоя льда на данной поверхности и значительно облегчает удаление снега;

- на участках с интенсивным движением транспортных средств противогололедная обработка не требует предупредительного распределения химических средств;

- присутствие эффективного антигололедного компонента на покрытии обработанной дорожной одежды не вызывает ни повышения влажности дорог, ни коррозии транспортных средств;

- антигололедная добавка, равномерно распределенная по всей толщине асфальтобетонного покрытия, повышает эффективность работы дорожной одежды;

- производство антигололедной добавки не требует значительных капиталовложений;

- технологическое оборудование для производства «Соленого бетона» не является сложным, в его составе должны быть бетоносмесительная установка, дробилка и грохот, используемые для производства обычных заполнителей;

- сырье для производства добавки доступно и дешево;

- материал не токсичен, при его использовании не требуется соблюдение специальных технологических и гигиенических норм;

- при хранении материала не требуется его упаковка, достаточно обеспечить укрытие и водоотвод.

В 70-х годах XX столетия в Швейцарии, Австрии, Германии, Франции, Швеции, Норвегии, Канаде и США начали применять новую технологию борьбы с гололедом - устройство асфальтобетонных покрытий с антигололедными свойствами. Особенно этот способ нашел применение на наиболее опасных участках дорог: крутых спусках и подъемах, кривых малого радиуса, перекрестках, мостах, путепроводах, туннелях и других аналогичных участках. В качестве антигололедной добавки в асфальтобетонную смесь вводили состав из хлорида кальция (80 %) и гидроокиси натрия (5 %). Для снижения коррозионной активности и сопротивляемости вымывания хлорида из дорожного покрытия в смесь вводили и другие химические элементы, такие, как акустическая сода. Гранулы антигололедной добавки покрывались пленкой полимеризованного льняного масла для защиты их от воздействия влаги. Название анти гололедной добавки «Верглимит» происходит от французского выражения «limite le verglas», что означает «конец гололеда». Добавку «Верглимит» размером зерен от 0,5 до 5 мм хранят и транспортируют в 20-килограммовых (55 фунтов) полиэтиленовых мешках. Введение добавки «Верглимит» в количестве от 2,5 до 5 % по массе щебня в асфальтобетонную плотную смесь осуществляют непосредственно перед ее укладкой через загрузочный бункер асфальтоукладчика или в смеситель при приготовлении смеси на асфальтобетонном заводе. Стоимость 1 т добавки «Верглимит» в США (шт. Нью-Йорк) составляет 600 долл., а 1 т асфальтобетонной смеси с антигололедными свойствами - на 40 долл. дороже обычной смеси.

В России аналогичную антигололедную добавку к асфальтобетонным смесям выпускают под названием «Грикол» по ТУ 5718-003-052-04773-95.

4.3. ТЕХНОЛОГИЯ «СМОЧЕННАЯ СОЛЬ»

В последние годы на дорогах и улицах Литвы применяется технология «Влажная соль» (технология «Смоченная соль»)* [7].

* Так как твердые соли обрабатывают, как правило, не водой, а растворами солей, в России принят термин «Смоченная соль» вместо «Влажной соли» (Примеч. авторов).

Трехлетнее наблюдение и анализ показали, что благодаря технологии «Смоченная соль» можно сократить расход хлорида натрия до 20 % (табл. 16).

Из приведенных данных видно, что применение новой технологии может снизить расход соли в среднем на 14 %, смеси песка с солью - в 8 раз, а количество используемых распределителей - в 4 - 5 раз.

Главными причинами применения смоченных солей в Литве являются улучшение экологической обстановки, экономическая прибыль, гарантия безопасности дорожного движения.

Таблица 16

Оборудование, материалы и площади обработанных покрытий автомобильных дорог в зимний период в городах Литвы

Хлорид натрия (NaCl), увлажненный раствором этой же соли, успешно применяется при температуре воздуха не ниже -7°С. При более низких температурах эффект соли небольшой и соль становится неэффективной. Для расширения диапазона температур используют смеси хлорида натрия (NaCl) и хлорида кальция (СаС1₂). Это дает значительный эффект: расход NaCl сокращается на 25 - 40 %, а температурный диапазон увеличивается до -18°С. Однако возникает другая проблема, соль хлорида кальция в 20 раз дороже соли хлорида натрия.

В Венгрии все чаще используют смоченные соли. Хлористый натрий при распределении обрабатывается раствором хлористого кальция 25 - 30 %-ной концентрации.

По экспериментальным данным, при температуре -5°С для плавления гололеда удельный расход хлористого натрия составляет 7 г/м², а удельный расход раствора хлористого кальция - 2,5 г/м², итого 9,5 г/м² смоченной соли.

В настоящее время применяют различные способы смачивания соли. Каждый способ принципиально отличается от других количеством раствора, используемого для увлажнения сухой соли. Согласно европейским данным, для увлажнения соли добавляют 20 - 30 % раствора от количества распределяемой соли. Наиболее отличающимся от этого способа является способ смачивания соли, распространенный в США, согласно которому используется не более 5 % рассола от количества распределяемой соли.

Министерство транспорта провинции Квебек (Канада) продолжило работы по оценке смачивания соли [7].

Анализ показал, что североамериканский метод смачивания соли лучше всего подходит для климатических условий провинции Квебек. В частности, в отличие от европейского метода, в североамериканском используется такое количество раствора, которое лучше удовлетворяет требованиям по зерновому составу соли, используемой в Канаде. Это объясняется тем, что используемая соль обычно крупнее, чем соль, применяемая в Европе. Для крупной соли требуется меньшее количество раствора для полного смачивания всех зерен.

Испытания, проведенные Министерством транспорта, показали, что максимальное количество раствора, требуемого для полного смачивания всех зерен квебекской соли, составляет 10 %. В испытаниях использовалась сухая соль, которая перед распределением контактировала с раствором в течение 15 с.

Выбор раствора для смачивания соли зависит в основном от обшей стоимости и температурного диапазона, в котором данный раствор может дать необходимый эффект. Для климата провинции Квебек наиболее подходящим на данный момент является использование раствора хлорида кальция 28 %-ной концентрации.

При 28 %-ной концентрации раствор не замерзнет и работает при низких температурах, таких, как -40°С. Это позволяет хранить его без нагревания, что снижает затраты на использование.

Для распределения смоченных солей используют оборудование, как правило, состоящее из следующих агрегатов:

- дозирующего устройства (гидравлического или электронного) и элементов регулирования;

- резервуаров для раствора;

- распределительных устройств (разбрызгивателей).

Основываясь на проведенных исследованиях, специалисты Канады пришли к выводу, что наибольшей эффективностью обладает раствор хлорида кальция 28 - 30 %-ной концентрации, которого требуется порядка 10 % от количества используемой сухой соли. В дополнение к этому экономисты рассматривают и другие выгоды, которые можно получить, используя смоченную соль. Например, время, в течение которого покрытие автомобильной дороги становится безопасным для движения, а также снижение вредного воздействия противогололедной соли на окружающую среду [7].

Наряду с технологическими результатами специалистами Канады были сделаны предложения по совершенствованию и модернизации средств механизации, выразившиеся в следующем.

1. Снижение массы оборудования на 1505 кг за счет применения композитных материалов.

2. Разработка комбинированной дорожной машины «Saltep-Dumpster», которая может использоваться круглый год для борьбы с зимней скользкостью зимой и с пылью летом. С этой целью машина снабжается продольным цепным транспортером, дополнительной коробкой передач (с обратным ходом), защитным экраном и другими узлами, позволяющими выполнять обычные работы по распределению химических противогололедных материалов, а также использовать ее для самопогрузки, вывоза и регенерации снега.

3. Обеспечение всех распределителей тахографом - бортовым компьютером по контролю всех циклов, выполняемых машиной в течение рабочего времени (времени работы, остановок, начала и окончания циклов, скоростей движения и т.п.). Тахограф способствует снижению расхода топлива и улучшению организации работы водителя.

4. Оборудование дорожных машин для зимнего содержания дорог «Спутниковой системой местоопределения» (GPS), которая позволяет проследить место нахождения машины и при необходимости передислоцировать распределители ПГМ и снегоуборочную технику на другие участки работы с учетом скорости и времени движения.

Кроме того, было отмечено, что в Канаде за безопасность дорожного движения на дорогах в зимний период в равной степени несет ответственность пользователь (водитель) дороги. Водитель обязан содержать свое транспортное средство в хорошем рабочем состоянии и надлежащим образом его оборудовать, особенно это касается переоборудования колес автомобилей с зимними шинами. В законе о дорожной безопасности провинции Квебек (Канада) отражено, что водитель самостоятельно принимает решение о снижении скорости движения до безопасной при соответствующих погодно-климатических условиях (снегопаде, метели, тумане и т.п.) и состоянии проезжей части (снежном накате, гололеде и т.п.). Эти обстоятельства в первую очередь учитываются при разборе ДТП и определении виновных.

Расход соли (NaCl)

Состояние дорожного покрытия в зимних условиях зависит от эффективности борьбы со снегом и льдом на автомобильных дорогах. Для достижения главной цели в настоящее время используют соль, количество которой зависит от многих факторов. В Германии были проведены исследования по установлению зависимости расхода соли от значения дороги и количества выпавшего снега. С этой целью была разработана форма электронного журнала для отдельных дорожных участков, в который ежедневно заносились сведения о погодных условиях, работе снегоуборочной техники и расходе соли (табл. 17).

На основании анализа полученных данных было выявлено, что при относительно одинаковом количестве выпавшего снега на дорожные участки средний расход соли (NaCl) составил на федеральных автомагистралях - 89 %, на федеральных дорогах - 79 %, на дорогах земель (местные) - 54 % от общего расхода соли в зимний период.

Высокий процент использования соли объясняется тем, что исходя из более повышенных требований к эксплутационным качествам покрытия была выбрана такая стратегия содержания дорог, которая позволила удалять снег с покрытия быстро и эффективно, за счет использования большого количества противогололедных средств при снегоочистке, предупреждающих образование прочного снежного наката на проезжей части дороги.

Таблица 17

Образец формы электронного журнала для дорожного участка

Примечание. |- максимальная температура воздуха;  - минимальная температура воздуха; Т - оттепель (температура около 0°С); F - температура от 0 до -2°С; Е - то же, от -2 до -10°С; R - дождь; S - снег; SR - снег с дождем.

Кроме того, немецкими специалистами была получена зависимость между толщиной снега, выпавшего в течение одного снегопада, и единовременным расходом соли для обработки покрытия с целью предупреждения его скользкости (рис. 15). Зависимость получена по 27 дорожным участкам на двухполосных федеральных дорогах земли Баварии [7].

Рис. 15. Зависимость расхода соли от толщины рыхлого слоя снега на дорожном покрытии

Как видно из рис. 15, отношение между толщиной отложившегося на покрытии снега и расходом соли не является прямо пропорциональной зависимостью и уменьшается при увеличении толщины снега. Так, фактический расход соли на каждый сантиметр снега составляет 8,5 г/м² при толщине слоя 2 см, 6,75 г/м² - 4 см и 47,5 г/м² - 8 см. Таким образом, при толщине слоя снега 4 см расход соли при повторной обработке можно снизить на 20 %, а при толщине слоя снега 8 см - на 44 %, что значительно сократит общие затраты на зимнее содержание автомобильных дорог.

4.4. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ АНТИГОЛОЛЕДНАЯ ОБРАБОТКА ПОКРЫТИЙ

Перспективной технологией, применяемой в США в конце XX столетия, оказалась предварительная обработка, способствующая замедлению образования льда и снежного наката на дорожном покрытии [16].

Антигололедная обработка покрытий является основной концепцией и стратегией борьбы со снегом и гололедом, согласно которым химическое вещество, понижающее температуру замерзания, либо в жидкой форме, либо в предварительно увлажненном твердом виде распределяется непосредственно на дорожное покрытие перед снегопадом и гололедообразованием. Химические вещества предупреждают сцепление снега и льда с дорожным покрытием и препятствуют образованию трудно устраняемого слежавшегося слоя снега и льда, формирующегося во время или после снегопада. Традиционным же методом борьбы со снегом и гололедом, используемым ранее в качестве основного способа удаления снега с дорожной одежды, являлась снегоочистка, а не химические вещества [16].

В настоящее время метод предварительной антигололедной обработки покрытий автомобильных дорог в США развился до уровня современной стратегии борьбы со снегом и гололедом, в которой используются новые научно обоснованные и эффективные технологии. К таким технологиям относятся: система информации о погодных условиях на дороге (RWIS), прогнозирование погодных и температурных условий на определенных участках дороги, использование более сложного распределительного и снегоочистительного оборудования. На протяжении трех лет в 15 дорожных агентствах штатов испытывали и оценивали различные технологии и системы антигололедной обработки покрытий, чтобы определить топографические, климатологические, метеорологические условия и условия дорожного движения, при которых противогололедные материалы оказывают наибольшую эффективность.

Подтвержденный успех этого проекта привел дорожные агентства различных штатов и агентства местного подчинения к использованию предварительных антигололедных обработок покрытий в качестве средства максимальной эффективности работ по зимнему содержанию с минимальным использованием реагентов и абразивов. Антигололедные обработки позволили шире соблюдать экологические требования, используя для борьбы со снегом и гололедом реагенты, не вызывающие коррозии автомобилей и не оказывающие вредного воздействия на окружающую среду и элементы дорожной инфраструктуры.

Борьба со снегом и гололедом в США получила приоритет среди вопросов эксплуатации автомобильных дорог. Действительно, в некоторых штатах это наиболее дорогостоящий вид работ по содержанию автомобильных дорог. Например, в шт. Монтана на борьбу со снегом и гололедом тратится до 35 % средств, выделяемых на содержание дорог. В 1996 г. в шт. Пенсильвания израсходовано 187 млн. долл. на снегоочистку, в то время как только в г. Нью-Йорке израсходовано почти 56 млн. долл. Ежегодно в США тратится 2,1 млрд. долл. на борьбу со снегом и гололедом (в том числе 700 млн. долл. составляет стоимость реагентов).

Общественные потери, связанные с отсутствием надлежащей борьбы со снегом и гололедом, оцениваются приблизительно в 5 млрд. долл./год. К таким потерям экономисты относят задержки при движении, повреждения собственности в результате ДТП, а также коррозию транспортных средств и мостов, ранение людей и отрицательное воздействие на окружающую среду.

Исследованиями, проведенными в США Институтом транспорта шт. Техас и Университетом шт. Невада, установлено, что дорожные агентства этих штатов могут экономить ежегодно 325 млн. долл. в случае перехода на концепцию предварительной антигололедной обработки покрытий. Кроме того, в 1,32 млрд. долл. в этом случае оценивается экономия за счет снижения числа ДТП и задержек в пути.

Предварительная антигололедная обработка дорожных покрытий в США не проводится при отсутствии информации о погодных условиях (RWIS).

Система RWIS является ценной информационной технологией, которая играет очень важную роль в предупреждении образования снежно-ледяных отложений на автомобильных дорогах. Это есть стратегия принятия решения, используемая для оптимизации эффекта, получаемого в результате проведения работ по антиобледенению покрытий. Система RWIS включает дорожный датчик, контролирующий температуру дорожной одежды и такие условия на поверхности покрытия, как наличие снега, льда или воды и реагентов; атмосферные датчики, фиксирующие температуру, влажность воздуха, точку росы, направление и скорость ветра и количество осадков; программу прогноза погоды на ближайшее время. Система также содержит дистанционные процессоры, которые собирают и передают данные на центральный пульт, где происходит их обработка, интерпретация и передача исполнителю работ, участнику движения для информации и использования.

С помощью системы RWIS дорожные агентства США прогнозируют время, тип и интенсивность образования зимней скользкости на дорожных покрытиях, предусматривают наиболее эффективное использование антигололедных материалов и распределительного оборудования. Опыт ведущего пользователя этой технологии (шт. Невада) показал, что использование системы RWIS уменьшает расход противогололедных материалов и сокращает сверхнормативные работы.

Развитие системы RWIS позволило разработать и внедрить автоматизированные дозаторы жидких антиобледенителей для обработки мостового полотна искусственных сооружений. Такая система состоит из отдельных элементов, которые включают устройства подачи жидких материалов (насосы, резервуары, трубопровод, форсунки и т.д.) и видеокамеру, осматривающую мост. Система имеет также датчик, который контролирует состояние проезжей части моста, и атмосферный датчик, установленный непосредственно на самом мосту. Система оповещает дорожников о надвигающихся условиях образования зимней скользкости, и при неблагоприятных условиях автоматически включается устройство подачи жидкого противогололедного реагента. Система может также дистанционно управляться вручную с помощью телефонной связи. Она особенно полезна для мостов, которые наиболее подвержены образованию зимней скользкости и расположены на отдаленных и труднодоступных участках дорог.

Одним из перспективных направлений зимнего содержания автомобильных дорог в США является температурное картографирование. Цель этого проекта - оказание помощи при организации борьбы со снегом и гололедом. По этому проекту были подготовлены температурные карты дорог для идентификации чувствительных к изменениям температур мест. Зная наиболее подверженные изменению температуры участки дороги, дорожники, занимающиеся их содержанием, принимают соответствующие решения. К ним относятся: использование наиболее эффективных реагентов, выбор рационального способа борьбы со снегом и гололедом, которые приводят к снижению числа дорожно-транспортных происшествий на автомобильных дорогах в зимних условиях.

С внедрением надежного метеообеспечения на автомобильных дорогах появилась возможность использования автоматических систем распределения химических противогололедных материалов. Впервые такая система (TMS-2000) была предложена фирмой Boschung Mecatronic (Швейцария). Система TMS-2000 (рис. 16) состоит из насосной станции, которая включает в себя цистерну для хранения жидких ПГМ вместимостью 8 м³ насос и блок электронного управления, клапанный пускатель и форсунки.

Рис. 16. Схема системы TMS-2000:

1 - цистерна для хранения жидких ПГМ; 2 - насос; 3 – блок электронного управления; 4 - клапанный пускатель; 5 - форсунки

Включение системы TMS-2000 в работу осуществляет блок электронного управления, который, получая информацию от автоматической метеостанции (АМС), подает сигнал клапанному пускателю и насосу. Противогололедный реагент насосом подается на специальную форсунку и разбрызгивается по поверхности покрытия (рис. 17).

Рис. 17. Форсунка для распределения ОАО «Московские дороги» жидких ПГМ

В дальнейшем такие системы нашли применение в Германии, Франции, Канаде, США, Финляндии и других странах. В 2004 г. аналогичная отечественная стационарная система распределения жидких противогололедных материалов была разработана и внедрена на МКАД.

5. ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

5.1. КРУГОВОРОТ ХЛОРИСТОГО НАТРИЯ В ПРИРОДЕ

С расширением сети дорог и увеличением интенсивности движения возрастает экологическая нагрузка на окружающую среду. По этой причине с начала 70-х годов прошлого столетия предметом общественных дискуссий в Германии стали вопросы влияния автодорожного комплекса на окружающую среду [18].

Противогололедные материалы являются одним из многочисленных потенциальных факторов влияния на окружающую среду. С одной стороны, применение противогололедных материалов вызывает изменение экосистемы. Но, с другой стороны, прошедшие десятилетия показали, что для высокоразвитой экономической системы и высокого уровня жизни требуется безопасность транспортных сообщений. Это явилось основанием для применения солей службой зимнего содержания дорог и проведения исследований их влияния на окружающую среду.

Основной задачей исследований в этой области является не только изучение накопления солей в водоемах, почвах и растениях, но и определение предельно допустимых норм ПГМ на угнетение растений, засоление почв и водоемов.

В Германии считают [9], что применение противогололедных солей службой зимнего содержания будет продолжаться на протяжении многих лет. Поэтому необходимость прогноза возможного вредного воздействия на окружающую среду (водоемы, почвы, растения) остается актуальной.

Исследованиями, проведенными за последние годы, уделено серьезное внимание определению баланса натрия и хлора в природе как в глобальном масштабе, так и на территориальном и местном уровнях. Это дает возможность спрогнозировать относительное влияние применяемой противогололедной соли (NaCl) по сравнению с другими потенциальными источниками хлористого натрия. С помощью полученных химических балансов, описывающих круговорот веществ в природе, проводятся различные мероприятия по уменьшению вредного влияния соли (NaCl) на окружающую природную среду.

Для планеты Земля характерны обменные процессы, с помощью которых осуществляется перенос веществ между элементами экосистем (водой, почвой и воздухом), а также в пределах этих элементов.

Химические вещества хлор и натрий также участвуют в глобальном биохимическом круговороте. Оба являются природными распространенными веществами гидро-, лито-, почво-, фито-, зоосферы и атмосферы.

Основной средой переноса для натрия и хлора является вода, так что гидрологический круговорот создает основную базу количественных данных о глобальном процессе обмена (рис. 18).

Рис. 18. Глобальный круговорот натрия и хлора в природе:

1 - антропогенная деятельность; 2 - поверхностная вода; 3 - грунтовая вода; 4 - море; 5 - отложения соли; 6 - атмосферные осадки

Основным источником хлора являются океаны, в которых запасы хлора оцениваются величиной, равной 27·10¹⁵ т. Количество же натрия в морской воде (объем = 1,34·10⁹ км³) составляет = 15·10¹⁵ т. Капельки соленой воды (соляных аэрозолей) переносятся ветром с поверхности морей (океанов) и выпадают вместе с осадками на сушу. При среднем содержании Cl в дождевых водах 4,3 мг/л (7 мг NaCl/л) на поверхность земли всех континентов (138,6 млн. км²) поступает = 240 млн. т Cl в год, или 1,7 г Сl/м²·год (400 млн. т NaCl/год, или 2,9 г NaСl/м² год). Количество Cl, переносимое поверхностными водами (реками) в океаны, составляет 194 млн. т в год.

Наряду с природными, значительное количество натрия и хлора поступает в воздух в результате антропогенной деятельности. Сюда же относятся добыча и использование солей, содержащих хлориды (каменные и выварочные соли, хлориды калия, магния и кальция), а также процессы сжигания топлива и мусора. Промышленное мировое производство NaCl в год составляет около 10·10⁷ т хлора и = 7·10⁷ т натрия.

Данные, полученные немецкими специалистами, позволяют сделать прогноз поступления химических элементов на территориальном и местном уровнях от использования противогололедных материалов.

В окружающую среду попадает довольно большая часть различных веществ в результате промышленного производства. Так, например, в Германии ежегодное производство NaCl составляет = 13,0 млн. т, а в Швейцарии = 0,4 млн. т. Возникает вопрос, какое предельное количество хлора может попасть в окружающую среду из-за антропогенной деятельности на ограниченной территории Швейцарии или Германии. Для ответа на этот вопрос специалисты используют данные о производстве и применении хлора, а также о его круговороте. На основании этих данных было определено участие служб зимнего содержания этих стран в засаливании поверхностных и грунтовых вод.

В окружающую среду (воду, почву, растения) с атмосферными осадками (выветриванием) и за счет антропогенной деятельности (промышленности, сельского хозяйства и др.) попадает большое количество хлора. Немецкие ученые на основании уравнения водного баланса смогли определить предельное количество хлора, которое может попадать в окружающую среду из-за антропогенной деятельности и атмосферных осадков (табл. 18).

Таблица 18

Количество хлора, поступающего в окружающую среду с атмосферными осадками в результате антропогенной деятельности

Как видно из приведенных данных, наибольшая часть хлора попадает в окружающую среду в результате деятельности промышленности. В Германии 34 %, Швейцарии - 45 %, в то время как дорожные хозяйства (использование противогололедных материалов - NaCl) этих стран соответственно поставляют 14 и 17 %. На основании полученных результатов специалисты не только оценивали относительное влияние различных отраслей на окружающую среду, но и определили очередность и объемы проведения мероприятий по уменьшению экологической нагрузки и улучшению состояния природной среды.

Снижение вредного влияния противогололедных материалов (NaCl) на окружающую среду, как считают немецкие специалисты, можно осуществлять за счет:

- снижения расхода противогололедных материалов в результате применения современных технологий;

- совершенствования распределителей ПГМ с повышением точности распределения норм расхода по поверхности покрытия;

- повышения надежности краткосрочного прогноза погоды для установления четкой зависимости между региональными погодно-клнматическими условиями и нормой расхода ПГМ.

На основании проведенных исследований было установлено, что расход соли на 1 км автомобильной дороги растет при увеличении интенсивности движения. В последние годы средний расход колеблется от 10 до 20 т/км на автомагистралях и от 3 до 8 т/км на федеральных дорогах. Большой разброс в расходе, как считают специалисты, происходит из-за колебания погодно-климатических условий и норм расхода противогололедных материалов. Однако сравнить расход ПГМ по различным регионам Германии долгое время не представлялось возможным из-за отсутствия общего критерия погоды. Поэтому для возможности оценки расхода соли в различные зимы был введен обобщающий погодный показатель, так называемый «зимний индекс», который позволил не только более точно устанавливать корреляцию между фактическим расходом и теоретически определенной нормой расхода противогололедной соли, но и определять исходные данные для расчета средних показателей экономии ПГМ по годам в целом по стране.

5.2. МИГРАЦИЯ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ СОЛЕЙ В ПРИДОРОЖНОЙ ПОЛОСЕ

Использование на зимних дорогах хлорида натрия в качестве противогололедного средства приводит к различным воздействиям соли на здоровье людей и окружающую среду, например, к загрязнению источников грунтовой воды и растительности. Поэтому конфликтной ситуацией у дорожников можно считать сочетание сохранения в зимний период качественного состояния дорог и защиты окружающей среды от воздействия дороги.

Основной комплексной оценкой воздействия противогололедной соли на окружающую среду в Швеции является метод DPSIR [19]. Этот метод используется Управлением по защите окружающей среды для последовательного выполнения национальных задач обеспечения качества окружающей среды.

Как указывали специалисты Швеции, основной и сложной задачей дорожных менеджеров является поиск такого способа описания проблемы влияния содержания дорог на окружающую среду, который будет понятен для политиков и общественности [19]. Они утверждают, что решающими задачами научных исследований должен быть поиск ключевых параметров и критериев для различных ячеек системы миграции соли, которые были бы понятны и использованы дорожными менеджерами. Системой, используемой Европейской организацией по охране окружающей среды (ЕЕА) в качестве руководства, способствующего пониманию сложных экологических систем, является модель DPSIR. Модель удобна для передачи информации и основывается на критериях (индикаторах) различных ячеек.

Общественные потребности и действия могут рассматриваться как движущие силы (D), которые ведут к давлению (Р) на окружающую среду. Такое давление может изменить состояние (S) некоторых ячеек окружающей среды. Это, в свою очередь, может приводить к воздействиям (I) на такие системы, как здоровье людей или окружающая среда. Наконец, общество будет реагировать (R) определенным образом, чтобы бороться с возникшей проблемой на одной или нескольких более ранних стадиях в этой модели (рис. 19).

Потребность в перевозках (D) приводит к риску контакта придорожной полосы с солью (Р), которая изменит состояние почвы и растительности (S) и, таким образом, приведет к различным воздействиям на человека (I), что может вызвать определенную реакцию (R) со стороны общества (см. рис. 19).

Рис. 19. Структура модели DPSIR:

1 - передача воздействия; 2 -реакция; 3 - воздействие; 4 - состояние; 5 - давление

Установление адекватных критериев для различных уровней модели DPSIR позволяет дорожникам Швеции не только улучшать научное понимание экологических проблем, но также повышать вероятность экологической полезности предпринимаемых ими стратегических действий.

Правилами содержания зимних дорог Швеции (1996 г.) предписывается использование хлорида натрия как противогололедного средства для борьбы с зимней скользкостью. К сожалению, раствор этой соли не остается (не задерживается) на дорожном покрытии, а разносится транспортными средствами на придорожную полосу, где он может оказывать нежелательное действие на окружающую среду.

В Швеции в настоящее время для содержания 98000 км государственных дорог используют ежегодно около 200 тыс. т соли (NaCl), часть из которой попадает в окружающую среду.

Изучение миграции соли является одной из важных проблем, которая стоит перед дорожниками и экологами. Полное понимание всей системы, вероятно, невозможно, но путем упрощенного представления реальной окружающей среды в виде модели можно достичь концептуального понимания всей проблемы.

Система миграции противогололедной соли может быть представлена в виде схемы (рис. 20), где показаны механизмы и пути переноса соли с поверхности автомобильной дороги [19].

Рис. 20. Модель системы миграции противогололедной соли (стрелками показаны виды миграции противогололедной соли)

Путь миграции противогололедной соли можно представить/в следующем виде. Распределитель наносит противогололедную соль на дорожное покрытие. Это действие является исходной точкой системы миграции. Затем соль мигрирует с дорожного покрытия без посторонней помощи (за счет силы тяжести) или уносится колесами транспортных средств. Образующийся поверхностный сток смывает соль на придорожную полосу или в дренажные системы. Некоторая часть соли может инфильтроваться в дорожное покрытие и достигать внутренней части дорожной одежды. Соль, вовлеченная в воздух при движении транспортных средств или при снегоочистке, удаляется с проезжей части в виде выплесков, распыления раствора или сухих кристаллов, которые затем осаждаются на дорожное покрытие или на придорожную полосу, техносферу, растительность, грунтовую поверхность, слой снега или поверхностную воду окружающей экосферы. Из дренажной системы раствор соли попадает в грунтовые воды. Там, где раствор соли и грунтовая вода вступают в контакт с зоной распространения корневой системы растений, происходит поглощение соли их корнями. Некоторая часть соли, осаждаемая на листве, стволах и ветках растений, будет проникать внутрь растения, но большая часть переносится сквозными осадками и приствольным стоком атмосферных осадков в грунтовую поверхность ниже растительного слоя.

5.3. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ГРУНТОВЫХ ВОД

Эксперты западных стран полагают, что вода загрязняется, когда на 1 л воды (1 млн. ед.) приходится более 250 ед. соли. Такая норма рассчитывается по стандартам на загрязнение питьевой воды. Допускаемое количество хлоридов в воде составляет 300 ед. на 1 л воды (1 ед. = 1 мг).

Для определения количества хлоридов экспертами Дорожной кафедры Вильнюсского технического университета и Экономического отдела Вильнюсского муниципального управления (Литва) проводились детальные исследования воды в слое снега, накопившегося по сторонам улиц, в водостоках и в р. Нерис [6]. Данные о количестве хлоридов в отложениях снега на городских улицах г. Вильнюса, зарегистрированные в феврале 1999 г., показаны на рис. 21.

Улицы г. Вильнюса

Рис. 21. Количество хлоридов в отложениях снега на газонах улиц г. Вильнюса:

1 - необрабатываемые хлоридами внутренние городские дворы; 2 - улицы, обрабатываемые вручную; 3 - 8 - улицы, обрабатываемые механически

Такие большие концентрации хлоридов в отложениях снега могут частично объясняться низкими температурами воздуха и отсутствием оттепелей в зимний период.

В конце марта 1999 г., когда началось таяние снега, измерялось количество хлоридов в талой воде из водостоков (рис. 22).

Улицы г. Вильнюса

Рис, 22. Количество хлоридов в воде из водостоков:

1 - улицы, оснащенные очистными установками сточных вод; 2-8 - улицы, на которых нет очистных установок сточных вод

Можно сделать вывод, что концентрация хлоридов в воде водостоков в 2 - 2,5 раза меньше, чем в снеге, накопленном по сторонам улиц. Количество хлоридов в воде после очистки в 6 раз меньше допустимого предела (300 мг/л). Количество хлора в снеге при распределении хлористого натрия вручную в 3 - 3,5 раза меньше при распределении механизированным способом. Это достигается за счет меньшего разброса соли за пределы проезжей части и четкого соблюдения норм расхода.

Детальные исследования воды в р. Нерис, выполненные Вильнюсским региональным агентством Министерства охраны окружающей среды Литвы, показывают, что распределение хлоридов на улицах г. Вильнюса зимой не вызывало увеличения количества хлоридов в грунтовых водах. В феврале-марте, когда улицы города обрабатываются противогололедными материалами, количество хлоридов в р. Нерис составляло всего 3 - 5 мг/л. Такое количество не оказывает серьезного влияния на окружающую среду.

Выполненные исследования показывают, что количество хлоридов, распределяемых в зимний период, не представляет опасности для города.

Вместе с этим специалисты Литвы считают, что наряду с применением традиционного противогололедного материала – хлористого натрия (NaCl) - целесообразно использовать эффективные, не коррозирующие и экологически безопасные химические противогололедные материалы, такие, как «CLEARWAY-1», «CLEARWAY-2s», «SAFEWAY-KA», «SAFEWAY-SD». Однако применение данных материалов в Литве ограничивается недостаточным финансированием работ на содержание городских дорог и улиц.

Исследования по влиянию противогололедных материалов на грунтовые и поверхностные воды с учетом климатических условий проведены и Германии [20].

При ежегодном расходе противогололедных солей на обработку покрытий автомобильных дорог Германии, составляющем в среднем около 1,4 млн. т, не ослабевает дискуссия о влиянии солей на воду. Однако в связи с ростом движения автомобилей в странах Европы Германия испытывает все увеличивающуюся потребность в противогололедных материалах.

При первых опытах применения противогололедной соли сначала использовали смеси песка и соли, которые, однако, недостаточно обеспечивали безопасность движения автомобилей в условиях повышения их интенсивности.

С середины 1960-х годов перешли к применению чистой соли. В то же время осуществлялся усиленный контроль за воздействием на окружающую среду различных веществ. При этом было установлено, что содержание хлоридов в грунте и грунтовой воде в некоторых местах увеличивается. Если значительная часть противогололедной соли непосредственно не попадает в грунтовую воду, то перед оттаиванием грунта она стекает со сточными водами в канализацию, что косвенно загрязняет водоемы, так как в очистных сооружениях задерживается незначительное количество соли.

Новые исследования показали, что на повышение концентрации соли в грунтовой воде может влиять ряд других факторов.

Большое влияние оказывают геогенные факторы, так как уже из-за геологических отложений в грунтовой воде может содержаться до 50 мг/л ионов хлора и соответственно до 85 мг/л хлорида натрия (NaCl). По антропогенным причинам, т.е. по причинам, вызываемым деятельностью человека, нужно принять во внимание и местные воздействия, которые могут быть вызваны хозяйственными и промышленными сточными водами, в том числе и применением противогололедных солей.

При таянии снега соль частично попадает в поверхностную воду, а частично - в грунтовую. Когда талая вода попадает прямо в реки и ручьи, то вышележащие покровные слои препятствуют непосредственному влиянию стоков на грунтовые воды. Если такие слои отсутствуют, то в зависимости от свойств грунтов соль задерживается в этих слоях.

Последствием задерживания соли в грунтовых слоях и медленного ее вымывания является равномерно распределенный в течение года перенос хлоридов, который в больших количествах происходит только в ноябре и мае.

В зависимости от климатических условий и интенсивности движения автомобилей в зимние периоды года при гололеде ежедневно расходуется от 10 до 150 г соли (NaCl) на 1 м² дорожного покрытия. Кроме вреда, наносимого растениям, и повреждений, вызванных коррозией, конечно, встречаются относительно высокие пределы концентрации хлоридов в грунтовой воде - до 150 мг на 1 л воды. Установлено, что в питьевой воде ухудшаются вкусовые качества при концентрации хлора выше 200 мг/л. Поэтому предельные значения концентрации для питьевой воды составляют 200 мг/л. Для некоторых промышленных нужд допустимыми являются более низкие концентрации. Например, при обработке молока или в фотоиндустрии концентрация колеблется от 20 до 30 мг/л [20].

Допустимые концентрации для растений и водоемов рыбного хозяйства в целом в десятки раз выше и не достигают предельных значений (табл. 19).

Таблица 19

Предельные значения концентрации солей в воде рыбохозяйственного назначения в Германии

Предельные значения концентраций хлоридов (действующие в Германии) для питьевой, технической и хозяйственной вод, а также для некоторых грунтов приведены в табл. 20.

Таблица 20

Пределы концентрации хлоридов в питьевой, технической и хозяйственной водах, а также в грунтах

Примечание. В числителе дана концентрация хлора в чувствительных растениях, произрастающих в указанных грунтах, в знаменателе - в нечувствительных растениях.

Долгосрочные исследования по распространению и концентрации противогололедной соли (NaCl) в грунтовой поде проводились в Германии на протяжении трех лет Институтом контроля за качеством поды и Инженерным отделом здравоохранения Технического университета г. Мюнхена. При исследовании учитывались местные климатические, строительно-технические и транспортные условия в районах эксперимента. Всего было выбрано пять дорог с различной интенсивностью движения транспортных средств. Дневные нормы расхода соли в зонах исследования колебались от 10 до 150 г/м².

В результате исследований было установлено, что количество соли в грунте изменяется в широких пределах (от 0 до 2000 мг/л) в зависимости от расстояния отбора проб от автомобильной дороги (табл. 21).

Таблица 21

Содержание соли в грунте и грунтовых водах

Дальность влияния противогололедной соли составила в разных регионах от 40 до 170 м. Содержание инфильтрационных слоев колебалось от 20 до 60 мг/л и не превышало предельно допустимую концентрацию хлора (100 мг/л). Характерный график содержания хлоридов в грунтовых водах (по линии стока) в зависимости от расстояния от дороги представлен на рис. 23.

Рис. 23. Содержание хлоридов в грунтовых водах автомагистрали В17 в районе г. Кенигсбрунне (Германия)

Среднегодовое количество используемой противогололедной соли в Германии, составляющее 1,4 млн. т, распределяется по дорогам следующим образом, %:

Федеральные автомагистрали и дороги                                  30

Дороги земель и окружные дороги                                          30

Местные и городские дороги                                                    30

Прочие дороги                                                                            10

Талая вода, стекающая с поверхности дорог, и соль, растворенная в ней, через дренажные сооружения попадает в ручьи и речки или просачивается через слои, находящиеся вдоль дороги, в грунтовую воду. Поэтому возникает вопрос, как можно добиться уменьшения влияния противогололедной соли на грунтовые воды.

Максимальное требование относительно полного запрещения применения противогололедной соли осуществить нельзя, так сильно возрастет количество ДТП на дорогах в зимний период. Альтернативные фрикционные материалы, песок и каменная мелочь не обеспечивают требуемых условий по безопасности движения транспортных средств при использовании их в эквивалентном количестве. Они точно так же, как и химические противогололедные материалы, вызывают первичную нагрузку на грунтовые воды. Поскольку безопасность движения и защита участников движения регламентируют применение противогололедных солей в зимние периоды, химический способ борьбы с зимней скользкостью в дальнейшем остается приоритетным. При этом нужно соблюдать принцип: «Так много, как нужно, так мало, сколько возможно!». В этом смысле следует разрабатывать мероприятия, которые можно было бы рассматривать как экологический компромисс.

5.4. ВОЗДЕЙСТВИЕ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ЗЕЛЕНЫЕ НАСАЖДЕНИЯ

Зеленые насаждения занимают существенную роль в работоспособности автомобильных дорог. Поэтому сохранение и повышение их жизнедеятельности является одной их важнейших задач не только озеленителей и экологов, но и дорожников.

На придорожную растительность (деревья, кустарники, траву, цветы) воздействуют многочисленные неблагоприятные факторы окружающей среды, которые ухудшают их жизнеспособность и ограничивают экологические функции. Так, наземная часть растений испытывает эмиссионные и механические нагрузки, а также страдает от болезней и вредителей. Сюда же относятся повреждения корневой системы из-за недостатка питательных веществ и воды, уплотнения или истощения почвы, а также воздействия противогололедных материалов, минеральных масел, топлива и т.п.

Противогололедные соли представляют один из многих вредных факторов, вызывающих угнетение древесно-кустарниковой растительности. Фитотоксические действия противогололедной соли (NaCl) подтвердились результатами многочисленных исследований.

Продолжительные и разносторонние исследования по этому вопросу были проведены в Германии, Швеции, Финляндии и других странах.

В Швеции были проведены исследования в области разработки модели воздействия противогололедной соли (NaCl) на придорожную полосу, в том числе перемещение ее от автомобильной дороги до зеленых насаждений [19]. Концептуальная схема переноса соли с дороги представлена на рис. 24.

Рис. 24. Концептуальная схема переноса соли с автомобильной дороги:

1 - поверхностный сток; 2 - ветер; 3 - брызги и снегоочистка; 4 - распыление; 5 - атмосферные осадки; 6 - перенос соли грунтовой водой

Как видно из схемы, растворенная и твердая соль может попадать в растения и на растения путем переноса ее по воздуху и в зону корневой системы с помощью поверхностных и грунтовых вод. Поэтому нет сомнений, что повреждения могут иметь место либо когда соль осаждается на листве, либо когда она достигает корневой системы. Это подтвердили полевые и лабораторные исследования, проводившиеся в Швеции в 1991-2000 гг. при контролируемых условиях [19]. Когда соль осаждается на листве, она может или оставаться на внешних частях (иголках, листьях, стволах и др.), или переноситься внутрь растения через серозную оболочку листа или через кору веток или ствола. Считают, что устьице листа является одним из путей проникания соли во внутренние части растений. Различные виды частиц, осаждающихся на внешних частях иголок, также могут приводить к дополнительным повреждениям.

Симптомы повреждения солью хвойных деревьев часто описываются как потемнение иголок, их осыпание. Некоторые деревья способны компенсировать такое повреждение за счет побегов, но если повреждение очень сильное, этого уже не происходит.

Последствием такого повреждения является воздействие на флору и фауну ландшафта определенного района.

Повреждение хвойных деревьев противогололедной солью - это результат комплексного взаимодействия многих причинных зависимостей (например, осыпание иголок; более низкая способность к фотосинтезу; повышенное количество соли в грунтовой воде; осмотический стресс; замедленное водопоглощение; напряжение, нежелательное для растений; энергетические затраты). Большинство этих воздействий приводит в результате к уменьшению роста древесных насаждений, а также предрасполагает дерево к повреждению грибковыми заболеваниями или насекомыми. Часто трудно разделить различные стресс-факторы, так как даже часть фактора может принимать участие в гибели дерева.

Степень повреждения может определяться функцией зависимости между токсической дозой и реакцией на нее [19]. Для некоторых видов растений зависимость может иметь S-образную форму (рис. 25). Проводились и были опубликованы многочисленные исследования количества хлоридов, например, в ткани иголок хвойного дерева, которое сравнивалось со степенью видимых симптомов повреждения деревьев. Теоретическая степень повреждения может быть вычислена путем комбинирования функций «растение - воздействие» и «воздействие - повреждение». Следует, однако, помнить, что на придорожную среду также воздействуют многие другие факторы экологического стресса.

Рис. 25. Теоретические функции воздействия соли и чувствительности растительности к повреждению солью (приведен образец повреждения в придорожной среде)

Лесной массив следует рассматривать в процессе естественного развития, а не в устоявшемся состоянии. Хотя эффект воздействия противогололедной соли на придорожную полосу затрагивает меньшую часть лесного массива, но возможны более важные долгосрочные последствия при лесовозобновлении. Саженцы и молодые деревья гораздо более чувствительны к воздействию соли, чем старые деревья.

Следовательно, лесовозобновление фактически может оказаться невозможным на расстоянии в несколько десятков метров от дороги. Во многих местах воздействие соли распространяется за границы резервной полосы автомобильной дороги и поэтому может затрагивать земли, соседствующие с дорогой. Если лесовозобновление проводить невозможно, землевладелец вынужден будет изменить характер землепользования (рис. 26). Это может приводить к различным ситуациям, связанным с установленным законом порядком предъявления требований к возмещению убытков из-за сокращения древесных насаждений на придорожной полосе.

Широкие исследования были проведены в Германии (гг. Ганновере, Гамбурге) в 1985 - 2000 гг., которые позволили выявить причины угнетения древесно-кустарниковой придорожной растительности и разработать мероприятия по улучшению условий их произрастания. Исследованиями установлено также, что применение противогололедной соли (NaCl) на тротуарах наносит еще больший вред, чем на проезжей части, ввиду передозировки соли и непосредственного переноса ионов хлора и натрия в зону корневой системы деревьев.

Время

Рис. 26. Процесс исчезновения лесного массива:

1 - замедление роста; 2 - лесовозобновление; 3 – изменение землепользования

Первые результаты исследований [9] показали, что в листьях лип, растущих в придорожной зоне, содержание хлора находилось в пределах 0,3 - 0,76 %, натрия - 0,04 - 0,14 %, причем большее количество ионов наблюдалось у деревьев, растущих на сильно уплотненных (вытоптанных) почвах.

Несмотря на определенные, сравнительно высокие значения содержания хлоридов в корнеобитаемом слое почвы, в представленных деревьях содержание хлоридов в листьях остается значительно ниже предельного значения, равного 1 % (взятие пробы в мае и июне), установленного для поврежденных противогололедной солью лиственных деревьев. Это указывает на то, что корни не поглощают почвенный раствор без фильтрования. Расчеты позволяют предположить, что менее 10 % хлоридов, растворенных в воде, поглощается водой деревьев. Это не исключает того, что концентрация хлора на корневой поверхности все же не может находиться в непосредственной связи с содержанием хлора в листьях. Следует, однако, обратить внимание на то, что, с одной стороны, изменяются плотность почвы, интенсивность переплетения корней, вертикальные и боковые водные и солевые токи, а, с другой стороны, происходит поглощение воды и солей деревьями в зависимости от их облиственности (листового аппарата) и транспирации (испарения воды растением), а также времени года.

Из количества соли, распределяемой на магистральных дорогах, на обочины дорог попадает почти 10 - 15 % в качестве солевых аэрозолей. Из-за солевого воздействия непосредственные повреждения появляются прежде всего у древесно-кустарниковой растительности. Повреждения были установлены на автомагистралях, где распределялось большое количество соли, в то время как на федеральных дорогах и дорогах земель сколько-нибудь значительных повреждений не наблюдалось. Содержание хлора в почве в количестве 600 мг/кг или натрия в количестве 1200 мг/кг (сухой грунт) в Германии считается предельным количеством для придорожной растительности.

Травянистые насаждения также поглощают большое количество натрия и хлора из почвенного раствора. Заметные повреждения у травы и разнотравья появляются при содержании хлора в сухой массе в количестве 2 - 3 %.

Из-за попадания в почву противогололедной соли в скашиваемой траве на обочинах, откосах, полосе отвода обнаруживается до 4 % натрия и до 10 % хлоридов. Исходя из этих цифр, можно сделать вывод, что, удаляя скошенную траву с дороги, влияние хлористого натрия на придорожную почву можно уменьшить.

Анализ изменения содержания натрия и хлора в листьях древесно-кустарниковой растительности, аккумулирующей соль, позволяет службе зимнего содержания дорог проводить мероприятия по уменьшению и нормализации применения противогололедных материалов для борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и городских улицах.

Одним из условий уменьшения уровня засоленности придорожной полосы является удаление с ее поверхности листопада и скошенной травы. Проведенные исследования показали, что из-за уборки опавших 50 кг листьев (сухой массы) удаляется 1 - 1,5 кг хлора с придорожной полосы (вымывание осадками - 2 - 2,5 кг хлора). Чтобы уменьшить содержание натрия в древесине, испытывающей сильную нагрузку соли, требуется удалять опавшие в течение 4 - 5 лет листья. При учете количества натрия, накопленного в корнях растений, следует исходить из более продолжительного периода времени.

5.5. СНИЖЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ ХЛОРИСТЫХ СОЛЕЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Приведенные выше данные свидетельствуют о том, что для борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и городских улицах в России и за рубежом широко применяют противогололедные материалы на основе хлористых солей и, в первую очередь, на основе хлористого натрия (NaCl). Широкое распространение хлористого натрия происходит из-за его доступности и дешевизны по сравнению с другими ПГМ. Однако у него имеется и ряд отрицательных свойств (коррозия металла, угнетение растений, шелушение цементобетона и т.п.), которые снижают эффективность его использования. Поэтому неслучайно во многих странах мира не прекращается поиск новых материалов и технологий, позволяющих не только снизить экологическую нагрузку на окружающую среду, но и повысить эффективность борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и городских улицах.

Основные направления снижения влияния хлористых солей на окружающую среду можно объединить, в следующие три группы:

- снижение расхода солей за счет уменьшения норм и равномерности распределения, увеличения точности дозирования распределителями, повышения адгезии твердых материалов к покрытию (смоченные соли), улучшения качества солей, а также строительства антигололедных покрытий и стационарных автоматизированных систем по распределению растворов и т.п. (1-я группа);

- улучшение свойств применяемых солей за счет их модификации, ингибирования и обогащения с целью доведения органолептических, физико-химических, технологических и экологических свойств до современных требований, а также разработка новых экологически безопасных противогололедных материалов с улучшенными технологическими и экологическими свойствами (2-я группа);

- утилизация, регенерация и повторное применение противогололедных солей для борьбы с зимней скользкостью на aвтoмoбильных дорогах и городских улицах, а также использование нетрадиционной природной энергии (солнечного тепла, воды горячих источников, тепла от брожения при приготовлении компоста, родниковой воды и т.п.) для таяния снега и льда (3-я группа).

Одним из прогрессивных способов (1-я группа) снижения расхода хлористых солей является применение установки автоматического распределения жидких ПГМ с циркуляционной системой для повторного использования противогололедных материалов, которая была впервые создана в Японии (префектура г. Фукусимы) в 1995 г. Данная установка (рис. 27) предназначена для регенерации жидких ПГМ, может поддерживать минимальное количество раствора на покрытии, что способствует снижению экологической нагрузки на окружающую среду.

Подача рабочего и отработанного раствора производится системой трубопроводов и центробежными насосами. Шлам (отстой) вывозится в специальное хранилище для утилизации.

В последние годы наряду с обогащением используемых хлористых солей все большее распространение находят противогололедные материалы нового поколения на основе ацетатов, формиатов и другого экологически безопасного сырья. Одним из таких материалов является кальциево-магниевый ацетат (СМА, 2-я группа), экологическое преимущество которого перед дорожной солью (NaCl) приведено в табл. 22.

В 1994 г. в Японии в опытном порядке для таяния снежно-ледяных отложений разработали специальную систему, принцип действия которой основан на использовании солнечной энергии (3-я группа).

В этой системе используются тепловая энергия солнца, которая обильно накапливается в течение лета, и свойства грунта - хранить накопленное тепло благодаря низкому коэффициенту теплопроводности грунта и его способности медленно рассеивать тепло. В течение лета дорожное покрытие действует как коллектор, аккумулирующий тепло, которое будет храниться в грунте на относительно небольшой глубине (около 5 м) за счет циркуляции водной смеси антифриза. Зимой для борьбы со снегом это накопленное тепло подается к дорожному покрытию с помощью циркуляции антифриза (рис. 28).

Рис. 27. Стационарный распределитель для повторного использования противогололедных растворов:

1 - разбрызгивающее устройство (форсунки); 2 - система для сбора и подачи отработанного раствора; 3 - трубопровод подачи обработанного раствора; 4 - цистерна для отработанного собранного раствора; 5 - бак предварительной очистки; 6 - цистерна окончательной очистки; 7 - узел регенерации очищенного раствора; 8 - трубопровод подачи регенерированного раствора к форсункам; 9 - бак сбора и хранения отстоя

Рис. 28. Схематичное изображение системы таяния снега, основанной на использовании тепла, накопленного в подземном слое грунта:

а, б - соответственно процесс отдачи и накопления тепла подземным слоем грунта; 1 - солнечная энергия; 2 - поглощение тепла; 3 – изоляционный материал; 4 - трубопровод; 5 - хранилище (аккумулятор тепла); 6 - циркуляционный насос; 7 - дорожная одежда; 8 - отдача тепла; 9 - твердые осадки (снег)

Таблица 22

Воздействие на окружающую среду СМА по сравнению с дорожной солью (США)

В префектуре г. Ниигата (Япония) вблизи станции снегоуборочного оборудования, на участке площадью 600 м², в качестве среды для хранения тепла использовался песок, дешевый и применившийся в различных целях материал, а для ограничения естественной потери тепла сверху слоя песка укладывался слой изоляционного материала толщиной 25 см.

Построенное сооружение в течение лета накапливало энергию в количестве 12,6×10⁷ Дж. Количество сохранившегося тепла снизилось почти до 10,1×10⁷ Дж перед зимним сезоном, из которых 9,1×10⁷ Дж - количество тепла, достаточное для таяния снега в течение зимы. Испытание подтвердило, что величина таяния снега для этой системы является достаточной, чтобы слой снега таял со скоростью 3 см/ч (расчетная величина равна 2,2 см/ч). Величина таяния снега в расчете на сутки составляла 20 см/сут. Этот результат подтверждает, что система может производить таяние снега в 90 % всех снежных дней в течение зимы, и даже, если снег остается на дорожном покрытии во время сильных снегопадов, система может продолжать таяние снега в течение суток.

6. НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ БОРЬБЫ С ЗИМНЕЙ СКОЛЬЗКОСТЬЮ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ И ГОРОДСКИХ УЛИЦАХ

6.1. ТРЕБОВАНИЯ К ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫМ МАТЕРИАЛАМ

Эффективность работ по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и городских улицах во многом зависит от качества противогололедных материалов и условий их применения. Поэтому как в России, так и зарубежных странах этому вопросу уделяется серьезное внимание.

В связи с этим к противогололедным материалам предъявляются требования, удовлетворяющие требованиям к их использованию в дорожных условиях. К таким требованиям относят следующие:

- Органолептические:

- внешний вид;

- цвет;

- запах.

- Физико-химические:

- зерновой состав;

- массовая доля растворимых солей (концентрация);

- температура начала кристаллизации;

- массовая доля нерастворимых в воде веществ;

- водородный показатель (рН);

- влажность;

- плотность;

- вязкость.

-Технологические:

- плавящая способность;

- гигроскопичность;

- слеживаемость;

- показатель скользкости.

-Экологические:

- удельная эффективная активность естественных радионуклидов;

- коррозионная активность на металл;

- агрессивное воздействие на цементобетон.

Одним из существенных показателей из приведенного ряда является зерновой состав, который для соли (NaCl) в различных зарубежных странах [14] приведен в табл. 23, 24, 25, 26 для России [21] -в табл. 27.

Таблица 23

Зерновой состав соли (NaCl) по ТУ D 632 (США)

Примечания: 1. Состав 1 обычно используется наиболее широко.

2. В скобках даны размеры отверстий сит в дюймах и указаны номера сит.

Таблица 24

Зерновой состав соли, распределенной на дорогах для зимней эксплуатации, по Британской стандартной спецификации BS 3247'

Таблица 25

Шведские требования для соли

Таблица 26

Финские требования для соли

Таблица 27

Зерновой состав противогололедных материалов, применяемых в России [22]

Примечание. В скобках даны нормы для пескосоляной смеси, высевок и шлака.

Как видно из приведенных данных, наиболее близкие к российским требованиям по зерновому составу имеют скандинавские страны (Швеция, Финляндия). По органолептическим, физико-химическим, технологическим и экологическим показателям химические противогололедные материалы должны соответствовать требованиям, приведенным в табл. 28 [22].

Таблица 28

Требования к химическим противогололедным материалам

Аналогичные требования к противогололедным материалам приняты и в других странах. Так, в США оценку химических ПГМ осуществляют по широкому диапазону показателей. К ним относятся следующие показатели [21].

- Физико-химические: растворимость в воде, температура замерзания, эвтектическая температура, эвтектическая концентрация, теплота растворения, вязкость растворов, водородный показатель (рН).

- Адгезионные: плавление снежно-ледяных отложений (СЛО), проникание в СЛО, адгезия льда к покрытию.

- Коррозионные: коррозия металлов (без покрытия и с покрытием) и стальной арматуры в цементобетоне, агрессия на цементобетон при механическом воздействии и истирании.

- Технические: зерновой состав, форма зерен, сыпучесть (слеживаемость), пылимость, плотность.

- Экологические: допустимая экологическая концентрация - комплексный показатель, способный оценить влияние ПГМ на все элементы окружающей среды.

Все эти характеристики определяются при контрольных проверках или при сертификации продукции, которые гарантируют качество ПГМ в процессе хранения и применения, а также при проведении мониторинга зимнего содержания автомобильных дорог.

В странах Скандинавии (Финляндии, Швеции) наряду с оценкой физико-химических и технических свойств серьезное внимание уделяется определению экологических показателей ПГМ, таких, как воздействие на зеленые насаждения, почву, воду, биоту водоемов. Они позволяют не только регулировать нормы распределения ПГМ (NaCl), но и способствуют разработке новых экологически безопасных бесхлорных противогололедных материалов.

Важное значение при применении противогололедных материалов имеют вопросы, касающиеся контроля качества распределения ПГМ, оценки состояния дорожных покрытий и погодно-климатических условий.

6.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, НАХОДЯЩИХСЯ НА ДОРОЖНОМ ПОКРЫТИИ

Одним из важных условий использования химических ПГМ является определение наличия и остаточного количества этих материалов на дорожном покрытии. Имея эти данные, дорожная служба сможет не только корректировать нормы повторного распределения реагентов, но и осуществлять операционный контроль при борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и городских улицах. Существующий химический метод определения хлористых солей на дорожном покрытии с помощью азотно-кислого серебра (AgNО₃) трудоемок и в производственных условиях не пригоден. Поэтому в России корректировка норм дополнительного распределения ПГМ, а также контроль наличия их на покрытии и в полосе отвода не производятся.

За рубежом за последние годы смогли разработать ряд приборов для оценки наличия и концентрации химических ПГМ на дорожном покрытии [23, 24, 25, 26, 27].

Современные методы анализа ПГМ дают возможность точно определить количество химических элементов и соединений в самых ничтожных дозах. Наряду с этим для проведения такого анализа требуются хорошо оборудованная лаборатория, время и средства. С целью уменьшения расхода соли и снижения влияния ее на окружающую среду специалисты многих стран стремятся создать удобные, простые, быстродействующие приборы и оборудование для оценки состояния дорожных покрытий в зимних условиях.

Практичным оказалось измерение электрического сопротивления. При определенном геометрическом объеме исследуемого раствора соли его электрическое сопротивление позволяет сделать вывод об удельном сопротивлении и о количестве растворенной соли на поверхности дорожного покрытия в r/м². Действующий по этому принципу портативный прибор выпускается фирмой Boshung Mecatronic AI (Швейцария).

Детальные сведения о точности измерений этого прибора получены на основании исследований, проведенных филиалом Инцель Федерального ведомства автомобильных дорог (ФВАД) Германии [18]. Испытания были проведены в лаборатории на соляных растворах из тонкомолотой сухой соли.

Обе серии испытаний показали, что прибор способен с достаточной точностью определять концентрацию соли (в сухом и растворенном состоянии) до 15 г/м². Дальнейшие исследования на различных дорожных покрытиях показали, что при изменении шероховатости покрытия показания прибора независимо от концентрации соли колеблются в пределах ±10 %.

Несмотря на это, создание прибора для измерения на дорожном покрытии остаточной соли дало возможность оснастить службы зимнего содержания средством, помогающим принять решение о необходимости выполнения очередной обусловленной погодными условиями россыпи соли. Кроме того, использование прибора позволяет решить вопрос о дополнительном количестве материала, чтобы довести остаточное количество соли до величины, необходимой и связи с ожидаемыми погодными условиями.

В Австрии для измерения удельного сопротивления соляных растворов предложен прибор SOBO-20.

Принцип действия прибора заключается в погружении двух электродов в соляной раствор и последующем определении сопротивления R между электродами по формуле:

где ρ - удельное сопротивление, зависит от концентрации раствора и температуры;

L - расстояние между электродами;

1 - ширина электродов;

h - высота электродов;

К - константа, определяемая электрическим полем.

При определении количества соли в растворе прибор устанавливается на покрытие и через эластичный кольцевой уплотнитель прижимается к поверхности. На поверхность покрытия в замкнутом цилиндрическом пространстве разбрызгивается одинаковое количество антифриза, специально подобранного для этих целей.

Хлориды с поверхности дорожного покрытия растворяются в определенном количестве антифриза и приобретают гомогенные свойства по всему объему. В раствор опускают электроды и измеряют сопротивление, которое зависит от удельного сопротивления, являющегося функцией концентрации раствора.

Рис. 29. Портативный прибор SOBO-20 для измерения остаточного количества соли (NaCl) на поверхности покрытия:

1 - ручка; 2 - крышка; 3 - емкость; 4 - электронный индикатор прибора; 5 - переходное кольцо; 6 - ячейка замера; 7 - круговой уплотнитель

Прибор SOBO-20 (рис. 29) состоит из емкости, ручки, крышки, электронного индикаторного прибора, ячейки замера и кругового уплотнителя.

Однако приборы, созданные на основе ионной проводимости, имеют существенный недостаток: при заборе проб с поверхности покрытия с раствором соли попадает дорожная грязь (органические соединения, инертные взвеси, тяжелые металлы и т.п.), которая значительно увеличивает погрешность показаний.

В связи с этим многие исследователи отказались от метода ионной проводимости (удельного сопротивления) растворов. В Финляндии разработан прибор типа Х-МЕТ 880-940 на основе гамма-флюоресцентного метода с применением радиоактивных изотопов. Однако этот прибор пока не нашел широкого применения из-за трудности утилизации (захоронения) отработанных изотопов, большой стоимости (60 - 80 тыс. долл. США) и наличия специально обученных специалистов.

В настоящее время в некоторых странах (Англии, Швеции, Японии и др.) проводится работа по созданию передвижных лабораторий на основе радарного, инфракрасного или рентгено-флюоресцентного методов. Комплексная передвижная лаборатория по измерению концентрации соли, температуры и оценке состояния (сухое, влажное, обледенелое или заснеженное) покрытия (рис. 30) разработана в Японии [28]. Предложенная комплексная передвижная лаборатория состоит из трех систем, смонтированных на легковом автомобиле.

Рис. 30. Комплексная передвижная лаборатория по оценке состояния дорожного покрытия в зимних условиях:

а - принципиальная схема; б - общий вид; в - механизм действия датчика состояния покрытия; г -результаты испытания; 1 - инфракрасный радиационный термометр; 2 - датчик, регистрирующий состояние дорожного покрытия; 3 – солемер непрерывного действия; 4 - бортовой компьютер

Солемер непрерывного действия монтируется под передним колесом автомобиля. При движении лаборатории брызги раствора от колес собираются в специальный контейнер, в котором по электропроводности определяют количество соли на покрытии.

Датчик состояния дорожного покрытия в виде балки установлен на раме впереди автомобиля. Механизм датчика заключается в следующем: источник излучения инфракрасного света подает луч на покрытие, отраженный луч от покрытия попадает в приемник и в зависимости от волны света фиксируется состояние покрытия (сухое, мокрое, обледенелое, заснеженное).

Инфракрасный радиационный пирометр установлен на кронштейне впереди автомобиля и предназначен для измерения температуры дорожного покрытия в зимний период.

Все сигналы от приборов подаются для регистрации и обработки в бортовой компьютер, который может выдавать покилометровые протоколы измеренных характеристик.

Известно, что без эффективных региональных метеорологических данных невозможно осуществлять на хорошем уровне зимнее содержание автомобильных дорог. Эта аксиома уже давно взята на вооружение всеми странами с холодными зимами. Поэтому контроль за состоянием погодно-климатических условий осуществляют стационарные или передвижные дорожные метеостанции.

Передвижные метеолаборатории, используемые в Японии [28], предназначены для непрерывной регистрации данных, включая видимость, направление и скорость ветра, а также температуру покрытия. Регистрацию этих данных проводят с целью обнаружения гололедоопасных участков, предупреждения пользователя дороги о снегопадах, метелях и неблагоприятных для движения условиях.

Особый интерес проявляется к дорожным датчикам, предназначенным для контроля гололедообразования на дорожных покрытиях. С этой целью в Швейцарии фирма Boshung Mecatronic разработала систему раннего оповещения образования гололеда (ГФС 2000). Основу ГФС 2000 составляют датчики, закладываемые в покрытие, и автоматизированная метеостанция (АМС). В покрытие устанавливаются два вида датчиков. Первый из них - температурный зонд - регистрирует точку замерзания раствора или воды, находящейся на поверхности покрытия. Второй - зонд состояния покрытия - оценивает температуру и влажность дорожной одежды, а также состояние покрытия (обледенелое, влажное, мокрое, сухое). Автоматизированная метеостанция, входящая в систему, устанавливается на обочине автомобильной дороги и осуществляет измерение метеоданных: температуру воздуха, вид и количество осадков, влажность воздуха, скорость и направление ветра. Измеренные датчиками значения передаются в центральный диспетчерский пульт, где принимается решение об обработке покрытия антигололедными составами. В настоящее время аналогичные системы за контролем состояния покрытия в зимних условиях выпускают в Швеции, Финляндии, США, Швейцарии, Дании, России и других странах.

Определенные трудности дорожные службы испытывают из-за отсутствия постоянной, достоверной метеорологической информации и данных о состоянии покрытия по отдельным автомобильным дорогам (маршрутам). Во многих странах этот пробел ликвидирован путем создания разветвленной сети автоматизированных дорожных метеостанций, оснащенных дорожными датчиками и метеорологическими приборами.

Так, например, в Дании еще в 90-х годах прошлого столетия на дорогах уже насчитывалось более 250 дорожных метеостанций, которые были равномерно распределены по всей дорожной сети страны. Такие станции являются важным элементом системы предупреждения гололеда на дорогах, которая действует в кооперации с Датским метеорологическим институтом. Некоторые муниципалитеты Дании также используют эту систему и дополняют ее своими собственными станциями наблюдения.

Эталонная дорожная станция, распространенная в Дании, представлена на рис. 31. Предлагаемая станция проводит измерения метеорологических данных (температуры и влажности воздуха, солнечной радиации, скорости и направления ветра), температуры и состояния дорожного покрытия (сухое, мокрое, гололед). Дорожный датчик устанавливается на проезжей части дороги, а контактный - на обочине для измерения температуры поверхности грунта. Все эти данные передаются для обработки в диспетчерский пункт для принятия решения. Мачта устроена таким образом, что на нее можно устанавливать дополнительно другие приборы и датчики.

Рис. 31. Эталонная дорожная станция (Дания):

I - счетчик солнечной радиации; 2 - датчик скорости и направления ветра; 3 - датчик температуры и относительной влажности воздуха; 4 - мачта; 5 - опорные растяжки; 6 - контактный датчик; 7 - дорожный датчик

Расстояние между дорожными станциями колеблется в довольно широких пределах - от 10 до 50 км. Поэтому оптимальное месторасположение метеостанций является одной из важных задач в системе метеообеспечения.

В Дании эта задача решена с помощью создания специальной лаборатории под названием «Ледовый автомобиль». Основное назначение лаборатории - определение на дороге «белых пятен» способом термографических измерений покрытия.

При температурных измерениях в зимний период вычерчивается температурная карта автомобильной дороги (рис. 32), на основании которой определяются «белые пятна», где наиболее велик риск образования гололеда. Обычно в таких местах рекомендуется устанавливать станции, предупреждающие об образовании гололеда.

Полученные данные также могут использоваться для проверки и тарировки дорожных станций и сбора данных для температурного картирования.

Вначале «Ледовый автомобиль» использовался с одной целью - определить оптимальные места расположения 250 станций, в настоящее время применяется для термокартирования эксплуатируемых автомобильных дорог.

Рис. 32. Температурная карта автомобильной дороги

При движении лаборатории со скоростью до 150 км/ч температура дорожного покрытия измеряется инфракрасным термометром, а температура воздуха и относительная влажность - специальными метеоприборами через каждые 20 м. Измерение расстояния происходит одометром, монтируемым на одном из колес автомобиля. Автомобиль оснащен также персональным компьютером для регистрации температуры и пройденного расстояния со специально разработанным аналогово-цифровым интерфейсом для получения высокой скорости в системе.

Измерение температуры покрытия осуществляется в диапазоне от -18 до 50°С с погрешностью менее 2 %. Температура воздуха измеряется от -20 до 100°С с максимальной погрешностью 1 %, а относительная влажность - в диапазоне 0 - 100 % с максимальной погрешностью 2 %. Оборудование может также измерять суммарную солнечную радиацию, которая является выражением плотности облачности.

Полученные данные хранятся в операционной системе Windows, при этом на экран выводятся графические изображения измеренных величин.

7. ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОТИВОГОЛОЛЕДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Качество зимнего содержания автомобильных дорог и городских улиц, в частности борьба с зимней скользкостью, во многом зависит от свойств используемых для этой цели противогололедных материалов.

На автомобильных дорогах общего пользования в России в качестве фрикционных противогололедных материалов используются природные пески, очень часто не удовлетворяющие требованиям ОДМ 218.2.027-2003-[22]. Основной недостаток многих природных песков России - недостаток частиц размером 1 - 3 мм и повышенное содержание мелких частиц (< 0,63 мм). Такие пески по действующей классификации (ГОСТ 8736-93) относятся к мелким или очень мелким (Мк < 2,5) и практически не увеличивают шероховатость снежно-ледяных образований на дорожных покрытиях (см. п. 3.1). Наилучшие результаты достигаются при использовании крупных песков и каменной мелочи (высевок).

Мелкие пески могут быть использованы после их обогащения путем добавления крупных частиц или каменной мелочи (> 1 мм).

Широкое применение на автомобильных дорогах России нашли комбинированные противогололедные материалы (смесь фрикционных и химических материалов), которые не смерзаются при хранении и способствуют повышению шероховатости и плавлению снежно-ледяных отложений на покрытии. Однако качество этих материалов зависит от равномерного смешения компонентов. Многие предприятия для приготовления смесей используют бульдозеры, которые не предназначены для этих видов работ и не позволяют получить качественную продукцию. Наилучшие результаты достигаются при использовании различных смесительных установок и шнековых погрузчиков. В исключительных случаях могут быть использованы автогрейдеры с фронтальными погрузчиками при наличии специальной площадки с твердым покрытием. Наибольшую эффективность от борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и городских улицах получают при применении качественных химических противогололедных материалов. Вместе с тем следует отметить, что качество солей не всегда соответствует требованиям и поэтому они не могут быть применены для борьбы с зимней скользкостью на автомобильных дорогах России без обогащения и улучшения их свойств. Известно, что наиболее распространенным химическим ПГМ является хлористый натрий (NaCl). Хлористый натрий (галит), применяемый для борьбы с зимней скользкостью, выпускается в основном пищевой промышленностью и промышленностью минеральных удобрений и зачастую является отходом основного производства, который продают дорожным предприятиям. К основным недостаткам используемой соли (NaCl) можно отнести:

- несоответствие требуемому зерновому составу;

- слеживаемость при хранении и транспортировке;

- повышенную коррозионную активность на металлы и цементобетон;

- отрицательное воздействие на почвы;

- повышенную фитотоксичность.

Улучшение качества соли (NaCl) достигается еще на стадии ее приготовления. Так, изменение зернового состава осуществляют путем применения соответствующих сеток, снижение слеживаемости - введением различных антислеживателей (например, «желтая кровяная» соль (K₄ [Fe(CH₆)·3H₂О]) - железисто-синеродистый калий), уменьшение коррозионной активности - добавлением к соли небольшого количества ингибиторов коррозии (например, полибензилпиридийного хлорида (КИ-2), водорастворимых фосфатов, крахмала и др.), нейтрализацию фитотоксичности - путем введения биодобавок (мочевины) и др. Однако многие производители не проводят эти мероприятия, так как это способствует повышению себестоимости продукции и в связи с этим затрудняет ее реализацию. Следует отметить, что разработанными требованиями ОДН 218.2.027-2003 [21] руководствуются только дорожные организации и до настоящего времени не соблюдаются предприятиями-изготовителями. Это приводит к снижению качества противогололедной соли. Поэтому основная задача дорожного хозяйства в ближайшее время - санкционировать выпуск качественных противогололедных материалов с экологически безопасными свойствами. Особые требования предъявляются к химическим ПГМ, применяемым для борьбы с зимней скользкостью на автодорожных металлических, железобетонных, сталежелезобетонных и других аналогичных мостовых сооружениях. К этим требованиям относятся:

- отсутствие агрессивного воздействия на цементобетон;

- отсутствие коррозионной активности на металл;

- отсутствие активности к защитным покрытиям (краскам, эмалям) мостовых конструкций;

- отсутствие влияния на биоту и состав воды.

Такими свойствами обладают противогололедные материалы, не содержащие хлор. К ним можно отнести СМА (США), Нордвэй (для аэродромов России) и другие бесхлорные ПГМ. Организация выпуска аналогичных материалов для борьбы с зимней скользкостью на автодорожных мостах позволит не только улучшить транспортно-эксплуатационные показатели и безопасность движения транспортных средств, но и состояние мостовых сооружений и окружающей среды.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Борьба с зимней скользкостью на автомобильных дорогах / Г.В. Бялобжеский, М.М. Дербенева, В.И. Мазепова, Л.М. Рудаков. - М.: Транспорт, 1975.

2. Danielson U. Comment optimizer l'entretien des routes en hiver: X PIARC International Winter Road Congress: Technical Report, Lulea, Sweden, 16-19 march 1998. - Lulea, 1998. -Vol. 1.

3. Olander J. Winter Index by using RWI and MESAN: XI International Winter Road Congress, Sapporo, Japan, 28-31 January 2002. - Sapporo, 2002.

4. Васильев А.П., Ушаков В.В. Анализ современного зарубежного опыта зимнего содержания дорог и разработка предложений по его использованию в условиях России. - М.: ФГУП «ИНФОРМАВТОДОР», 2003.

5. Arkko Valtonen J., Mustonen J. How to reduce street dust in Spring: X PIARC International Winter Road Congress: Technical Report, Lulea, Sweden, 16-19 march 1998. - Lulea, 1998. - Vol. 3.

6. Laurihavicius A., Cygas D. Winter maintenance problems on the streets of Lithuanian cities: X PIARC International Winter Road Congress: Technical Report, Lulea, Sweden, 16-19 march 1998. - Lulea, 1998. - Vol. 3.

7. Deshenes Daniel. Technological innovations supporting winter maintenance in Quebec: X PIARC International Winter Road Congress: Technical Report, Lulea, Sweden, 16-19 march 1998. - Lulea, 1998. - Vol. 3.

8. Dobosi T., Timar A., Toth S., Realisation des taches d'exploitation des routes publiques nationals en hiver dans la forme de societe. - Mise en parallelede la pratique hongroise et celle de l'union Europeen: X PIARC International Winter Road Congress: Technical Report, Lulea, Sweden, 16-19 march 1998. - Lulea, 1998. - Vol. 1.

9. Berichte Bast V. Оценка опасности применения противогололедных солей: Выбороч. пер. отчета Федерального дор. ведомства Германии. - 1995. - № 21.

10. Keranen P.F., Optimization of winter maintenance in the Minneapolis. - St. Paul Metropolitan area using performance targets: XI International Winter Road Congress, Sapporo, Japan, 28-31 January 2002. - Sapporo, 2002.

11. Снег: Справ. / Под ред. Д.М. Грея, Д.Х. Мэйла: Пер. с англ. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986.

12. Зимнее содержание автомобильных дорог / Г.В. Бялобжеский, А.К. Дюнин, Л.Н. Плакса и др. - М.: Транспорт, 1983.

13. Расников В.П., Зимнее содержание автомобильных магистралей. - М., 1985. - (Автомоб. дороги: Обзорн. информ. / ЦБНТИ Минавтодора РСФСР; Вып. 4).

14. Максименко К.Д. Применение нагретых фрикционных материалов при зимнем содержании автомобильных дорог: Автореф. дис. канд. техн. наук. - С.-Пб., 2005.

15. Svedova D., Kovuc R. Winter maintenance on urban roads: X PIARC International Winter Road Congress: Technical Report, Lulea, Sweden, 16-19 march 1998. - Lulea, 1998. - Vol. 3.

16. Verglimit gegen Glatteisbilding // Strasse. - 1986. - № 6.

17. Kovac P., Protinamrazanova prisada do asfaltovych krytov vozoviek pozemnych komunikacii «Slany beton»: Kandidatska dizertaena praca. - Zilina, 1996.

18. Kutter M., Moritz K., Pohle G. Untersuchungen zur wirkung-sdauer von Tausalzen // Strassen und Tiefbau. - 1986. - № 5.

19. Gokan Blomqvist De-icing Salt and Road-side Environment -Strategies for Impact Analyses: VTI, SE-581-95 / Swedisn National Road and Transport Research Institute. - Sweden, 1995.

20. Bischofsbergen Ober den Eibluflder Tausalze auf Grund-und Oberflachenwasser// Strassen und Tiefbau. - 1985. - B. 39, № 6.

21. Руководство по зимней эксплуатации шоссе / Арм. корпус инж. США. - 2000.

22. Требования к противогололедным материалам: ОДН 218.2.027-2003 / Минтранс России, Гос. служба дор. хоз-ва. - ГП «Информавтодор», 2003.

23. Martin Burtwell. Assessment of road surface freezing point sensors for UK: X PIARC International Winter Road Congress: Technical Report, Lulea, Sweden, 16-19 march 1998. - Lulea, 1998. - Vol. 3.

24. Martin Burtwell. Performance assessment of road surface freezing point sensors: 4-th Annual Winter Maintenance Conference and Exhibition, Nottingham, 10 October 1995. - Nottingham, 1995.

25. Fabre E., Klose A., COST 309 Road Weather Conditions: Final Report. Transport Research Series EUR 13847EN / Commission of the European Communities. - Luxembourg, 1992.

26. Kaufmann D.W., Sodium Chloride. American Society. - 1960.

27. Scharsching H., Results of a field test of seven different commercial ice warning systems: Third International Symposium on Snow Removal and Ice Control Technology. Transportation Research Board, Minneapolis, Minnesota USA, 14-18 September 1992. - Minneapolis, 1992.

28. Справочник методов испытаний по оценке химических противогололедных средств. - США, 2000.