Реферат Определение и прогнозирование момента образования гололеда на покрытии
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Федеральное агентство по образованию
Волгоградский Государственный Технический Университет
Кафедра «Автомобильный транспорт»
Реферат по дисциплине «Аппаратурное обеспечение транспортных средств» на тему:
«Определение и прогнозирование момента образования гололеда на покрытии»
Выполнил:
студентка гр. АБ – 514
Симонова Д.А.
Проверил:
Жирков Р.А.
Волгоград – 2010
Содержание
Введение…………………………………………………………………………...31 Виды зимней скользкости………………………………………………………4 2 Изменение условий движение и транспортно-эксплуатационных характеристик дорог в зимний период…………………………………………..8 2.1 Причины изменения условий движения и причиненный ущерб……8 2.2 Требования к состоянию проезжей части дорог……………………..9 2.3 Особенности зимнего содержания дорог……………………………12 3 Определение момента образования гололеда………………………………..14 4 Методы борьбы с гололедом……………………………………………….....16 5 Прогнозирование момента образования гололед …………………….22 Заключение……………………………………………………………………….29 Список использованной литературы…………………………………………...30 Приложение А……………………………………………………………………31
Введение
Проблема зимнего содержания автомобильных магистралей является весьма актуальной, так как величина их грузонапряженности, интенсивности и скорости движения постоянно возрастает. Среди основных задач зимнего содержания автомагистралей можно выделить разработку требований к состоянию проезжей части, обоснование норм потребности в машинах и материалах и их номенклатуры, сроков ликвидации зимней скользкости, расстояний между складами химических материалов и др. Принципиальных различий в технологии зимнего содержания автомагистралей разных стран нет. Для ликвидации зимней скользкости за рубежом используют хлориды, как твердые, так и жидкие, а для предотвращения снежных заносов применяют различные виды защит. Очистка автомагистралей от снега везде производится путем его механического удаления за пределы земляного полотна. Значительные различия наблюдаются в уровне развития служб прогнозирования неблагоприятных погодных условий и предупреждения дорожников и участников движения о состоянии проезда по автомагистрали, рекомендуемым режимам движения и т.п. Значительную часть рекомендаций по зимнему содержанию автомобильных дорог с двумя полосами движения можно перенести на автомагистрали. Тем не менее, специфика конструктивных и геометрических элементов последних требует детальной проработки и обоснования большинства положений по их эксплуатации в зимний период. Это вызвано рядом особенностей автомагистралей: значительными размерами земляного полотна и проезжей части; наличием разделительной полосы, транспортных развязок в разных уровнях, путепроводов и мостов, формирующих большие снегосборные площади; большой протяженностью участков с различными типами ограждений, нарушающими режим снегопередувания; высокой интенсивностью движения автомобилей и т.п.
1 Виды зимней скользкости
Зимняя скользкость включает в себя все виды снежно-ледяных образований на поверхности дороги, приводящие к снижению коэффициента сцепления: различные виды естественного обледенения, которые в метеорологии объединяют понятием гололедицы, и искусственное обледенение в виде снежного наката. Формирование зимней скользкости на автомобильных дорогах зависит от метеорологических условий и теплофизических свойств дорожной одежды. Частота ее появления зависит от климатических условий и колеблется от 5 до 50 случаев в году. Наиболее общим случаем является образование гололеда на покрытии в результате замерзания капель дождя, мороси, тумана непосредственно на покрытии или в приземном слое воздуха, в котором при пониженной температуре содержится паровоздушная смесь в состоянии, близком к насыщению. Ледяная корка образуется в зимний период при температуре воздуха от +4 до — 20°С: 55% случаев приходится на период О...-5°С; 80% на период +2... ...-6Х; 90% на период +2... ... - 15°С.Относительная влажность воздуха со оказывает важное влияние на формирование условий льдообразования. Гололед на покрытиях в 95% случаев возникает при w=70÷100%, 90% случаев при со w=80÷100%. При высокой влажности и отрицательной температуре в приземном воздухе до -5 °С еще содержится незамерзшая вода в виде капель диаметром около 2 мм. Чем холоднее воздух, тем меньше диаметр не-замерзших частиц: при tв = -10 °С в воздухе находится морось - незамерз-шая парообразная вода диаметром частиц около 0,3 мм; при tв =-30 °С парообразная влага представляет собой переохлажденный туман.
По характеру образования различают пять групп обледенения поверхности автомобильных дорог. К первой группе относят все виды обледенения, возникающие с понижением температуры воздуха и замерзания имеющейся на покрытии воды. Это гидратационный тип гололедообразования, который возникает от внезапного снижения температуры воздуха до 0 °С и ниже, когда замерзает вода, находящаяся на покрытиях после дождя, таяния снега, поверхностного стока. Осадки при этом могут отсутствовать. Другой путь обледенения мокрого покрытия-выпадение мокрого снега или дождя при положительной температуре воздуха и дальнейшее замерзание при понижении температуры до отрицательных значений. Область образования льда зависит от толщины пленки воды, отрицательной температуры воздуха tв, скорости ветра υB, теплового сопротивления дорожной конструкции R. Время промерзания или время льдообразования в этом случае
Т= аhГR/tBКB,,
где а - коэффициент, учитывающий гидрофобные свойства покрытия; hГ -толщина гололеда; Кв - коэффициент, учитывающий скорость ветра, возрастающий с увеличением υв . Скорость гололедообразования зависит от тепловых свойств.одежды и полотна. Чем «теплее» дорожная конструкция (больше R), тем медленнее остывает покрытие после внезапного похолодания, тем продолжительнее время промерзания воды на покрытиях. Толщина слоя льда в этом случае может быть от 1 мм до 2-3 см и зависит от микрошероховатости и ровности покрытий, слоя воды. Этот тип гололедицы характерен очень низким коэффициентом сцепления (около 0,08—0.15), однородностью стекловидного льда, однородностью структуры по всей толщине ледяного слоя. Плотность льда достигает 0,9 г/см3.
Ко второй группе относят те виды обледенения, которые образуются на сухой поверхности в результате кристаллизации водяного пара из воздуха и образования инея при радиационном охлаждении покрытия ниже температуры точки росы. Температурный диапазон образования инея от — 7 до — 40 °С. Образование инея возможно при относительной влажности воздуха 80-100% в ясную безветренную погоду, при которой имеет место отрицательный баланс тепла. Осадки при этом отсутствуют.
К третьей группе относят виды скользкости, возникающие при замерзании осадков, выпадающих на покрытие, охлажденное ниже температуры замерзания воды, в результате чего образуется твердый налет. Различают налет зернистый и ледяной. Зернистый налет возникает при намерзании на переохлажденное покрытие влаги из тумана в начале оттепели, создается ледяная корка с шероховатой поверхностью. Ледяной налет образуется из-за замерзания капель воды при кратковременном дожде или мороси на охлажденном покрытии, когда температура воздуха не более — 2... — 3 0С. Длительный дождь приводит к прогреванию верхних слоев покрытия, и капли воды не замерзают.
К четвертой группе относят те виды обледенения, которые возникают при выпадении на покрытие переохлажденных капель влаги. Жидкая фаза на сухом или мокром покрытии образуется за счет выпадения капель переохлажденной жидкости из приземного слоя. Переохлажденные дожди наблюдаются при температуре до — 5 0С, а переохлажденная морось-до -10 °С. Температура переохлажденных капель в зависимости от их диаметра может изменяться от — 1 до -10 °С. Крупные капли воды (диаметром более 2-3 мм) при ударе о покрытие быстро растекаются и промерзают, образуя практически однородную структуру ледяной корки. Мелкие капли (диаметром 1-2 мм и менее) с меньшей температурой промерзания медленнее садятся на покрытие, они удлиняют период льдообразования. Однако скорость образования гололеда высокая-1-5 ч. Льдообразование возникает сразу на больших территориях. Толщина корки льда небольшая обычно 1-3 мм, реже до 5 мм, плотность льда 0,7-0,9 г/см3. Это гидратационное гололедообразование. К этой же группе относят конденсационный тип гололедообразования, когда на покрытие оседают не переохлажденные капли жидкости,: а кристаллы льда и мороси. Характерная особенность метеорологических условий для этого типа гололеда: оттепель после длительных морозов; слабоморозная погода (2В ?= — 1.. .6 °С) и туманы; низкая положительная температура (7в== +4... + 1 °С) и туманы при температуре дорожных покрытий
Пятую группу составляют те виды скользкости, которые образуются от уплотнения на покрытии слоя снега, т. е. искусственная скользкость. Снег обладает свойством изменять свои физические характеристики (плотность, прочность) под воздействием колес движущегося автомобиля. Процесс формирования снежного наката включает три стадии:
1) механическое уплотнение снега,в результате образуется пакат плотностью 0,35-0,5 г/см3.При этом коэффициент сцепления колеса с покрытием может достигать 0,20-0,25;
2) постепенное формирование льдана его поверхности в результате периодического замерзания и оттаивания верхнего слоя наката. Тонкая пленка воды образуется от трения колес автомобиля по поверхности уплотненного снега; затем происходит кристаллизация ее в лед за счет большой теплоемкости снежных отложений. Плотность такого отложения 0,6-0,65г/см3;
3) дальнейшее уплотнение и промерзание наката до превращения его в сплошной лед плотностью 0,9 г/см3.Коэффициент сцепления снижается до 0,1-0,15.
На процесс образования данного вида обледенения влияет температура воздуха: если она ниже -10°С, уплотнение снега замедляется. Быстрее всего формируется слой наката при температуре воздуха, близкой к 0 °С. При малой скорости ветра снег откладывается на проезжей части, если скорость выше 6 м/с, имеет место перенос снега, что препятствует его отложению на дороге. Быстрому уплотнению снега способствует высокая интенсивность движения. При этом коэффициент сцепления достигает минимальных значений - 0,03-0,15. Сцепные качества покрытий снижаются не только из-за образования снежного наката, но и отложения на них рыхлого, особенно влажного снега, когда коэффициент сцепления может составлять всего 0,1-0,2. Большое разнообразие условий образования зимней скользкости на дорогах существенно усложняет разработку методов ее прогнозирования и технологии ликвидации.
2 Изменение условий движение и транспортно-эксплуатационных характеристик дорог в зимний период
2.1 Причины изменения условий движения и причиненный ущерб
Под воздействием неблагоприятных погодно-климатических факторов в зимний период изменяются транспортно-эксплуатационные характеристики автомагистралей, а также условия движения. Основными из них являются гололед, снежный накат и рыхлый снег. Наибольшие помехи для движения создает гололед, образующийся в результате замерзания выпадающих осадков или конденсируемой на поверхности покрытия влаги и имеющий толщину 1-3 мм и плотность до 0,7 г/см3. Коэффициент сцепления колеса автомобиля с обледенелым покрытием снижается до 0,10. Для ликвидации гололеда необходимо полностью разрушить ледяную пленку, используя для этого механические, тепловые, электрические или химические способы. Как показывают исследования, зимняя скользкость приводит к снижению скорости движения транспортных средств в 2-2,5 раза, их производительности на 30-40% и увеличению себестоимости перевозок на 25-30%. Одновременно зимняя скользкость является причиной до 40% дорожно-транспортных происшествий. Отмечено также, что риск быть вовлеченным в ДТП при гололеде в 6 раз больше, чем при сухом покрытии в летнее время. В темное время суток на неосвещенной дороге при дожде и обледенелом состоянии проезжей части уровень аварийности в 50-60 раз выше, чем в светлое время суток при сухом покрытии. Среди ДТП, возникающих из-за скользкости, наиболее типичными являются опрокидывание и встречное столкновение, а также наезды транспортных средств на пешеходов. В результате проведенных исследований на автомобильных дорогах специалистами было установлено, что средняя длительность различных состояний покрытия составляет: сухое - 68,2%, мокрое - 13,85%, гололед - 7,7% и снежный накат - 10,3% от длительности зимнего периода. С учетом этой длительности (если принять опасность возникновения ДТП при сухом состоянии покрытия за 1) вероятность происшествий при гололеде повышается в 9,71 раза. Относительная аварийность в зимний период значительно превышает аварийность в другие периоды года, хотя интенсивность движения в эти месяцы на 25-30% ниже, чем летом. Изменение относительной аварийности на автомагистралях России в зависимости от времени года показано в таблице 1.
Таблица 1 – Изменение относительной аварийности на дорогах России
| Наименование показателя | Месяцы года | |||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
| Количество ДТП на 100 млн. авт.-км | 96,1 | 100,2 | 93,1 | 60 | 41 | 54 | 51,5 | 70,4 | 41,8 | 76,5 | 65,5 | 114,6 |
Приведенные данные показывают, что зимнему содержанию дорог необходимо уделять большое внимание ввиду того, что потери на них из-за перерывов в движении, снижения скоростей и повышения аварийности при зимней скользкости высокие.
2.2 Требования к состоянию проезжей части дорог
Одним из основных условий, гарантирующих высокий уровень удобства и безопасности движения на дорогах в зимний период их эксплуатации, является степень обеспеченности дорожных служб машинами для их зимнего содержания. В большинстве стран мира расчет потребного количества машин ведется с учетом реальных погодно-климатических условий каждой магистрали или группы магистралей, сформированных по региональному признаку. В среднем на российских автомобильных дорогах парк основных машин для зимнего содержания составляет на 100 км с 4 полосами движения: 23 отвальных снегоочистителя, 1 роторный снегоочиститель, 6 солераспределителей и 5 снегопогрузчиков. В таблице 2 приведены укрупненные нормативы потребности в машинах для борьбы с гололедом.
Таблица 2 – Нормативы потребности в машинах для борьбы с гололедом
| Категория дороги | Потребность в машинах на 100 км дороги | |
| пескоразбрасыватели | солераспределелители | |
| I II-III IV-V | 20 7 5 | 8 3 2 |
В нашей стране требования к зимнему содержанию проезжей части автомобильных дорог разрабатываются с учетом основного положения нормативных документов о том, что проезжая часть дороги должна быть полностью очищена от снега и льда. Так как невозможно очистить от снега и льда одновременно все участки дорог, обслуживаемые дорожно-эксплуатационным подразделением, задача разработки требований по зимнему содержанию проезжей части автомагистрали может быть сведена к установлению экономически обоснованных сроков ликвидации зимней скользкости в зависимости от ее значимости и погодно-климатических условий региона расположения. Так было выполнено технико-экономическое обоснование сроков ликвидации зимней скользкости. Основным показателем, регламентирующим сроки ликвидации зимней скользкости, является значимость дороги или ее категория, характеризующаяся величиной интенсивности движения. В качестве переменных показателей, меняющихся по регионам и климатическим зонам страны, проанализированы количество циклов образования гололеда и количество снегопадов. Эти два показателя определяют длительность обледенелого и заснеженного состояний покрытия. Рассмотрены варианты сроков ликвидации зимней скользкости от 1 до 20 ч с интервалом в 1 ч, для которых определены затраты на снегоуборочную технику и машины для ликвидации гололеда, рассчитаны потери из-за снижения скорости движения и повышения аварийности при различной длительности неблагоприятных состояний проезжей части, определяемых указанными сроками ликвидации зимней скользкости. За критерий обоснования экономически целесообразного срока был принят минимум суммарных приведенных затрат из рассмотренных вариантов с разными сроками ликвидации зимней скользкости. В таблице 3 приведены экономически целесообразные сроки ликвидации зимней скользкости и потребное количество машин для их реализации на 100 км дороги в расчете на две полосы движения при условии применения пескосоляной смеси.
Таблица 3 – Сроки ликвидации зимней скользкости и потребное количество машин для их реализации на 100 км дороги на 2 полосы движения
| Интенсивность движения, авт./сут | Экономически целесообразный срок ликвидации зимней скользкости, ч | Требуемое количество машин для ликвидации зимней скользкости при использовании пескосоляной смеси | |
| пескоразбрасыватели | снегоочистители | ||
| Более 5000 5000-1600 1600-600 600-300 300-200 Менее 200 | Не более 1 2 3 4 5 Более 5 | 21,4 10,7 7,1 5,4 4,3 3,6 и менее | 15 7,5 5 3,75 3 2,5 и менее |
Таким образом, для автомобильных дорог экономически целесообразным сроком ликвидации зимней скользкости является 1 ч, так как величина интенсивности движения на них, как правило, больше 5000 авт./сут. С целью обеспечения этого срока требуется повышенное количество машин для очистки дорог от снега и ликвидации на них гололеда.
2.3 Особенности зимнего содержания дорог
Одной из серьезных проблем является зимнее содержание дорог с цементобетонным покрытием в начальный период их эксплуатации. Нормативные документы запрещают применение химических веществ для борьбы с зимней скользкостью в течение 1,5 лет с момента строительства на покрытиях из цементобетона с воздухововлекающими добавками и в течение 3 лет - без них. В рекомендациях ОСЖД не разрешается применять хлориды на цементобетонных покрытиях с воздухововлекающими добавками в возрасте до 1 года. На покрытия, устроенные из плотных асфальтобетонных смесей, хлористые соли в чистом виде или в смеси с фрикционными материалами не оказывают вредного воздействия. При зимнем содержании цементобетонных покрытий в начальный период их эксплуатации используют следующие методы: посыпку фрикционными материалами (песком, высевками, шлаком и т.п.) и защиту покрытий от агрессивного воздействия растворов солей химическими веществами. Для осуществления первого метода необходимы большие объемы фрикционных материалов, так как их расход на одну посыпку составляет 250-400 г/м2 и посыпку требуется проводить через каждые 3-4 ч. Кроме того, для повышения эффективности их воздействия необходимо оборудование для их подогрева. Анализ исследований по защите цементобетонных покрытий от агрессивного воздействия влаги и растворов солей позволяет объединить способы понижения водопроницаемости бетонов в три основные группы: пропитки бетона, приводящей к кольматации его порового пространства; нанесения на поверхность бетона практически водонепроницаемого материала; физико-химической и химической обработки поверхностного слоя, обеспечивающей улучшение свойств самого бетона. Методы первой группы включают в себя частичную пропитку затвердевшего бетона мономерами или растительными маслами, которые после полимеризации или коагуляции заполняют его поры и капилляры. Однако в настоящее время применение мономеров, ввиду сложности процессов их обработки и полимеризации, а также значительного увеличения стоимости пропитанного бетона, не может быть рекомендовано для использования при зимнем содержании автомагистралей. Вторым способом повышения водоустойчивости бетона является применение защитных слоев из практически водонепроницаемых материалов, чаще всего из эпоксидно-минеральных смесей. Известен способ защиты цементобетонных покрытий путем нанесения на поверхность бетона состава на основе эпоксидной смолы и извести. Несмотря на хорошие эксплуатационные характеристики таких покрытий, их применение ограничено из-за высокой стоимости эпоксидных вяжущих материалов, сложности и трудоемкости их осуществления, а также токсичности используемых материалов. Среди химических способов наибольшее распространение получило флюатирование – обработка бетона водорастворимыми кремнефтористыми соединениями. Исследованиями установлено, что бетон, обработанный кремнефторидами, обладает не меньшей стойкостью к совместному воздействию хлористых солей при попеременном замораживании и оттаивании, чем при пропитке льняным маслом. Недостатком метода химической обработки бетона является сложность технологии производства работ. Одним из перспективных мероприятий, направленных на повышение водоустойчивости бетона, является его физико-химическая обработка растворами веществ, придающих порам и капиллярам гидрофобные свойства. Наиболее эффективными гидрофобизаторами бетона являются растворы кремнийорганических соединений. За рубежом для поверхностной гидрофобизации используют в основном метилсиликонаты натрия и кальция. Результаты многочисленных исследований свойств бетонов, гидрофобизированных растворами кремнийорганических соединений, показывают, что такая обработка в 2-5 раз снижает водопоглощение бетона, не изменяя при этом его поропроницаемости и не загрязняя поверхность.
3 Определение момента образования гололеда
Для того, чтобы определить момент образования гололеда, используется система раннего оповещения об его образовании GFS 3000 и прибор для быстрого количественного определения содержания соли SOBO 20. В настоящий момент разработаны мероприятия по монтажу и вводу в эксплуатацию системы раннего оповещения об образовании гололеда GFS 3000 фирмы Бошунг Мекатроник. Функционирование системы контроля состояния дорожного покрытия, например, позволило бы дорожникам в зимний период заблаговременно принять все необходимые меры по недопущению образования гололеда на дорогах. Система GFS 3000 представляет собой комплект датчиков дорожного покрытия, внешнюю измерительную метеорологическую станцию и центральный диспетчерский пункт (ЦДП). Принцип действия GFS 3000 состоит в моделировании процесса образования гололеда путем охлаждения поверхности датчиков до температуры ниже, чем температура дорожного покрытия, в которое они вмонтированы, определении метеорологических характеристик состояния атмосферы. По результатам анализа текущих показателей, а также динамики изменения погодных условий выдается прогноз о возможности образования гололеда не менее чем за 2 часа до его возникновения. Передача данных с измерительной станции осуществляется на ЦДП, который устанавливается в здании и представляет собой персональный компьютер, оснащенный соответствующим программным обеспечением. Это полный пакет для сбора и анализа данных, поступающих с датчиков измерительных станций, накопления их в памяти и обработки. Связь осуществляется по системе TETRA. Преимуществом системы раннего оповещения об образовании гололеда GFS 3000 является также тот факт, что при наличии одного центрального диспетчерского пункта она может быть расширена неограниченным количеством измерительных станций и датчиков. При борьбе с гололедом на дорогах обязателен учет и того обстоятельства, какое количество соли от предыдущих нанесений еще осталось на дорогах. От этого фактора зависит эффективность нанесения противогололедных реагентов. Внедрение системы раннего оповещения об образовании гололеда GFS 3000 и прибора для быстрого определения содержания соли на дорогах SOBO 20 позволит обеспечить максимально эффективную эксплуатацию автомобильных дорог как с точки зрения безопасности движения, так и с учетом использования техники и расхода противогололедных реагентов.
4 Методы борьбы с гололедом
Все мероприятия но борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах можно разделить на три группы по целевой направленности: мероприятия, направленные на снижение отрицательного воздействия образовавшейся зимней скользкости (повышение коэффициента сцепления колеса с дорогой путем россыпи фрикционных материалов); мероприятия, направленные на скорейшее удаление с покрытия ледяного или снежного слоя с применением химических, механических, тепловых и других методов; мероприятия, направленные на предотвращение образования снежно-ледяного слоя или ослабление его сцепления с покрытием. Это профилактические методы борьбы с зимней скользкостью. В практике зимнего содержания для борьбы с зимней скользкостью применяют фрикционный, химический, физико-химический и другие комбинированные методы.
Фрикционный метод является основным методом снижения отрицательного воздействия зимней скользкости. Суть его состоит в том, что по поверхности ледяного или снежно-ледяного слоя рассыпают песок, мелкий гравий, отходы дробления, золу, шлак и другие абразивные материалы размером частиц не более 5-6 мм без примеси глины. Россыпь производится пескоразбрасывателями или другими машинами. Наибольшее применение получил песок. На неопасных участках дорог нормы расхода песка от 200 до 700 г/м2, или около 0,3-0,4 м3 на 1000 м2 покрытия, на опасных спусках, перекрестках, кривых малого радиуса-нормы расхода удваивают. Преимущество метода в простоте, однако у него много недостатков. Рассыпанный абразивный материал повышает коэффициент сцепления до 0,3, но задерживается на проезжей части короткое время (не более 0,5 ч), сносится завихрениями после прохода автомобилей, разбрасывается колесами, сдувается ветром. Для восстановления сцепных свойств требуются частые посыпки и большое количество пескораспределителеи. Для повышения эффективности распределяют подогретый абразивный материал, который проникав в ледяную корку и после примерзания придает поверхности некоторую шероховатость. Значительно большее распространение получил комбинированный химико-фрикционный метод, когда рассыпают фрикциооные материалы смешанные с твердыми хлоридами NaCl, СаСl2. Песчано-солевую смесь приготавливают на базах путем смешивания фрикционных материалов с кристаллической солью в отношении 90:10 (по весу соответственно). Достоинство песчано-солевых смесей в том, что они не смерзаются и не слеживаются. На неопасных участках нормы расхода песчано-солевых смесей от 100 до 400 г/м2, или ОД-0,2 м3 на 1000 м2 покрытия, а на опасных -0,3-0,4 м3. Песчано-солевые смеси распределяют пескоразбрасывателями или комбинированными дорожными машинами с универсальным оборудованием типов КДМ-130, ЭД-403. Такие смеси эффективнее, чем чисто абразивные Однако этот метод требует большого объема распределяемых материалов и большого числа машин для распределения, приводит к значительной коррозии автомобилей.
Комбинированный химико-механический метод состоит в распределении по снежному накату твердых или жидких хлоридов, которые расплавляют и ослабляют снежно-ледяной слой, после чего рыхлую массу убирают плужными или плужно-щеточными очистителями, а при их отсутствии - автогрейдерами. Расход твердых хлоридов на 1 мм слоя замерзшей воды колеблется от 15 до 90 г/м2, жидких хлоридов- от 0,08 до 0,15 л/м2 в зависимости от вида хлорида и температуры воздуха. Для повышения эффективности и уменьшения расхода хлоридов принято устраивать в снежном накате продольные канавки глубиной до 2-5 см и шириной 6 см на расстоянии 2 см авто-грейдером, к ножу которого приварены зубья. Распределенные твердые или жидкие хлориды в основном собираются в канавках и быстро разрушают накат, который затем убирают плужно-щеточными машинами. Расход хлоридов сокращается на 30-40%.
Химический способ борьбы с зимней скользкостью заключается в применении для плавления снега и льда твердых или жидких химических веществ, содержащих хлористые слои. Физическая сущность взаимодействия хлористых солей с ледяной поверхностью состоит в гидратации ионов хлора молекулами воды. Этот самопроизвольный процесс сопровождается тепловыми явлениями и протекает до наступления динамического равновесия при данной температуре воздуха. Интенсивность процесса взаимодействия характеризуется плавящей способностью хлоридов q, т. е. количеством расплавленного льда 1 г соли при данной отрицательной температуре воздуха. Плавящая способность вначале возрастает во времени Тb, а по мере наступления динамического равновесия-стабилизируется
| (1.2) |
q= aТb,
где а = 1÷5 - коэффициент, зависящий от вида хлорида; Ь = 0,25 ÷ 0,75 -коэффициент, зависящий от температуры воздуха.
С понижением температуры воздуха плавящая способность хлоридов снижается и норму их расхода увеличивают. Кроме того, при плавлении льда образуются растворы, которые могут замерзнуть и стать причиной нового обледенения покрытия. Температура замерзания раствора зависит от его концентрации и вида хлоридов. Так, раствор хлористого натрия 23%-ной концентрации замерзает при t = 21°С, а раствор хлористого кальция 30%-ной концентрации- при t= - 50°С (рис. 1.0). Однако концентрация раствора может быть значительно меньшей. Поэтому минимальные температуры воздуха, при которых допускается применять твердые хлориды, ограничены от — 10 до — 20 °С, жидких- от -5 до -15°С. Для устранения снежно-ледяных отложений применяют твердые и жидкие хлориды, различные отходы промышленности.
Техническая поваренная соль NаСl-наиболее распространенная в природе соль (каменная, самоосадочная) в видеминералов галита и сильвини-га. Из сырья поваренной соли выпускают пищевую, содержащую более 93-99,7% NаСl, и техническую соль, содержащую более 93% NаСl. Для борьбы с зимней скользкостью используют молотую соль крупностью от 1,2 до 4,5 мм. Техническая соль силъвинитовых отвалов КСl, NаСl - кристаллический продукт, отход производства калийных удобрений. Этот продукт, накопленный в огромных количествах в отвалах калийных комбинатов содержит от 90 до 95% в основном хлористого натрия, 2-3% хлористого калия и 0,5-1% хлористого магния. Частицы соли сильвинитовых отвалов имеют крупность до 4 мм при наличии включений крупностью до 10 мм. Недостатки этого продукта - высокая влажность (8-12%), слеживаемость при положительной температуре и смерзаемость при низкой отрицательной температуре.
Рисунок 1 – Фазовая диаграмма растворения противогололедных солей
Хлористый кальций СаСl2-побочный продукт содового производства. Частицы его похожи на чешуйки диаметром около 15 мм и толщиной 1 мм, поэтому он называется чешуированным и содержит 67% хлористого кальция.
Хлористый кальций фосфатированный (ХКФ)-смесь чешуированного хлористого кальция с ингибитором (суперфосфатом). Добавка 5-7% ингибитора (от массы соли) существенно снижает коррозионное действие хлоридов. Стоимость хлористого кальция намного выше, чем хлористого натрия. Кроме этого, СаСl2 более дефицитный и агрессивный материал, поэтому создают смеси оптимального хлоридного состава, применяемые при более низких температурах, чем чистая соль NaСl. Исследования Гипродорнии показали, что оптимальны смеси состава NаСl:СаСl2 как 88:12 при условии применения че-шуированного хлористого кальция. Крупный недостаток твердых хлоридов- их слеживаемость, так как при определенных влажностно-температурных условиях она адсорбирует (поглощает) влагу из воздуха. Способность соли впитывать воду называется гигроскопичностью. Увлажнение соли происходит только тогда, когда влажность воздуха выше гигроскопического порога для данной соли. Этот порог составляет для хлористого натрия 75% относительной влажности воздуха, для хлористого кальция и ХКФ-22%. Это означает, что СаСl2 и ХКФ практически всегда впитывают воду из воздуха- На поверхности каждой частицы образуются новые кристаллы соли, которые служат как бы спайками между зернами соли, что и приводит к ее омоноличиванию. Поэтому СаСl2 и ХКФ можно перевозить только в полиэтиленовых мешках или другой закрытой таре и хранить в закрытых складах.
Жидкие хлориды для борьбы с зимней скользкостью широко применяют в виде естественных и промышленных рассолов, а иногда и искусственно приготавливаемых растворов. Жидкие хлориды пригодны только с концентрацией солей более 150 г/л, т. е. с содержанием основного вещества более 15%. Нельзя проводить работы по борьбе со скользкостью при температуре воздуха ниже температуры замерзания жидкого хлорида, т.е. от -10 до -17°С для рассолов различного вида и концентрации.
Жидкие естественные рассолы широко распространены на территории СССР. Они залегают на глубине 800-1000 м в артезианских бассейнах (пластовые воды), содержатся в соленых озерах и лиманах. Естественные рассолы многокомпонентны с преобладанием ионов кальция, натрия, магния. Добычу рассолов производят из скважин, которые могут эксплуатировать сами дорожные организации. Примером организации такой добычи может служить опыт дороги Москва Ленинград, которая по предложению Гипродорнии заказала бурение скважины глубиной 1300 м, из которой ежедневно можно получать до 100 м3 природного рассола с содержанием солей более 200 г/л. Пластовые воды с высоким содержанием хлоридов часто получают на нефтяных месторождениях как отходы при добыче нефти. Кроме того, жидкие хлориды получают в виде отходов химического и других промышленных производств.
Помимо перечисленных материалов, для борьбы с зимней скользкостью применяют такие природные материалы, как зубер, бишофит, сильвинит, карналит, каинит, а также другие твердые или жидкие продукты, являющиеся отходами промышленности и содержащие не менее 25% хлориды натрия, кальция и магния. На применение местных материалов нужно получить разрешение санитарно-эпидемиологической станции. Учитывая большое разнообразие твердых и жидких химических реагентов, разработаны каталоги, нормы и условия их применения. Для распределения твердых и жидких хлоридов применяют комбинированные дорожные машины с универсальным оборудованием. Летом их используют для мойки и очистки покрытий, зимой с их помощью распределяют смеси и очищают покрытия. Оборудование этой машины позволяет выполнять: снегоочистку шириной захвата 3 м; распределять песчано-соляные смеси в объеме до 3 м3 при ширине посыпки до 8,5 м; подметать покрытия шириной захвата 2,2 м; поливать и мыть покрытия при расходе воды до 6 м3; распределять жидкие противогололедные материалы (рассолы) при ширине захвата 7 м, рабочая скорость до 40 км/ч. Перспективен распределитель твердых хлоридов ЭД-403 на базе ЗИЛ-133 объемом бункера 5 м3 и шириной распределения 10 м. Кроме того, готовится к серийному производству ДМ многоцелевого назначения МАШ-100, которая сможет распределять твердые и жидкие противогололедные материалы.
5 Прогнозирование момента образования гололеда
Для получения оперативной информации о метеорологических условиях, необходимых для расчета прогноза состояния дорожного покрытия, используются пункты дорожного метеоконтроля, создаваемые на основе автоматических дорожных метеорологических станций (далее - АДМС) с набором датчиков, измеряющих метеорологические параметры и состояния поверхности дорожного покрытия. АДМС рекомендуется укомплектовывать датчиками: - температуры воздуха; - относительной влажности воздуха; - температуры поверхности дорожного покрытия; - температуры под поверхностью дорожного покрытия на глубине 4 - 7 см; - состояния поверхности дорожного покрытия. Размещение АДМС вдоль автомобильной дороги определяется, исходя из следующих факторов: ландшафтными и климатическими особенностями района прохождения автомобильной дороги и особенностями термопрофиля (полученного расчетным путем по результатам термокартирования) автомобильной дороги на данном участке. Расчет прогноза параметров погоды, температур дорожного покрытия и состояния дорожного покрытия производится по математическим моделям, алгоритмам и методам. Фактические и накопленные данные должны использоваться для расчета прогноза изменения метеопараметров в местах установки АДМС и на участках дороги между ними. Математическая модель включает в себя следующую информацию: данные о термопрофиле дороги (по результатам термокартирования), топогеодезические данные дороги, ландшафтно-климатические данные. Математическая модель должна обеспечивать заблаговременный расчет параметров окружающей среды и параметров состояния поверхности дорожного покрытия. На основании анализа фактических и расчетных метеорологических параметров и тенденций их изменения составляется прогноз об изменениях состояния дорожного покрытия. Для получения прогноза высокой степени оправдываемости информация от пунктов дорожного метеоконтроля должна поступать периодически, с интервалом времени: в зимнее время интервал должен составлять 10-30 мин, в летнее время - до 3 ч. Типичный вид представления информации от пунктов дорожного метеоконтроля после обработки данных и расчета прогноза по указанным параметрам окружающей среды представлен на рисунке 2 Приложения А. Информация с пунктов дорожного метеоконтроля после обработки данных: - пунктирная линия (1) на рисунке разделяет область текущих данных и область расчетных прогнозируемых данных; полоса "Д" (2) представляет информацию о неблагоприятных условиях на поверхности автомобильной дороги. Прогноз параметров окружающей среды должен предсказывать возможность появления скользкости на поверхности дорожного покрытия не менее чем за 3 ч до возникновения этого явления. Дорожные организации при подготовке метеоинформации используют информацию, получаемую от АДМС, информацию от патрульных машин ДЭП, информацию от Росгидромета, информацию от других организаций, имеющих лицензию Росгидромета, предоставляющих прогностическую информацию (общие прогнозы элементов погоды, снимки ИСЗ). На основании полученных данных производится анализ изменения отдельных элементов погоды и тенденций их изменения на ближайшие 3-4 ч. Затем проводится совместный анализ полученной гидрометеорологической информации применительно к схеме автодороги, на которой выделены опасные места ("холодные пятна", спуски и подъемы дороги, повороты и перекрестки, места концентрации ДТП). На основании анализа параметров погоды и тенденций их изменения составляется заключение о возможности возникновения зимней скользкости на автомобильной дороге. Критерии степени влияния метеорологических факторов на условия движения и на состояние дорожного покрытия приведены в таблице 4.
Таблица 4 – Критерии степени влияния метеорологических факторов на условия движения
| Наименование показателя | Характеристики и числовые значения показателя для метеорологических условий | ||
| Малоопасные (МО) | Опасные (О) | Особоопасные (ОО) | |
| Условия движения | Близки к обычным | Равномерность движения заметно ухудшается. Скорость движения снижается до 30%. | Скорость движения снижается более чем на 30%; возможны остановки транспортных средств |
| Возможные состояния дорожного покрытия | - Чистое, мокрое покрытие (слой воды менее 1 мм). - Слой снега на покрытии до 1 см. На искусственных сооружениях местами иней слоем до 1 мм | - Слой снега, шуги на покрытии более 1 см. - Слой инея на покрытии толщиной более 1 мм. - На отдельных участках дороги и на мостах слой стекловидного льда. - Проезд возможен только по одной полосе, при многополосном движении | - Слой снега на покрытии, снежные заносы. - Стекловидный лед на всем протяжении дороги. |
| Коэффициент сцепления | более 0,3 | от 0,3 до 0,15 | менее 0,15 |
Перечень и критерии неблагоприятных, а также опасных метеорологических явлений для организаций дорожного хозяйства определяются в договоре о предоставлении гидрометеорологической информации между организацией, предоставляющей эту информацию, и дорожной организацией и зависят от климатических, метеорологических, ландшафтных особенностей района пролегания дороги. При оценке времени выработки решения, подготовки и проведения работ по нейтрализации неблагоприятных погодных явлений в зоне ответственности дорожного подразделения, рекомендуется учитывать следующие составляющие: 1) время получения информации: - от ДИТС АСМО (автоматизированная система метеорологического обеспечения), пунктов дорожного метеоконтроля или отдельных АДМС; - от патрульных машин и сотрудников дорожного подразделения, находящихся на дороге; 2) время, необходимое для обработки информации; 3) время, необходимое для принятия решения; (в зависимости от характера прогноза состояния дорожного полотна решение на выполнение мероприятий по содержанию автодороги включает в себя: время начала работ; адреса и протяженность участков дороги, подлежащих обработке; тип противогололедного материала; расход противогололедного материала для каждого участка автомобильной дороги, подлежащего обработке); 4) время, необходимое для передачи решения в производственный отдел или другое производственное подразделение; 5) время на подготовку дорожной техники и доставку ее от места стоянки до места производства работ; 6) время производства работ. Кроме перечисленных способов получения метеоинформации рекомендуется использовать также информацию, получаемую от Росгидромета, включая данные метеорологических радиолокаторов (MPЛ). Данные МРЛ позволяют определить зоны (территории) распространения осадков. В случае отсутствия в регионе МРЛ для оценки метеорологических ситуаций в регионе допускается использование спутниковых снимков. На основании анализа текущих и прогностических данных, а также ландшафтных, климатических и геофизических данных рекомендуется оценивать степень опасности движения транспортных средств на различных участках дорог. При отсутствии системы АСМО дорожным организациям рекомендуется использовать специализированную метеорологическую информацию Росгидромета или его организаций. Для прогноза возникновения скользкости на поверхности дорожного покрытия рекомендуется использовать алгоритм производственно-технологических предупреждений. При отсутствии в прогнозах осадков для оценки возможности возникновения зимней скользкости рекомендуется использовать зависимость:
Y = -0,170Tв - 0,071W+5,659,
где Y - величина скользкости, Tв - температура воздуха,°С, W - относительная влажность воздуха, %. Данная зависимость – уравнение прямой линии на плоскости в системе координат (Tв, W), которая изображена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Геометрическая интерпретация производственно-технологического предупреждения об образовании гололедицы
Прямая разделяет значения параметров Tв и W на классы "скользкость" и "без скользкости" таким образом, что по знаку функции можно прогнозировать отсутствие или наличие гололедицы. Сочетание параметров, для которых знак функции будет положителен, возможно, и в зонах, где образование гололедицы невозможно физически, т.е. при низких значениях относительной влажности воздуха и положительных температурах воздуха. Указанный график рекомендуется использовать для прогноза образования гололедицы в том случае, если дорожное покрытие мокрое и прогнозируется следующая тенденция изменения метеорологических параметров (по данным прогноза Росгидромета или другой организации): рост атмосферного давления, понижение температуры воздуха, понижение относительной влажности воздуха. Последнее условие изображено стрелкой, показывающей направление изменения параметров при их переходе в рабочую зону, в которой происходит разделение двух классов "гололедица" и "без гололедицы" с помощью прямой линии, описываемой уравнением. При прогнозировании гололеда и твердого налета функция для двух метеорологических параметров имеет вид: Y = 0,092Tв + 0,104W - 9,142,
и может быть представлена графиком, изображенным на рисунке 4.
Рисунок 4 - Геометрическая интерпретация производственно-технологического предупреждения об образовании гололеда
Рабочей зоной графика является зона наиболее вероятных значений параметров в момент образования скользкости данных видов. Диапазоны их изменения получены с помощью интегральных функций, рассчитанных по законам распределения с 95% надежностью. Пользоваться данным графиком рекомендуется при температуре воздуха ниже -6°С и наличии прогноза: повышение температуры воздуха, выпадение жидких осадков, падение атмосферного давления, повышение относительной влажности воздуха. Последнее условие изображено на рисунках 2, 3 стрелкой, показывающей направление изменения параметров при образовании данных видов скользкости. Зависимости, изображенные на графиках (рисунки 3 и 4), вычислены по метеорологическим параметрам, зафиксированным в момент возможного начала образования скользкости. Для получения производственно-технологическое предупреждение об обледенении дорожного покрытия с их помощью, необходимо спрогнозировать температуру и относительную влажность воздуха на срок заблаговременности прогноза, используя их текущие значения из полученных данных общего прогноза. Для составления прогноза этих параметров на время не более 4 часов рекомендуется использовать линейный закон изменения этих параметров.
Заключение
Образующиеся на автомагистралях снежно-ледяные отложения приводят к снижению скорости движения автомобилей в 2-2,5 раза, производительности транспортных средств на 30-40% и увеличению себестоимости перевозок на 25-30%. Опасность движения при гололеде по сравнению с сухим покрытием увеличивается примерно в 10 раз, при снежном накате - в 3-4 раза. Зимняя скользкость является причиной возникновения от 1-2 до 20-30% ДТП в зависимости от длительности зимнего периода и района проложения автомагистрали. Предупреждение и ликвидация зимней скользкости возложены на службу зимнего содержания автомагистралей, структура которой предусматривает обслуживание участка автомагистрали определенной длины. Эффективность службы зимнего содержания автомагистрали зависит, в первую очередь, от ее обеспеченности машинами для уборки снега и ликвидации гололеда. Во многих странах проводятся работы по предупреждению образования зимней скользкости на автомагистралях. Методы нанесения на поверхность покрытия химических веществ, снижающих адгезию льда с покрытием, в настоящее время являются достаточно дорогими и могут быть эффективны только на отдельных особо ответственных участках автомагистралей. Затраты на их реализацию сопоставимы со стоимостью тепловых или электрических методов обогрева проезжей части. Перспективным является направление создания гололедобезапасных дорожных одежд путем введения в асфальто- или цементобетонные смеси при их приготовлении специальных добавок, уменьшающих адгезию льда с поверхностью покрытия.
Список использованной литературы
1 Шевяков А.П. Анализ вопросов развития автомагистралей. - В кн.: Современные методы организации и повышения безопасности движения на автомобильных дорогах. М., 1981.-(Тр./Гипродорнии, вып.34). 2 Расников В.П., Карих Ю.С., Казанский В.Д. Учитывать в проектах магистралей условия зимнего содержания. -Автомоб. дороги, 1984, № 3. 3 Жуков В.И. Экспериментальные работы по измерению величины сцепления колеса автомобиля с поверхностью дорожного покрытия в зимнее время. - Изв.вузов. Стр-во и архитектура, 1971, № 10. 4 Бялобжеский Г.В. и др. Зимнее содержание автомобильных дорог. -М.Транспорт, 1983, -199 с. 5 Лезебников М.Г.. Бакуревич Ю.Л. Эксплуатация автомобилей в тяжелых дорожных условиях. -М.:Транспорт, 1966. 6 Бялобжеский Г.В., Дербенева М.M. Борьба с зимней скользкостью на автомобильных дорогах.- М.: Транспорт, 1975. 7 Расников В.П. Оценка состояния проезжей части дороги в зимний период. - Автомоб. дороги, 1975, № 9. 8 Расников В.П., Антоненко Л.В.. О сроках ликвидации зимней скользкости. - Автомоб. дороги, 1984, № П. 9 Михайлов А.В. и др. Увеличение длительности противогололедного эффекта при введении хлоридов в дорожный асфальтобетон. - В кн.: Повышение безопасности движения на автомобильных дорогах. М., 1984.-(Тр/Гипродорнии; Вып. 44) 10 Пинус Э.Р. Причины и пути предотвращения поверхностного разрушения бетонных покрытий. - Тр./Союздорнии, 1971, вып. 51.
